丁永慶

（河鋼股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063016）

在冷軋鋼板的過程中，會(huì)進(jìn)行酸洗的這一個(gè)步驟，酸洗過程中遺留下來的廢棄鹽酸會(huì)進(jìn)入酸再生爐中進(jìn)行反應(yīng)，在這個(gè)反應(yīng)的過程中，廢棄鹽酸會(huì)與空氣進(jìn)行反應(yīng)，主要是與氧氣反應(yīng)，在高溫的條件下，大約在600-700°C的范圍內(nèi)，會(huì)與氧氣反應(yīng)生成三氧化二鐵與四氧化三鐵，主要的產(chǎn)物是三氧化二鐵，這是產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，用途和價(jià)值都極為廣泛，但是由于現(xiàn)階段下的技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致氧化鐵粉的質(zhì)量相對(duì)較低，不能夠達(dá)到要求，其中最為主要的影響因素就是酸再生爐中產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)的各個(gè)參數(shù)，研究好各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，再根據(jù)這些關(guān)系采取措施。本文主要從酸再生爐里的反應(yīng)原理出發(fā)，根據(jù)原理中不可避免的一些缺陷，進(jìn)行一定舉措，將氧化鐵粉的質(zhì)量提高到想要達(dá)到的結(jié)果。從而依靠這些改進(jìn)措施，重新編制原有的控制程序。

1 酸再生爐中化學(xué)反應(yīng)原理

酸洗冷軋鋼板所剩余的廢棄鹽酸，經(jīng)過酸再生爐與高溫的氣體進(jìn)行反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氧化鐵粉，但是產(chǎn)生的氧化鐵粉的質(zhì)量并不會(huì)很高，為了對(duì)氧化鐵粉的質(zhì)量進(jìn)行提高，可以從酸再生爐中所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)出發(fā)分析，導(dǎo)致產(chǎn)生的副產(chǎn)品氧化鐵粉質(zhì)量低下的原因，針對(duì)原因制定改進(jìn)的方案。具體的操作原理如下：

在酸再生爐中，所進(jìn)行的反應(yīng)如上所示，第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)式中，廢棄的鹽酸氧化鐵粉，生成了氯化亞鐵，氯化亞鐵在再生爐中與高溫狀態(tài)下的水蒸氣和氧氣反應(yīng)，就可以生成三氧化二鐵；第二個(gè)化學(xué)反應(yīng)式中，廢棄的鹽酸與鐵粉反應(yīng)會(huì)生成一部分的氯化鐵，氯化鐵與高溫水蒸氣反應(yīng)后會(huì)生成三氧化二鐵與氯化氫，氯化氫溶于水又可以加強(qiáng)廢棄的鹽酸的濃度，保證了整個(gè)反應(yīng)的充分進(jìn)行；第三個(gè)反應(yīng)化學(xué)式表明了氯化亞鐵在再生爐中也會(huì)產(chǎn)生另外一種化學(xué)反應(yīng)，與高溫下的水蒸氣和高溫的氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氯化氫，在整個(gè)酸再生爐中，主要進(jìn)行的反應(yīng)是第一個(gè)反應(yīng)，所以主要生成的氧化鐵粉就是三氧化二鐵的產(chǎn)物，四氧化三鐵的生成說明還有鐵沒有被完全氧化為三價(jià)的鐵，但是四氧化三鐵的生成量在副產(chǎn)品氧化鐵粉中的含量較少。

并且在再生爐中用的燃料基本都是轉(zhuǎn)爐的煤氣，在發(fā)熱值方面可以直接考慮一氧化碳的作用，其它的燃燒成分都可以忽略不計(jì)[1]。

2 根據(jù)燃燒能量守恒原理計(jì)算反應(yīng)物的用量

由上述的分析可知，在發(fā)熱值方面只需要考慮一氧化碳的發(fā)熱值，根據(jù)能量守恒的定律，可以得到空氣中的一氧化碳的含量，參與再生爐中反應(yīng)的理論空氣含量，理論煙氣的生成量，假如廢棄的鹽酸反應(yīng)再生率為百分之百，每個(gè)小時(shí)的鹽酸生成量為7.4立方米，則可以判斷每小時(shí)的鹽酸和水的揮發(fā)量，變成氣體后會(huì)增加反應(yīng)面積，所以再生爐中的反應(yīng)需要在高溫的條件下進(jìn)行，每小時(shí)鹽酸的揮發(fā)量為299.83立方米，每小時(shí)水蒸氣的產(chǎn)生量為688.02立方米。同時(shí)可以計(jì)算出反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后氧氣的剩余量，保證反應(yīng)的進(jìn)行。除此之外，可以根據(jù)上述條件確定混合的煙氣含量和過氧含量，原理是依照質(zhì)量守恒原理的。

3 影響氧化鐵粉質(zhì)量的因素

3.1 產(chǎn)生的一氧化碳的發(fā)熱值因素的影響

當(dāng)一氧化碳的發(fā)熱值增大，會(huì)降低再生爐中的混合氣體量以及空氣量，這樣會(huì)導(dǎo)致再生爐的內(nèi)部溫度的升高，而大部分的熱量會(huì)被混合氣體在再生爐出口帶走，但是出口溫度不變，發(fā)熱值增加，導(dǎo)致再生爐內(nèi)溫度增加，溫度過高會(huì)導(dǎo)致氧化鐵粉質(zhì)量的降低。除此之外，一氧化碳的發(fā)熱量也會(huì)影響工作流程前所計(jì)算的理論的空氣反應(yīng)量，以及空氣的消耗系數(shù)，進(jìn)而造成理論的氧氣消耗量會(huì)發(fā)生變化[2]。

一氧化碳發(fā)熱值的增加會(huì)直接導(dǎo)致理論空氣量成比例的增大，一氧化碳燃燒的同時(shí)也需要消耗氧氣，一氧化碳被氧化為二氧化碳，進(jìn)一步加大再生爐中的氣體壓力，溫度升高，研究表明，實(shí)際的操作過程中氧氣消耗量比理論的計(jì)算中用量更大，所以一氧化碳的發(fā)熱值對(duì)氧化鐵粉的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定性的影響。

3.2 空氣中氧氣的占比因素影響

從酸再生爐的反應(yīng)原理可以看出，整個(gè)氧化鐵粉的生成量，或多或少地與氧氣的含量有著密不可分的聯(lián)系，氧氣含量的多少直接決定了氧化鐵粉的質(zhì)量高低，當(dāng)氧氣的含量按照反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)衡量，沒有達(dá)到要求的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致四氧化三體不能夠完全氧化，變成三氧化二鐵，導(dǎo)致氧化鐵粉質(zhì)量的降低，所以，在再生爐中反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)需要注意氧氣的含量應(yīng)當(dāng)稍微過量，這樣才能將反應(yīng)生成的四氧化三鐵更加有效地轉(zhuǎn)化為三氧化二鐵。如果空氣中的氧氣占比含量較低，很有可能造成生成的副產(chǎn)品三氧化二鐵中含有大量的四氧化三鐵，氧氣含量的多少將會(huì)直接影響氧化鐵粉質(zhì)量的高低。

3.3 廢棄鹽酸是否含有雜質(zhì)

在產(chǎn)生氧化鐵粉的過程中，廢棄的鹽酸是主要的一個(gè)反應(yīng)物，但是如果當(dāng)廢棄的鹽酸的純度達(dá)不到要求時(shí)，也就不能夠保證氧化鐵粉的純度，在廢棄的鹽酸中通常會(huì)含有硅、鋁、錳等其它金屬元素，這些多余的金屬元素都是影響氧化鐵粉純度的一個(gè)重要因素，因?yàn)樵谠偕鸂t中氧化反應(yīng)產(chǎn)生的過程中，會(huì)將硅和鋁錳等雜質(zhì)也進(jìn)行氧化，生成對(duì)應(yīng)的氧化物，從而產(chǎn)生其它的產(chǎn)物，降低氧化鐵粉的質(zhì)量。除此之外，當(dāng)廢棄的鹽酸中含有其它雜質(zhì)的時(shí)候，生成的二氧化硅和三氧化二鋁對(duì)再生爐中的反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，根據(jù)相關(guān)的知識(shí)，可以了解到，由于置換反應(yīng)，會(huì)將鐵的含量降低，從而很大程度上影響氧化鐵粉的質(zhì)量，并且這些雜質(zhì)在一定程度上都是有好的。

3.4 再生爐中的溫度

從再生爐中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)可以看出，生成氧化鐵粉的主要反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的，所以再生爐的溫度對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行和氧化鐵粉的生成有非常大的影響，如果再生爐中的溫度不能夠達(dá)到反應(yīng)進(jìn)行的溫度要求，那么將會(huì)導(dǎo)致主要生成氧化鐵粉的化學(xué)反應(yīng)不能夠充分進(jìn)行，同時(shí)也很大可能促進(jìn)四氧化三鐵的形成，再生爐的爐溫過低，會(huì)導(dǎo)致主要反應(yīng)進(jìn)行得不徹底，同時(shí)由于四氧化三鐵的存在，會(huì)導(dǎo)致氧化鐵粉的總體顏色偏黑，同時(shí)在再生爐中，長時(shí)間的溫度偏低也會(huì)導(dǎo)致氯化亞鐵的液體流出，顏色為淺綠色，氯離子的含量偏高會(huì)降低三氧化二鐵的含量，增加氯化鐵的含量，導(dǎo)致氧化鐵粉的質(zhì)量降低。此外，如果再生爐的反應(yīng)溫度過高，會(huì)使氧化鐵粉產(chǎn)生過燒的現(xiàn)象，經(jīng)過一定的研究表明，當(dāng)產(chǎn)生不同溫度梯度的反應(yīng)條件時(shí)，相應(yīng)的氧化鐵粉和氯的含量也會(huì)不同，最終最適合氧化鐵粉生成的反應(yīng)溫度是600℃到800℃。

3.5 廢棄鹽酸反應(yīng)時(shí)的密度與接觸面積壓力的影響

廢棄的鹽酸在再生爐中的反應(yīng)往往是不能徹底的，因?yàn)槠胀ǖ囊后w與固體的接觸不能夠使接觸面積擴(kuò)大，從而大致反應(yīng)的不完全進(jìn)行，造成氧化鐵粉質(zhì)量的下降，當(dāng)生成了氧化鐵粉后，壓力又成了一個(gè)最為關(guān)鍵的因素，壓力的不同會(huì)導(dǎo)致生成的氧化鐵粉的粒徑不同，氧化鐵粉的粒徑將直接影響氧化鐵粉的質(zhì)量，同時(shí)壓力的存在，壓力的大小也會(huì)對(duì)再生爐的溫度產(chǎn)生影響[3]。

3.6 漂洗水的純度

在再生爐之前所進(jìn)行的是吸收塔的吸收工作，它主要是吸收產(chǎn)生的氯化氫氣體，這些氣體在吸收塔中經(jīng)過漂洗水的作用后會(huì)形成鹽酸，這些鹽酸都會(huì)再利用的，但是在有些生產(chǎn)廠里面生產(chǎn)的漂洗水往往會(huì)混有氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致漂洗水中的氯離子濃度升高，從而導(dǎo)致氯化氫氣體吸收得不及時(shí)，影響再生爐中主反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致氧化鐵粉質(zhì)量的降低。

4 提高氧化鐵粉的措施

4.1 將鹽酸霧化增加接觸面積

由于對(duì)氧化鐵粉質(zhì)量影響因素的分析，廢棄鹽酸反應(yīng)時(shí)并不能完全接觸，并且還會(huì)影響再生爐中的壓力大小，一般將鹽酸進(jìn)行濃縮，濃縮酸的密度控制在1.3～1.4g/立方厘米，再將鹽酸進(jìn)行霧化，霧化后可以采用噴灑的方式在再生爐中反應(yīng)，但是需要注意的是將噴灑的壓力需要控制在一定的區(qū)間內(nèi)，根據(jù)不同規(guī)格的再生爐，所需要的參數(shù)也不一樣。同時(shí)，廢棄鹽酸的噴灑量也會(huì)控制再生爐的爐溫，一般再生爐的溫度都有專門的控制設(shè)備來進(jìn)行控制，都會(huì)有一定的上限和下限，而想要達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度，可以采取合理控制廢棄酸液的噴灑量，如果在噴灑的過程中，噴灑的廢棄鹽酸的量較少，那么噴灑的廢棄鹽酸遇到爐壁冷凝下來的冷凝酸也就越少，霧化的鹽酸不能有效的冷卻，將會(huì)直接導(dǎo)致反應(yīng)爐中的溫度增加，從而影響氧化鐵粉的質(zhì)量。

4.2 對(duì)廢棄的鹽酸進(jìn)行提純處理

上述的影響因素中談到，廢棄的鹽酸中可能會(huì)含有少量的硅、鋁、錳等雜質(zhì)金屬，這些金屬元素在再生爐中通過與氧氣的作用，會(huì)生成其對(duì)應(yīng)的氧化物，摻雜在生成的氧化鐵粉中，使副產(chǎn)品氧化鐵粉中混有雜質(zhì)，質(zhì)量降低，可以對(duì)廢棄的鹽酸進(jìn)行提純處理，可以將酸洗線產(chǎn)生的廢棄鹽酸導(dǎo)入接近80℃的貯存罐里面，可以事先在貯存罐里面加入一些鋼，這時(shí)鐵就會(huì)與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，再將這些生成的氯化亞鐵溶液導(dǎo)入濃氨水，兩者反應(yīng)會(huì)生成氫氧化亞鐵這種淺綠色的沉淀，由于氫氧化亞鐵的吸附效果并不是特別突出，這時(shí)可以通入一定的壓縮空氣，將氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵，將氫氧化鐵進(jìn)行生產(chǎn)使用，將氫氧化鐵加入再生爐中可以有效地提高氧化鐵粉的質(zhì)量。

4.3 提高再生爐中空氣的氧氣含量

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可以得到氧氣在反應(yīng)的過程中有著絕對(duì)性的作用，氧氣的含量將直接決定了氧化鐵粉的質(zhì)量問題，如果通入的空氣中的氧氣含量較低，將導(dǎo)致大量的四氧化三鐵不能夠直接轉(zhuǎn)化為三氧化二鐵，所以為了提高通入空氣中的氧氣含量，可以在輸入空氣的過程中，加入一些提高氧氣含量的設(shè)備，在進(jìn)行提升氧氣含量的過程中需要注意保留一定的水蒸氣，從而保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，當(dāng)然這個(gè)過程必須要合理，必須要滿足企業(yè)的預(yù)算要求，在提高再生爐效率，制造更多的氧化鐵粉，來提高收益的同時(shí)，也需要考慮支出設(shè)備的預(yù)算合理性，不能為了提高通入空氣中的氧氣含量，而導(dǎo)致收益降低，一切都是為了從企業(yè)的利益出發(fā)考慮。

4.4 提高漂洗水的純度

漂洗水在吸收塔中對(duì)氯化氫氣體起著一個(gè)回收利用的作用，但是一般投入使用的漂洗水都會(huì)含有一定的其它雜質(zhì)，雜質(zhì)的含有將會(huì)導(dǎo)致氧化鐵粉質(zhì)量的降低。所以在用漂洗水吸收之前可以用一定方法將漂洗水中的這一系列雜質(zhì)給去除掉，從而提高氯化氫氣體的吸收轉(zhuǎn)化率，保證氧化鐵粉的質(zhì)量[4]。

5 結(jié)束語

隨著科技的不斷進(jìn)步，人們總是希望在原有的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)突破。為了提高酸再生過程中產(chǎn)生的附加產(chǎn)品氧化鐵粉的質(zhì)量，可以從現(xiàn)階段酸再生爐中與反應(yīng)有關(guān)的相關(guān)因素進(jìn)行分析，比如：產(chǎn)生的一氧化碳的發(fā)熱值因素的影響，空氣中氧氣的占比因素影響，廢棄鹽酸是否含有雜質(zhì)的影響，再生爐中的溫度的影響，廢棄鹽酸反應(yīng)時(shí)的密度與接觸面積壓力的影響，漂洗水的純度影響因素。通過這些影響因素可以制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，可以在合理的范圍里加設(shè)一些系統(tǒng)來提高吸收爐中漂洗水的純度，通入的空氣中氧氣的含量，對(duì)廢棄的鹽酸進(jìn)行提純處理，去掉其含有的雜質(zhì)，并且可以廢棄的鹽酸進(jìn)行霧化處理，來擴(kuò)大反應(yīng)的接觸面積，便于反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高氧化鐵粉的質(zhì)量。