专利名称：硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，属于环保技术领域的范畴。
背景技术：
硫酸渣是以硫铁矿为原料生产硫酸过程中所排出的废渣(也称硫酸烧渣)，其含铁量(质量分数)约为30％～60％，故硫酸渣的大量弃用，造成了铁矿资源的浪费和流失。据统计，目前国内每年因生产硫酸而排放的烧渣量大约在1200万吨，除30％被利用外，其余作为废弃物堆存，因此一旦刮风下雨，便对农田、池塘和江河造成污染。传统的硫酸渣综合利用方法有1.直接用于炼铁硫酸渣作为一种主要的含铁原料可以用于炼铁，但在实际应用中存在以下两个问题，其一是铁品位低且波动大；其二是炼铁有害杂质硫、砷、硅含量高。因此，烧渣必须预先选矿处理方可炼铁。
2.采用高温、中温氯化焙烧回收硫酸渣中有价有色金属如金、银等，但这些方法对原料的选择性大，实用范围不广。
3.应用硫酸烧渣生产建筑材料如用石灰作胶结剂生产烧渣砖，经高温焙烧后的烧渣本身并无胶结能力，但它可在烧渣砖中做骨料，其余可与石灰结合形成胶结材料。或用水泥作粘结剂生产烧渣砖以硫铁矿烧渣为主要原料，水泥为粘结剂，再配上少量催化剂，压制成型。
这些硫酸渣的综合利用技术，普遍存在着成本较高、周期较长、铁回收率低、副产品的附加值低等一系列问题。
而海绵钛生产、氯碱工业生产过程中都有大量的含氯废气的排放，以海绵钛生产为例，在氯化生产过程中氯化炉的尾气主要成分为CO、CO2、O2、N2、Cl2、TiCl4及少量的HCl，传统的治理方法首先要进行石灰乳除氯，然后进行水洗吸收最终得到低浓度盐酸，低浓度盐酸可用做设备的清洗等。这种工艺可以解决氯化废气的达标排放，并回收部分TiCl4，但该工艺对设备的耐蚀性要求高，而且低浓度盐酸的堆存有相当大的环境风险。
三氯化铁主要用于污水处理、线路板蚀刻、不锈钢腐蚀以及媒染剂，主要产品有固体三氯化铁和液体三氯化铁两种，其中HPFCS高纯型用于电子行业高要求的清洗及蚀刻。液体三氯化铁是城市污水及工业废水处理的高效廉价絮凝剂，具有显著的沉淀重金属及硫化物、脱色、脱臭、除油、杀菌、除磷、降低出水COD及BOD等功效，目前三氯化铁絮凝剂的市场前景良好。
传统的三氯化铁生产方法主要有以下几种1、氯化法—铁屑在高温下与氯气反应。
2、盐酸法—铁屑与盐酸共煮，生成氯化亚铁，再通入氯气氧化生成三氯化铁。
3、一步氯化法—将氯气直接通入浸泡铁屑的水中，一步生成三氯化铁。
这些方法都是采用氯气、盐酸及铁屑为原料，在生产过程中，有氯气和氯化氢气体逸出，严重污染环境和影响员工健康，三废治理投资大，同时对设备的耐蚀性和密封性要求高。因此研究新的三氯化铁工艺，特别是无污染的清洁生产工艺是非常必要的。
申请号为89101216.8的专利采用工业废酸如炼钢的酸洗废液与铁屑反应制取氯化亚铁，然后再进行氧化制取三氯化铁。申请号为88109015.8的专利采用钢铁冶炼的含铁烟尘与盐酸反应，并经过氧化而制得三氯化铁。这些技术采用亚硝酸盐为氧化剂和催化剂，或使用双氧水或氯气为氧化剂，在实施中易形成二次污染，而且成本较高。在申请号为96102186.1的专利中，直接采用铁矿石与盐酸反应制备氯化铁水溶液，但该方法对铁矿石的选择性很强，要求铁矿石中Fe2O3至少要等于90％，优选使用含铁量高于95％的赤铁矿，不能使用磁铁矿、褐铁矿。申请号为94190358.3专利技术采用盐酸与铁屑反应首先制得氯化亚铁，然后使用O2或者是空气进行氧化而获得氯化铁，这种方法可以一定程度地减少催化和氧化的成本和减少污染，但该技术反应速度很慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，将三氯化铁的生产与含氯废气的治理结合起来，不仅省去了传统三氯化铁生产的氯化、氧化工序，节约了大量的资源，同时解决了盐酸的来源问题；本方法还使含氯废气治理问题得以解决，含氯废气的吸收率达90％以上，可实现达标排放，实现了含氯废气的资源化、无害化和减量化。
本发明是这样实现的硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺；以含铁量30％～60％的硫酸渣和含氯废气为原料反应而得。
具体的是将硫酸渣与水配制成矿浆，在循环泵的作用下，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置进入吸收塔，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气从吸收塔下部进入，在塔内与硫酸渣矿浆逆流接触反应，将氯气、氯化氢除去；反应之后的混合物从吸收塔流出，经过滤，滤液进行净化、除杂和去除重金属，然后再过滤即得三氯化铁溶液，溶液经浓缩可得固体三氯化铁。
本发明中，将硫酸渣进行过筛、小于60目，取筛下料与水配制成的硫酸渣矿浆的液固比为3～10∶1。
硫酸渣矿浆与含氯废气在吸收塔中85～95℃内循环吸收3～4小时，至溶液的波美度为40～60后进行过滤。
对波美度为40～60滤液进行净化，除去杂质及少量的重金属，再过滤即可得到液体三氯化铁溶液，再进一步进行浓缩结晶可得到固体三氯化铁。
本发明制备三氯化铁的方法是中和反应和氧化—还原反应的过程，硫酸渣中的Fe、Ca、Mg等金属氧化物均能与含氯废气进行反应。主要反应有(1)(2)(3)(4)(5)据《热力学数据》手册计算，在298.15K时，主要反应(1)的标准吉布斯自由能ΔGθ＝-275.699KJ.mol-1，可见反应(1)不仅能自发进行，而且可进行得很彻底。
与现有技术相比，本发明具有如下优点1、将硫酸渣的综合回收和含氯废气治理两套工艺合二为一，改变了传统的末端治理的方式，达到了“以废治废、综合治理、变废为宝”的目的。
2、硫酸渣矿浆与含氯废气在吸收塔内进行的反应是气、液、固多相反应，反应条件良好，反应比较彻底，克服了现有技术中化学反应比较单一、流程过长的问题。
3、本方法省去了传统三氯化铁生产的氯化、氧化工序，节约了大量的资源，同时解决了盐酸的来源问题。
4、本发明方法中含氯废气的吸收率达90％以上，可实现达标排放，实现了无污染的清洁生产。
5、本方法所制得的产品三氯化铁经过处理后可以制得液体三氯化铁，也可制得固体三氯化铁。
图1是硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺流程图。
具体实施例方式本发明的实施例1取硫酸渣(含铁47.25％，过60目)320克与1.6升水，配制成硫酸渣矿浆，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置(接触区)进入Φ80×400mm的吸收塔，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气(100L/h，含氯化氢和氯气量为356mg/m3)从反应塔下部进入，在吸收塔内与硫酸渣矿浆逆流接触，90℃时循环吸收3个小时，烟气中Cl2和HCl与硫酸渣反应，将Cl2和HCl除去，得到的由三氯化铁、硫酸渣和水组成的混合物从吸收塔流出，经过滤可实现水溶性的三氯化铁与渣的分离，得到水溶性的三氯化铁，然后对三氯化铁溶液进行净化和去除重金属，然后再进行过滤得到比较纯净的三氯化铁溶液1.45升(溶液中FeCl3＝40.6％，游离HCl＝0.221％)，溶液经蒸发浓缩可得固体三氯化铁。尾气的含氯量为52.6mg/m3，低于国家排放标准，可直接排放。
本发明的实施例2取硫酸渣(含铁30％，过60目)320克与2.56升水，配制成硫酸渣矿浆，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置(接触区)进入Φ80×400mm的吸收塔，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气(100L/h，含氯化氢和氯气量为356mg/m3)从反应塔下部进入，在吸收塔内与硫酸渣矿浆逆流接触，95℃时循环吸收3个小时，烟气中Cl2和HCl与硫酸渣反应，将Cl2和HCl除去，得到的由三氯化铁、硫酸渣和水组成的混合物从吸收塔流出，经过滤可实现水溶性的三氯化铁与渣的分离，得到水溶性的三氯化铁，然后对三氯化铁溶液进行净化和去除重金属，然后再进行过滤得到比较纯净的三氯化铁溶液1.40升(溶液中FeCl3＝41.6％，游离HCl＝0.210％)，溶液经蒸发浓缩可得固体三氯化铁。尾气可直接排放。
本发明的实施例3取硫酸渣(含铁60％，过60目)320克与3.2升水，配制成硫酸渣矿浆，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置(接触区)进入Φ80×400mm的吸收塔(，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气(100L/h，含氯化氢和氯气量为356mg/m3)从反应塔下部进入，在吸收塔内与硫酸渣矿浆逆流接触，85℃时循环吸收4个小时，烟气中Cl2和HCl与硫酸渣反应，将Cl2和HCl除去，得到的由三氯化铁、硫酸渣和水组成的混合物从吸收塔流出，经过滤可实现水溶性的三氯化铁与渣的分离，得到水溶性的三氯化铁，然后对三氯化铁溶液进行净化和去除重金属，然后再进行过滤得到比较纯净的三氯化铁溶液1.43升(溶液中FeCl3＝41.1％，游离HCl＝0.212％)，溶液经蒸发浓缩可得固体三氯化铁。尾气可直接排放。
本发明的实施例4取硫酸渣(含铁30％，过60目)320克与960毫升水，配制成硫酸渣矿浆，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置(接触区)进入Φ80×400mm的吸收塔，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气(100L/h，含氯化氢和氯气量为356mg/m3)从反应塔下部进入，在吸收塔内与硫酸渣矿浆逆流接触，95℃时循环吸收3个小时，烟气中Cl2和HCl与硫酸渣反应，将Cl2和HCl除去，得到的由三氯化铁、硫酸渣和水组成的混合物从吸收塔流出，经过滤可实现水溶性的三氯化铁与渣的分离，得到水溶性的三氯化铁，然后对三氯化铁溶液进行净化和去除重金属，然后再进行过滤得到比较纯净的三氯化铁溶液0.80升(溶液中FeCl3＝41.6％，游离HCl＝0.210％)，溶液经蒸发浓缩可得固体三氯化铁。尾气可直接排放。
权利要求
1.一种硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，其特征在于以含铁量30％～60％的硫酸渣和含氯废气为原料反应而得。
2.按照权利要求1所述硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，其特征在于将硫酸渣与水配制成矿浆，在循环泵的作用下，通过矿浆槽、循环管道与吸收塔中的喷射装置进入吸收塔，从喷嘴向下喷射，在塔的上部散开；含氯废气从吸收塔下部进入，在塔内与硫酸渣矿浆逆流接触反应，将氯气、氯化氢除去；反应之后的混合物从吸收塔流出，经过滤，滤液进行净化、除杂和去除重金属，然后再过滤即得三氯化铁溶液，溶液经浓缩可得固体三氯化铁。
3.按照权利要求2所述硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，其特征在于将硫酸渣进行60目的过筛，取筛下料与水配制成的硫酸渣矿浆的液固比为3～10∶1。
4.按照权利要求2所述硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，其特征在于硫酸渣矿浆与含氯废气在吸收塔中85～95℃内循环吸收3～4小时，至溶液的波美度为40～60度后进行过滤。
5.按照权利要求2所述硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，其特征在于对波美度为40～60滤液进行净化，除去杂质及少量的重金属，再过滤即可得到液体三氯化铁溶液，再进一步进行浓缩结晶可得到固体三氯化铁。
全文摘要
本发明提供了一种硫酸渣吸收含氯废气制备三氯化铁的工艺，以含铁量30％～60％的硫酸渣和含氯废气为原料，在吸收塔中反应而得；与现有技术相比，本发明将硫酸渣的综合回收和含氯废气治理两套工艺合二为一，达到了“以废治废、综合治理、变废为宝”的目的；硫酸渣矿浆与含氯废气在吸收塔内反应条件良好，反应比较彻底，克服了现有技术中化学反应比较单一、流程过长的问题；省去了传统三氯化铁生产的氯化、氧化工序，节约了资源，并解决了盐酸的来源问题；本发明方法中含氯废气的吸收率达90％以上，可实现达标排放，实现了无污染的清洁生产。
文档编号C01G49/10GK1760134SQ20051020070
公开日2006年4月19日 申请日期2005年11月16日 优先权日2005年11月16日
发明者唐道文, 李军旗, 郭晓光, 袁继维, 杨兴英, 毛小浩, 赵平原, 杨书怀, 杨志彬 申请人:贵州大学