專利名稱：硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，屬于環(huán)保技術領域的范疇。
背景技術：
硫酸渣是以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸過程中所排出的廢渣(也稱硫酸燒渣)，其含鐵量(質量分數(shù))約為30％～60％，故硫酸渣的大量棄用，造成了鐵礦資源的浪費和流失。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)每年因生產(chǎn)硫酸而排放的燒渣量大約在1200萬噸，除30％被利用外，其余作為廢棄物堆存，因此一旦刮風下雨，便對農(nóng)田、池塘和江河造成污染。傳統(tǒng)的硫酸渣綜合利用方法有1.直接用于煉鐵硫酸渣作為一種主要的含鐵原料可以用于煉鐵，但在實際應用中存在以下兩個問題，其一是鐵品位低且波動大；其二是煉鐵有害雜質硫、砷、硅含量高。因此，燒渣必須預先選礦處理方可煉鐵。
2.采用高溫、中溫氯化焙燒回收硫酸渣中有價有色金屬如金、銀等，但這些方法對原料的選擇性大，實用范圍不廣。
3.應用硫酸燒渣生產(chǎn)建筑材料如用石灰作膠結劑生產(chǎn)燒渣磚，經(jīng)高溫焙燒后的燒渣本身并無膠結能力，但它可在燒渣磚中做骨料，其余可與石灰結合形成膠結材料。或用水泥作粘結劑生產(chǎn)燒渣磚以硫鐵礦燒渣為主要原料，水泥為粘結劑，再配上少量催化劑，壓制成型。
這些硫酸渣的綜合利用技術，普遍存在著成本較高、周期較長、鐵回收率低、副產(chǎn)品的附加值低等一系列問題。
而海綿鈦生產(chǎn)、氯堿工業(yè)生產(chǎn)過程中都有大量的含氯廢氣的排放，以海綿鈦生產(chǎn)為例，在氯化生產(chǎn)過程中氯化爐的尾氣主要成分為CO、CO2、O2、N2、Cl2、TiCl4及少量的HCl，傳統(tǒng)的治理方法首先要進行石灰乳除氯，然后進行水洗吸收最終得到低濃度鹽酸，低濃度鹽酸可用做設備的清洗等。這種工藝可以解決氯化廢氣的達標排放，并回收部分TiCl4，但該工藝對設備的耐蝕性要求高，而且低濃度鹽酸的堆存有相當大的環(huán)境風險。
三氯化鐵主要用于污水處理、線路板蝕刻、不銹鋼腐蝕以及媒染劑，主要產(chǎn)品有固體三氯化鐵和液體三氯化鐵兩種，其中HPFCS高純型用于電子行業(yè)高要求的清洗及蝕刻。液體三氯化鐵是城市污水及工業(yè)廢水處理的高效廉價絮凝劑，具有顯著的沉淀重金屬及硫化物、脫色、脫臭、除油、殺菌、除磷、降低出水COD及BOD等功效，目前三氯化鐵絮凝劑的市場前景良好。
傳統(tǒng)的三氯化鐵生產(chǎn)方法主要有以下幾種1、氯化法—鐵屑在高溫下與氯氣反應。
2、鹽酸法—鐵屑與鹽酸共煮，生成氯化亞鐵，再通入氯氣氧化生成三氯化鐵。
3、一步氯化法—將氯氣直接通入浸泡鐵屑的水中，一步生成三氯化鐵。
這些方法都是采用氯氣、鹽酸及鐵屑為原料，在生產(chǎn)過程中，有氯氣和氯化氫氣體逸出，嚴重污染環(huán)境和影響員工健康，三廢治理投資大，同時對設備的耐蝕性和密封性要求高。因此研究新的三氯化鐵工藝，特別是無污染的清潔生產(chǎn)工藝是非常必要的。
申請?zhí)枮?9101216.8的專利采用工業(yè)廢酸如煉鋼的酸洗廢液與鐵屑反應制取氯化亞鐵，然后再進行氧化制取三氯化鐵。申請?zhí)枮?8109015.8的專利采用鋼鐵冶煉的含鐵煙塵與鹽酸反應，并經(jīng)過氧化而制得三氯化鐵。這些技術采用亞硝酸鹽為氧化劑和催化劑，或使用雙氧水或氯氣為氧化劑，在實施中易形成二次污染，而且成本較高。在申請?zhí)枮?6102186.1的專利中，直接采用鐵礦石與鹽酸反應制備氯化鐵水溶液，但該方法對鐵礦石的選擇性很強，要求鐵礦石中Fe2O3至少要等于90％，優(yōu)選使用含鐵量高于95％的赤鐵礦，不能使用磁鐵礦、褐鐵礦。申請?zhí)枮?4190358.3專利技術采用鹽酸與鐵屑反應首先制得氯化亞鐵，然后使用O2或者是空氣進行氧化而獲得氯化鐵，這種方法可以一定程度地減少催化和氧化的成本和減少污染，但該技術反應速度很慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，將三氯化鐵的生產(chǎn)與含氯廢氣的治理結合起來，不僅省去了傳統(tǒng)三氯化鐵生產(chǎn)的氯化、氧化工序，節(jié)約了大量的資源，同時解決了鹽酸的來源問題；本方法還使含氯廢氣治理問題得以解決，含氯廢氣的吸收率達90％以上，可實現(xiàn)達標排放，實現(xiàn)了含氯廢氣的資源化、無害化和減量化。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝；以含鐵量30％～60％的硫酸渣和含氯廢氣為原料反應而得。
具體的是將硫酸渣與水配制成礦漿，在循環(huán)泵的作用下，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置進入吸收塔，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣從吸收塔下部進入，在塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸反應，將氯氣、氯化氫除去；反應之后的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾，濾液進行凈化、除雜和去除重金屬，然后再過濾即得三氯化鐵溶液，溶液經(jīng)濃縮可得固體三氯化鐵。
本發(fā)明中，將硫酸渣進行過篩、小于60目，取篩下料與水配制成的硫酸渣礦漿的液固比為3～10∶1。
硫酸渣礦漿與含氯廢氣在吸收塔中85～95℃內(nèi)循環(huán)吸收3～4小時，至溶液的波美度為40～60后進行過濾。
對波美度為40～60濾液進行凈化，除去雜質及少量的重金屬，再過濾即可得到液體三氯化鐵溶液，再進一步進行濃縮結晶可得到固體三氯化鐵。
本發(fā)明制備三氯化鐵的方法是中和反應和氧化—還原反應的過程，硫酸渣中的Fe、Ca、Mg等金屬氧化物均能與含氯廢氣進行反應。主要反應有(1)(2)(3)(4)(5)據(jù)《熱力學數(shù)據(jù)》手冊計算，在298.15K時，主要反應(1)的標準吉布斯自由能ΔGθ＝-275.699KJ.mol-1，可見反應(1)不僅能自發(fā)進行，而且可進行得很徹底。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、將硫酸渣的綜合回收和含氯廢氣治理兩套工藝合二為一，改變了傳統(tǒng)的末端治理的方式，達到了“以廢治廢、綜合治理、變廢為寶”的目的。
2、硫酸渣礦漿與含氯廢氣在吸收塔內(nèi)進行的反應是氣、液、固多相反應，反應條件良好，反應比較徹底，克服了現(xiàn)有技術中化學反應比較單一、流程過長的問題。
3、本方法省去了傳統(tǒng)三氯化鐵生產(chǎn)的氯化、氧化工序，節(jié)約了大量的資源，同時解決了鹽酸的來源問題。
4、本發(fā)明方法中含氯廢氣的吸收率達90％以上，可實現(xiàn)達標排放，實現(xiàn)了無污染的清潔生產(chǎn)。
5、本方法所制得的產(chǎn)品三氯化鐵經(jīng)過處理后可以制得液體三氯化鐵，也可制得固體三氯化鐵。


圖1是硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例1取硫酸渣(含鐵47.25％，過60目)320克與1.6升水，配制成硫酸渣礦漿，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置(接觸區(qū))進入Φ80×400mm的吸收塔，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣(100L/h，含氯化氫和氯氣量為356mg/m3)從反應塔下部進入，在吸收塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸，90℃時循環(huán)吸收3個小時，煙氣中Cl2和HCl與硫酸渣反應，將Cl2和HCl除去，得到的由三氯化鐵、硫酸渣和水組成的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾可實現(xiàn)水溶性的三氯化鐵與渣的分離，得到水溶性的三氯化鐵，然后對三氯化鐵溶液進行凈化和去除重金屬，然后再進行過濾得到比較純凈的三氯化鐵溶液1.45升(溶液中FeCl3＝40.6％，游離HCl＝0.221％)，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮可得固體三氯化鐵。尾氣的含氯量為52.6mg/m3，低于國家排放標準，可直接排放。
本發(fā)明的實施例2取硫酸渣(含鐵30％，過60目)320克與2.56升水，配制成硫酸渣礦漿，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置(接觸區(qū))進入Φ80×400mm的吸收塔，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣(100L/h，含氯化氫和氯氣量為356mg/m3)從反應塔下部進入，在吸收塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸，95℃時循環(huán)吸收3個小時，煙氣中Cl2和HCl與硫酸渣反應，將Cl2和HCl除去，得到的由三氯化鐵、硫酸渣和水組成的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾可實現(xiàn)水溶性的三氯化鐵與渣的分離，得到水溶性的三氯化鐵，然后對三氯化鐵溶液進行凈化和去除重金屬，然后再進行過濾得到比較純凈的三氯化鐵溶液1.40升(溶液中FeCl3＝41.6％，游離HCl＝0.210％)，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮可得固體三氯化鐵。尾氣可直接排放。
本發(fā)明的實施例3取硫酸渣(含鐵60％，過60目)320克與3.2升水，配制成硫酸渣礦漿，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置(接觸區(qū))進入Φ80×400mm的吸收塔(，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣(100L/h，含氯化氫和氯氣量為356mg/m3)從反應塔下部進入，在吸收塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸，85℃時循環(huán)吸收4個小時，煙氣中Cl2和HCl與硫酸渣反應，將Cl2和HCl除去，得到的由三氯化鐵、硫酸渣和水組成的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾可實現(xiàn)水溶性的三氯化鐵與渣的分離，得到水溶性的三氯化鐵，然后對三氯化鐵溶液進行凈化和去除重金屬，然后再進行過濾得到比較純凈的三氯化鐵溶液1.43升(溶液中FeCl3＝41.1％，游離HCl＝0.212％)，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮可得固體三氯化鐵。尾氣可直接排放。
本發(fā)明的實施例4取硫酸渣(含鐵30％，過60目)320克與960毫升水，配制成硫酸渣礦漿，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置(接觸區(qū))進入Φ80×400mm的吸收塔，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣(100L/h，含氯化氫和氯氣量為356mg/m3)從反應塔下部進入，在吸收塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸，95℃時循環(huán)吸收3個小時，煙氣中Cl2和HCl與硫酸渣反應，將Cl2和HCl除去，得到的由三氯化鐵、硫酸渣和水組成的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾可實現(xiàn)水溶性的三氯化鐵與渣的分離，得到水溶性的三氯化鐵，然后對三氯化鐵溶液進行凈化和去除重金屬，然后再進行過濾得到比較純凈的三氯化鐵溶液0.80升(溶液中FeCl3＝41.6％，游離HCl＝0.210％)，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮可得固體三氯化鐵。尾氣可直接排放。
權利要求
1.一種硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，其特征在于以含鐵量30％～60％的硫酸渣和含氯廢氣為原料反應而得。
2.按照權利要求1所述硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，其特征在于將硫酸渣與水配制成礦漿，在循環(huán)泵的作用下，通過礦漿槽、循環(huán)管道與吸收塔中的噴射裝置進入吸收塔，從噴嘴向下噴射，在塔的上部散開；含氯廢氣從吸收塔下部進入，在塔內(nèi)與硫酸渣礦漿逆流接觸反應，將氯氣、氯化氫除去；反應之后的混合物從吸收塔流出，經(jīng)過濾，濾液進行凈化、除雜和去除重金屬，然后再過濾即得三氯化鐵溶液，溶液經(jīng)濃縮可得固體三氯化鐵。
3.按照權利要求2所述硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，其特征在于將硫酸渣進行60目的過篩，取篩下料與水配制成的硫酸渣礦漿的液固比為3～10∶1。
4.按照權利要求2所述硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，其特征在于硫酸渣礦漿與含氯廢氣在吸收塔中85～95℃內(nèi)循環(huán)吸收3～4小時，至溶液的波美度為40～60度后進行過濾。
5.按照權利要求2所述硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，其特征在于對波美度為40～60濾液進行凈化，除去雜質及少量的重金屬，再過濾即可得到液體三氯化鐵溶液，再進一步進行濃縮結晶可得到固體三氯化鐵。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種硫酸渣吸收含氯廢氣制備三氯化鐵的工藝，以含鐵量30％～60％的硫酸渣和含氯廢氣為原料，在吸收塔中反應而得；與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明將硫酸渣的綜合回收和含氯廢氣治理兩套工藝合二為一，達到了“以廢治廢、綜合治理、變廢為寶”的目的；硫酸渣礦漿與含氯廢氣在吸收塔內(nèi)反應條件良好，反應比較徹底，克服了現(xiàn)有技術中化學反應比較單一、流程過長的問題；省去了傳統(tǒng)三氯化鐵生產(chǎn)的氯化、氧化工序，節(jié)約了資源，并解決了鹽酸的來源問題；本發(fā)明方法中含氯廢氣的吸收率達90％以上，可實現(xiàn)達標排放，實現(xiàn)了無污染的清潔生產(chǎn)。
文檔編號C01G49/10GK1760134SQ20051020070
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權日2005年11月16日
發(fā)明者唐道文, 李軍旗, 郭曉光, 袁繼維, 楊興英, 毛小浩, 趙平原, 楊書懷, 楊志彬 申請人:貴州大學