Umgang mit Abfallschwefelsäure

Im täglichen Leben, insbesondere in der chemischen Produktion, fällt immer viel Schwefelsäureabfall an. Schwefelsäure ist ein saures Oxidationsmittel. Schwefelsäure hat eine starke ätzende Wirkung. Wenn die menschliche Haut versehentlich mit Schwefelsäure in Kontakt kommt, wird sie korrodiert und verbrennt. Daher müssen Sie bei Experimenten auf die Sicherheit achten. Wie geht man also mit der so ätzenden Schwefelsäureabfall um? Im Folgenden finden Sie eine ausführliche Einführung.

Abfallschwefelsäure und schwefelsäurehaltiges Abwasser sind nicht nur säurehaltig, sondern enthalten auch eine große Menge an Verunreinigungen. Aufgrund der Unterschiede hinsichtlich Abfallsäure, Abwasserzusammensetzung und Behandlungszielen können die derzeit im In- und Ausland verwendeten Behandlungsmethoden grob in drei Kategorien unterteilt werden: Recycling und Wiederverwendung, umfassende Nutzung und Neutralisationsbehandlung.

Recycling von Abfallschwefelsäure

Die Schwefelsäurekonzentration in Abfallschwefelsäure ist relativ hoch und kann nach der Aufbereitung zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Die Behandlung dient hauptsächlich dazu, Verunreinigungen in der Abfallschwefelsäure zu entfernen und die Schwefelsäure zu konzentrieren. Zu den Behandlungsmethoden gehören Konzentration, Oxidation, Extraktion und Kristallisation.

1.1 Konzentrationsmethode

Bei dieser Methode wird die verdünnte Schwefelsäure erhitzt und konzentriert, sodass die darin enthaltenen organischen Stoffe oxidieren, polymerisieren und andere Reaktionen eingehen und in ein dunkles Kolloid oder eine Suspension umgewandelt werden, die dann herausgefiltert wird. Dadurch wird der doppelte Zweck erreicht, Verunreinigungen zu entfernen und die verdünnte Schwefelsäure zu konzentrieren. Diese Art von Methode wird häufig verwendet und die Technologie ist ausgereift. Basierend auf der weit verbreiteten Hochtemperaturkonzentrationsmethode wurde eine fortschrittlichere Niedertemperaturkonzentrationsmethode entwickelt, die im Folgenden vorgestellt wird.

Bei der Chloralherstellung im Chemiewerk Zibo entsteht Abfallschwefelsäure, die einen Massenanteil von H2SO4 von 65 bis 75 %, einen Massenanteil von Chloral von 1 bis 3 % und einen Massenanteil anderer organischer Verunreinigungen von 1 % aufweist. Die Anlage filterte den Niederschlag und erhitzte ihn dann direkt mit Kohle zur Destillation. Die gewonnene konzentrierte Schwefelsäure war farblos und durchsichtig, mit einem H2SO4-Massenanteil von über 95 %, und es wurde kein Chloracetaldehyd nachgewiesen. Chloroform konnte nach alkalischer Hydrolyse, Destillation und Filtration des Niederschlags gewonnen werden. Die Anlage verarbeitet jährlich 4.000 t Abfallschwefelsäure und erwirtschaftet durch die Rückgewinnung der Schwefelsäure einen Gewinn von 550.000 Yuan pro Jahr〔1〕.

Das Verfahren zur Konzentration von Abfallschwefelsäure der japanischen Kimura-Datong Chemical Machinery Co., Ltd. besteht aus einer Kombination aus Steigfilmverdampfung in glasbeschichteten Rohren und segmentierter Vakuumverdampfung, um den Massenanteil von H2SO4 in Abfallschwefelsäure von 10 % über 40 % bis 95 % zu konzentrieren. Der Prozess kann in drei Phasen unterteilt werden. In den ersten beiden Phasen werden undurchlässige Graphitrohrheizkörper zur Verdampfung und Konzentration verwendet, und in der letzten Phase wird ein Steigfilmverdampfer in glasbeschichteten Rohren zur Konzentration verwendet. In jeder Phase steigt der Massenanteil von H2SO4 schrittweise auf 60 %, 80 % bzw. 95 % an. Der Heizprozess verwendet einen Hochtemperatur-Wärmeträger mit einer Temperatur von 150-220 °C, der organische Stoffe in unlösliche Substanzen umwandeln und diese dann durch Filtration entfernen kann. Der Prozess wurde in einem Pilotversuch mit einer Kapazität von 2 t/h getestet und funktionierte 5 Jahre lang gut. Dieses Verfahren ist sehr anpassungsfähig und kann zur Behandlung von Abfallschwefelsäure verwendet werden, die eine Vielzahl organischer Verunreinigungen enthält〔2〕.

Die Nachteile der Hochtemperaturkonzentrationsmethode bestehen darin, dass die starke Korrosivität und der Säurenebel der Schwefelsäure für die Anlage und das Bedienpersonal sehr schädlich sind und der eigentliche Vorgang sehr mühsam ist. Daher wurde in den letzten Jahren eine verbesserte Konzentrationsmethode entwickelt, die als Konzentrationsmethode für nichtflüchtige Lösungen mit Dampf-Flüssigkeits-Trennung (abgekürzt WCG-Methode) bezeichnet wird〔3〕.

Das Prinzip und der Prozess der WCG-Methode sind wie folgt: Die verdünnte Abfallschwefelsäure wird mithilfe einer säurebeständigen Pumpe aus dem Lagertank in den zirkulierenden Konzentrationsturm gepumpt, um sie zu konzentrieren. Anschließend wird sie durch einen Wärmetauscher erhitzt, bevor sie in den Nebelerzeuger und Diffusor zur Zwangszerstäubung und weiteren Zwangsverdampfung gelangt. Das abgetrennte Gas gelangt nach hochgradiger Entnebelung in den Gasreiniger und wird nach der Reinigung abgelassen. Die abgetrennte Säureflüssigkeit gelangt wieder in den Umlaufkonzentrationsturm. Nach wiederholter Zirkulation, Konzentration und Destillation wird sie, wenn die gewünschte Konzentration erreicht ist, in den Lagertank für konzentrierte Schwefelsäure gepumpt. Konzentrierte Schwefelsäure kann als Produktionsrohstoff wiederverwendet werden. Der Prozessablauf ist in Abbildung 1 dargestellt.

Das WCG-Konzentrationsgerät besteht hauptsächlich aus einem Wärmetauscher, einem Umwälzkonzentrationsturm und einem Saugzuggebläse. Der Wärmetauscher besteht aus Graphit, der Konzentrationsturm aus Polypropylen-Verbundwerkstoff und sowohl die Pumpe als auch das Saugzuggebläse sind säurebeständige Geräte.

Im Vergleich zur Hochtemperaturkonzentrationsmethode hat diese Methode eine niedrigere Verdampfungstemperatur (50–60 °C), einen geringeren Dampfverbrauch und niedrige Kosten (die Kosten für Strom und Dampf zum Konzentrieren jeder Tonne verdünnter Schwefelsäure betragen etwa 30–60 Yuan). Die verdünnte Schwefelsäure (H2SO4-Massenanteil beträgt 20 %), die von der Shanghai Dyeing and Chemical Plant Nr. 5 bei der Herstellung von dispergiertem dunkelblauem H-GL produziert wird, und die verdünnte Schwefelsäure, die von der Shanghai Dyeing and Chemical Plant Nr. 8, der Wuhan Dye Factory und der Jining Dye Factory bei der Herstellung von Farbstoffzwischenprodukten produziert wird, wurden mithilfe der WCG-Methode konzentriert, wobei in allen Fällen bemerkenswerte Ergebnisse erzielt wurden.