硫酸亚铁是一种重要的化工原料,含大量杂质的硫酸亚铁粗品常被当作工业废弃物处置。同时,废硫酸作为工业生产硫酸亚铁的原料,其中有将近40%都采用了中和治理手段。在工业废硫酸中加入铁料并冷却结晶制备硫酸亚铁是一种常用的资源化利用工艺,但该工艺存在硫酸亚铁回收率较低,生产的硫酸亚铁中含有大量杂质且产生大量残余母液,仍需对其进行后处理等缺点。据此,本论文开展冷冻浓缩共结晶法资源化利用废硫酸制备和纯化硫酸亚铁的试验研究,重点探讨了冷冻浓缩共结晶过程中多种工艺参数对硫酸亚铁结晶品质和回收率的影响,并在此基础上设计了一套采用冷冻浓缩共结晶法制备和纯化硫酸亚铁的中试装置。冷冻浓缩共结晶法是通过固液相平衡原理实现冰晶和固体盐同时析出,并对污染物进行浓缩的绿色技术。然而,尚未见冷冻浓缩共结晶法应用于资源化利用废硫酸制备硫酸亚铁的相关报道。本论文以资源化利用废硫酸为目标,利用冷冻浓缩共结晶技术制备硫酸亚铁,并对其进行纯化,制备出饲料添加剂高纯硫酸亚铁（GB34465-2017）。本文重点探讨了冷冻浓缩共结晶过程中多种工艺参数对硫酸亚铁结晶品质和回收率的影响,并在此基础上设计了一套采用冷冻浓缩共结晶法制备和纯化硫酸亚铁的中试装置。首先,以废硫酸为研究对象,探究冷冻浓缩共结晶法资源化利用废硫酸制备硫酸亚铁。结合VisualMINTEQ软件模拟和试验研究,探讨硫酸亚铁晶体中杂质含量及调控技术。模拟结果显示,当pH值控制在6.3-6.5时,铬元素主要以Cr（OH）3的形式去除,铬元素去除率和硫酸亚铁损失率分别为70%和10%。分别采用了平衡法和FBRM技术测量了硫酸亚铁在该体系中的溶解度和超溶解度,通过方程拟合绘制出了硫酸亚铁在废硫酸中的溶解曲线,确定其介稳区。并开展硫酸亚铁回收研究,结果显示,通过冷却结晶（25℃～50℃）硫酸亚铁回收率在38.5%～43.2%,而冷冻浓缩共结晶（-8℃～25℃）回收率可提高至60%以上,并且产品中铬元素含量从67 mg·kg-1降低至19 mg·kg-1,达到了水处理剂硫酸亚铁Ⅱ类标准。其次,以硫酸亚铁粗品为研究对象,开展冷冻浓缩共结晶法纯化硫酸亚铁粗品研究。Visual MINTEQ计算结果显示,当pH值控制在4.0时,钛元素主要以TiO2·2H2O形式去除,去除率达到99.9%。在500 mL母液中添加0.01 mol硫化钠能去除90%以上的锌元素和镍元素以及60%的钴元素。冷冻浓缩共结晶过程中过饱和度、冷冻温度、搅拌速率、添加晶种等因素均会对结品产量和纯度产生影响。通过响应面分析的结果得到硫酸亚铁的过饱和度对其结晶纯度影响最显著,极差为0.25。其次分别为冷冻温度、搅拌速率和晶种添加量。在最佳的实验条件,可获得纯度达到99.7%以上硫酸亚铁晶体,其纯度符合饲料添加剂硫酸亚铁的标准（GB 34465-2017）。最后,开展了冷冻浓缩共结晶法纯化硫酸亚铁的中试试验。首先进行了反应器的设计与计算,成功搭建出了分离硫酸亚铁、冰晶、浓缩液混合物的三相分离器,中试设计处理量为0.5 t/d。探究了搅拌速率对冰晶出水的影响,结果显示三相分离器的搅拌速率为120 r/min时,冰晶出水水质最高,电导率去除率达到90%以上。探究了熟化时间对硫酸亚铁结晶的影响,结果表明,随着熟化时间从3 h增加到6 h,硫酸亚铁的纯度从98%上升到99.5%。理论能耗计算分析结果显示,每吨废水消耗电量为26.88度,相比蒸发结晶电耗节约了 40.3%。该结果为推动冷冻浓缩共结晶法资源化利用废硫酸制备高纯硫酸亚铁的工业应用提供了参考。