硫酸法钛白粉生产废水治理的实验研究

Posted 2023-01-12 电石

篇首语：丈夫志四海，万里犹比邻。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了硫酸法钛白粉生产废水治理的实验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

硫酸法钛白粉废水含有大量的废酸，通常利用石灰制成的氢氧化钙乳浊液进行中和处理。电石渣是氯碱行业产生的废渣，主要成分为氢氧化钙，理论上可以替代石灰作为硫酸法钛白粉废水治理的药剂使用。实验通过对比石灰和电渣处理硫酸法废水的效果，分析电石渣替代石灰的技术可行性，为废物的利用寻求一个合理的途径。
钛白粉是当前最佳的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、油墨、日化等行业。钛白粉生产工艺可以分为硫酸法和氯化法，而硫酸法生产工艺在我国应用较为广泛。
硫酸法钛白粉会产生大量的酸性废水，据统计，每生产1t钛白粉可产生废水100～150t。目前主要采用石灰中和处理该废水。首先将石灰熟化，制成氢氧化钙乳浊液。然后将其加到酸性废水中产生硫酸钙沉淀。同时在中和过程中通过搅拌使得废水中的Fe2+转化成Fe3+，生成Fe(OH)3沉淀，从而降低废水中的Fe2+、CODcr，最终使废水达到排放标准要求。电石渣产生于氯碱行业，其主要成分就是氢氧化钙。电石渣的处理在氯碱行业也是一个比较困难的问。在对一些氯碱企业进行调查时发现大部分企业的电石渣不能有效地处理和处置，对环境造成了一定的影响。鉴于电石渣主要成分是氢氧化钙，理论上可作为酸性废水中和试剂使用。因此笔者试验研究了以电石渣为中和剂处理硫酸法钛白粉酸性废水的
可行性.并对比分析了电石渣和石灰在处理酸性废水时的效果。以便为酸性废水的处理寻找一条更经济合理的方式，同时也为电石渣的再次资源化利用寻找更好的途径。
1酸性废水水质特点
硫酸法钛白粉的生产工序主要由钛铁矿的粉磨、酸解、还原、冷冻结晶、水解、过滤水洗、煅烧粉碎等工段组成，工艺流程见图1。

由图1可以看出。硫酸法生产钛白粉的工艺中，水解、水洗工段产生酸性废水。在酸解浸取工段中用于吸收酸雾时同样会产生酸性废水。其中：
(1)水解母液(高浓度酸性废水，又称废酸)。主要物质质量分数为：硫酸15%～20%，FeSO45%，TiOSO42%，A12(SO4)32%。
(2)水洗废水(中浓度酸性废水)。主要来自偏钛酸水洗工段。其中H2S0质量分数为0.8%～1%，FeSO4为0.1%以及少量其他可溶性硫酸盐。
(3)酸解尾气碱洗废水(中浓度酸性废水)。酸解尾气中的酸雾采用稀碱液洗涤处理，洗涤废液冷却降温后循环使用，循环到一定程度后排放，但排放量相对较小。其中FeSO4质量分数为1.5%，H2SO4为4.3%。
本实验用水取自某硫酸法钛白粉厂综合废水处理调节池.实验用水量为15L。废水水质见表1.

2实验部分
2.1主要试剂与仪器
主要试剂：质量分数为98%的硫酸；硫酸亚铁铵；质量分数为0.5%的邻菲哕啉；100g/L的盐酸羟胺；1+3盐酸；0.25mol/L的重铬酸钾。主要仪器：721分光光度计；微波消解仪；六联搅拌机；1000mL烧杯。
2.2石灰和电石渣成分
石灰来源于该钛白粉厂；电石渣来源于某氯碱厂，主要成分质量分数(干基)为Ca(OH)278%、SiO216%、A12O31.5%及其他杂质。电石渣和石灰首先经过105oC高温干燥3h，去除其中游离水分。经河南省建材工业产品质量监督检验站检测，干燥后石灰CaO质量分数为57.10%.干燥后电石渣CaO质量分数为
58.94%。
2.3实验方法
分别称取7份经过烘干的电石渣和石灰，每份质量从7-25g不等，分别制成300mL的氢氧化钙乳浊液。取两组废水，每组7份，每份500mL，分别投加不等量的由电石渣或石灰制成的氢氧化钙乳浊液，经六联电动搅拌机搅拌15min后，沉降5min，取上清液，测定pH、Fe2+和CODcr。检测结果见图2～图4。

由图2～图4可知，投加电石渣或石灰后，首先发生酸碱中和反应，使得水样的pH增加，同时通过搅拌将原水中少部分Fe2+转化成为Fe3+，从而生成Fe(OH)3沉淀，故废水的Fe2+浓度下降，CODcr也随着减少：当电石渣投加质量≥22g，Fe2+去除效果显著，CODcr达到排放标准，但此时废水偏碱性；石灰投加质量≥19g时，Fe2+去除效果显著，CODcr也达到排放标准，但此时水样偏酸性；电石渣或石灰投加质量增加到一定值后，Fe2+浓度、CODcr等变化不明显。
综上所述，在治理硫酸法钛白粉厂酸性废水时，投加烘干电石渣对废水的中和作用和对CODcr的去除作用和投加石灰具有相同的效果.其投加量和石灰相差不大.如果采用烘干电石渣投加量约为石灰的1.15倍。
3经济可行性
在实际生产当中，采用电石渣还是石灰治理酸性废水，最主要考虑的是运行费用.包括以下几个方面：
(1)电石渣或石灰的价格。根据调查，石灰的售价大约为150元/t，而电石渣是氯碱厂产生的废渣，氯碱企业基本上可以免费提供电石渣。因此在原材料的价格方面电石渣具有相当大的优越性。
(2)电石渣或石灰的运输费用。氯碱厂所排放的电石渣含水量≤40%.因此实际生产当中如果采用电石渣代替石灰则需要投加1.9倍的电石渣(其中主要是含有大量水分)。因此在运输过程中电石渣的运输费用要高出石灰运输费用近1倍。
(3)设备运行费用。石灰在使用过程中需要熟化，生成氢氧化钙，并配制成质量分数为10%的Ca(OH)2溶液，因此会增加一定成本；电石渣本身成分即为Ca(OH)2，而且具有颗粒细小的特点，因此不需要进行熟化处理可以直接配制成质量分数为10%的Ca(OH)2溶液。根据核算，采用石灰处理该废水的运行费用为5.27元/t.采用电石渣处理该废水的运行费用为2.39元/t。从运行成本上来讲电石渣有明显的优势。但是由于电石渣含有相当多的水分.占用面积大，因此在堆放过程中占用厂区土地较多.也会增加管理成本。
(4)硫酸钙废渣的处理费用。无论是采用电石渣还是石灰处理该废水，均产生硫酸钙废渣。根据以上实验，按m(石灰)：m(电石渣)=1：1.15计，采用电石渣可增加5%左右的硫酸钙渣。由于硫酸钙渣增加量不大，可以忽略不计。目前该渣主要是填埋处理，还没有一个合理的综合利用的途径。
采用电石渣代替石灰治理酸性废水可综合利用电石渣.还节约了电石渣处理过程中土地占用和处理费用问题。但处理后的废水目前还不能通过企业自身循环利用，但是针对不同的钛白粉厂所处的区域位置，结合当地的企业类型.可以考虑从区域的角度进行治理后废水的再利用。
2005年11月.该企业根据电石渣的经济优势决定使用电石渣处理酸性废水.目前已经建成并投入运行。运行效果表明，完全可以达到石灰的处理效果，处理后废水可达标排放。其废水处理成本为2.5元/t，具有一定的经济效益。
4结论
(1)实验结果表明，采用电石渣治理硫酸法钛白粉生产废水的工艺是可行的.其烘干后的电石渣消耗量与石灰相比相差不大.但含有40%水分的电石
渣消耗量是石灰的1.9倍。
(2)电石渣的原料费用基本为零，但是运输费用是石灰的1.9倍。因此，采用电石渣治理该酸性废水时要考虑石灰和电石渣在运输费用和原料成本上的经济比较，针对本次实验研究.采用电石渣的废水处理运行成本为2.39元/t，远低于石灰的5.27元/t。
(3)利用电石渣治理酸性废水可以使废渣综合处理，节约了资源，体现了循环经济的意义.因此建议企业在治理酸性废水的同时积极寻求硫酸钙渣的再次循环利用。