钢铁工业酸洗含FeCl3废液电解转化过程研究

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钢铁在轧制工序前一定要进行酸洗处理以脱除表面的氧化皮,目前酸洗工艺主要是盐酸酸洗工艺。但是钢铁在酸洗过程中会产生大量的含有FeCl3的酸性废液,若不能有效处理,必将会造成严重的环境污染以及大量的有价组元浪费。而目前盐酸酸洗废液处理工艺方法最成熟的是喷雾热解工艺,但该工艺存在投资成本高、设备运行条件苛刻等缺陷,尤其是不适合小规模企业应用。基于此,本文提出了含铁废酸液隔膜电解转化盐酸再生与回收铁等有价组元低成本清洁处理新思路,本文对新工艺中的电解转化氢氧化铁沉淀与回收盐酸,氢氧化铁煅烧制备氧化铁粉等关键步骤中的基础问题进行系统研究,主要研究结论如下:(1)通过热力学计算,系统研究Fe-H2O系、Mn-H2O系、Zn-H2O系中相关反应的平衡反应式以及电位-pH的关系,进一步绘制了 Fe-H2O系、Mn-H2O系、Zn-H2O系的电位-pH图。Fe-H2O系的电位-pH图结果表明实验初始反应温度对沉淀pH值影响较大,铁离子浓度对沉淀pH值无明显影响。对FeCl2溶液体系与FeCl3溶液体系分别进行了循环伏安曲线测试结果表明:FeCl2溶液体系与FeCl3溶液体系电解转化过程中铁均以沉淀形式结晶析出,但FeCl3体系电解转化过程中阴极存在Fe3+到Fe2+的还原过程,而FeCl2体系实验的电极反应是可逆的。(2)采用单因素试验考察了电流密度、搅拌速率、铁离子浓度、极距大小、NaCl浓度、初始反应温度、HCl浓度、杂质离子等因素对电解转化过程的影响规律,结果表明:对于FeCl2溶液体系合适的电解转化工艺条件为:电流密度3500 A/m2,搅拌速率300 r/min,初始反应温度40℃,Fe2+浓度125 g/L,极距大小3.5 cm,NaCl浓度3 mol/L,HCl浓度0.4mol/L。对于FeCl3溶液体系合适的电解转化工艺条件为:电流密度3500A/m2,搅拌速率200 r/min,初始反应温度30℃,极距大小3.5 cm,NaCl浓度3 mol/L,HCl浓度0.4 mol/L。低浓度的杂质离子Mn2+,Zn2+对FeCl2、FeCl3体系的电解转化过程无明显影响。(3)FeCl2与FeC13体系电解转化得到的沉淀分别进行了煅烧试验研究,考察了煅烧温度对煅烧效果的影响。结果表明:两个体系电解转化得到的沉淀产物煅烧得到的均为α-Fe2O3煅烧产物;FeCl2体系电解转化沉淀产物合适的煅烧温度为500℃,FeCl3体系电解转化沉淀产物合适的煅烧温度为600℃。煅烧产物为分布相对均匀纳米氧化铁颗粒。
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