硝酸与氢氟酸混合酸酸洗废液处理设计(design of mixed acid(HNO₃+HF) pickling spent liquor treatment)

从硝酸与氢氟酸酸洗不锈钢、合金钢钢材的混合废液中，回收可利用物质的设施设计。所回收的再生酸可用于钢材酸洗。

废液的来源和特性 硝酸和氢氟酸混合酸洗废液来源于冶金工厂合金钢、不锈钢材的酸洗生产线。废液的成分随酸洗的钢种不同而异。一般酸洗镍、铬不锈钢的废液中含有硝酸(HNO₃)150～160g／L，氢氟酸(HF)30～50g／L、三价铁(Fe³⁺)30～40g／L、镍(Ni³⁺)6～8g／L、铬(Cr³⁺)6～8g／L。废液有极强的腐蚀性，不经处理将对人身和环境造成极大的危害。

处理工艺 从废液中处理、回收其中有价值物质的工艺方法有减压蒸发法、溶剂萃取法、电渗析法和离子交换法等，其中最常用的是减压蒸发法。溶剂萃取法在国外也有采用。

减压蒸发法 其原理是往废酸液中加入硫酸，使硫酸根与废液中的硝酸根和氟离子置换，形成金属的硫酸盐，在负压下，利用硫酸和硝酸、氢氟酸平衡温度的不同，加热蒸发出气态的硝酸和氢氟酸，经冷凝，即得到再生的混合酸，再次用于酸洗。残液中含有硫酸的金属盐和硫酸，经过冷却，硫酸盐形成结晶，经固液分离，含有一定浓度的硫酸液体可以循环使用。固态金属硫酸盐沉渣另行处理，可以回收其中的镍、铬等金属。

中国太原钢铁公司在1984年建成了处理能力为15m³／d废液的大型减压蒸发法回收装置。其工艺流程如图1。酸的回收率约在90％以上。

图1      减压蒸发法工艺流程图

1-加热器；2-蒸发器；3-冷凝器；4-浓硫酸计量槽；5-废酸计量槽；

6-循环硫酸计量槽；7-结晶槽；8-回收酸稽；9-固液分离机；10-水封池；11-水力喷射器；12-废酸槽

溶剂萃取法 其原理是在废液中通入硫酸，硫酸和废液中的金属盐类发生复分解反应，废液中的金属盐转化成金属的硫酸盐，硝酸和氢氟酸游离出来，用磷酸三丁脂(TBP)作萃取剂，将硝酸和氢氟酸转移到萃取剂中，然后在反萃塔中用水反萃，即得到硝酸、氢氟酸的混合酸，再次用于酸洗。这种方法，硝酸和氢氟酸的回收率分别为95％和65％。其工艺流程见图2。

图2       溶剂革取法工艺原理图

1-酸洗槽；2-废酸槽；3-硫酸；4-加热器；5-萃取塔；6-中和；7-中间贮槽；8-反萃塔；9-水；10-中间贮槽；11-附器；12-回收酸

主要设备 减压蒸发法的主要设备是真空装置、蒸发器、冷凝器、结晶器和固液分离装置等。溶剂萃取法的主要装置是萃取塔和反萃塔。

真空装置 运行时蒸发器要保持一定的真空度(86．7kPa)，要求配备相应的真空装置，可以采用水力喷射器或真空泵来完成。

蒸发器 在蒸发器内，废液在负压下加热蒸发，蒸发温度为40～50℃，液相和气相都是极强的腐蚀介质，设备需要耐腐蚀、耐温、传热性能和密封性能良好。

冷凝器 在冷凝器内气相的HNO₃、HF和水分冷凝下来，即得到混合酸液，其温度在30℃以下。冷凝器同蒸发器一样，需要良好的耐腐蚀、耐温、传热、密封性能。

结晶器 蒸发后的残液排入结晶器内，冷却到25℃左右，金属的硫酸盐形成晶体，即可排到固液分离装置。

固液分离装置 结晶后的液体中仍含有游离硫酸，在固液分离装置中将金属的硫酸盐结晶体和液态的硫酸相分离，可采用离心机或真空过滤装置。设备需能耐腐蚀。