冶金以及石油工業(yè)中的有色金屬、解決人民衣食住行的化學纖維、鞏固國防的炸藥、改良土壤的化肥等在制造過程中均離不開硫酸的參與。其在生產(chǎn)過程中消耗大量硫酸的同時產(chǎn)出以硫酸物質(zhì)為主，摻雜各類混合物、有機物以及少量的鎂、鈦、鈣和鋁等金屬離子的廢硫酸，對生產(chǎn)成本及周圍生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。針對廢硫酸問題的處理，我國已開發(fā)研制出多種廢硫酸回收利用技術(shù)，切實提升了廢硫酸的利用率。其中研究得較多的是擴散滲析法，但是酸回收率和濃度較低且仍含有一定量的雜質(zhì)硫酸亞鐵鹽等限制了回收硫酸的直接利用或進一步濃縮處理。本文主要介紹以三異辛胺作萃取劑、H2O作反萃取劑從廢酸中萃取回收硫酸的工藝，考察了萃取劑濃度、相調(diào)節(jié)劑濃度、相比對萃取和反萃取的影響，并進行了多級逆流萃取模擬實驗。

1. 廢硫酸特征以及來源

1.1 廢硫酸特征

廢硫酸來源分散，產(chǎn)出量大，處理難度高。廢硫酸在鈦白粉、染料、石油、化纖等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)出，故而在產(chǎn)出來源以及產(chǎn)出數(shù)量上都具有較大的差異性。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年我國廢硫酸產(chǎn)出量達1億t以上，在廢硫酸處理回收方面投資力度也不盡相同。廢硫酸含大量有機物、金屬離子等雜質(zhì)，在處理工序上繁雜且有一定的難度，若在未經(jīng)處理或處理不完善的情況下就排出，會對周圍生態(tài)環(huán)境造成極為嚴重的污染。

1.2 廢硫酸來源

隨著各領(lǐng)域硫酸需求量的不斷增加，廢硫酸產(chǎn)出量也隨之增高。以我國鈦白粉等工業(yè)產(chǎn)出廢硫酸[1]情況來看，21世紀初期，每年廢硫酸產(chǎn)出量就達8900 t，相較于上年增長10%。現(xiàn)階段我國廢硫酸雖產(chǎn)出量大，但實際增長速率較低。同時，受鈦白粉等工業(yè)硫酸消耗量增長、工業(yè)生產(chǎn)工藝改進及社會環(huán)保事業(yè)等影響[2]，廢硫酸回收利用技術(shù)的開發(fā)與利用已然被提上實際生產(chǎn)日程，相信在未來綠色生產(chǎn)工藝的帶動下，廢硫酸產(chǎn)出量將會越來越少。目前我國廢硫酸以鈦白粉廢酸、酸洗凈化廢酸、鋼材及金屬酸洗廢酸、染料廢酸、硝化廢酸、石油煉制廢酸、甲基丙烯酸酯廢酸、氯化工廢酸、鉛蓄電池廢酸等為主。按濃度劃分，H2SO4質(zhì)量分數(shù)≥50%的廢酸約占16%，H2SO4質(zhì)量分數(shù)<50%的廢酸約占84%；按品種劃分，無機廢酸占63%，有機廢酸占37%。圖1是我國廢酸來源結(jié)構(gòu)。

2. 什么是萃取？

萃取是用一種萃取劑將一種物質(zhì)從一種溶劑中轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中的過程。作為化學類專業(yè)的經(jīng)典反應方式，萃取在生活、工業(yè)等方方面面發(fā)揮了不可替代的重要作用。根據(jù)相似相溶原理，萃取的方式可大致分為兩類，液—液萃取和固—液萃取。液—液萃取是用選定的溶劑萃取分離液體混合物中某組分，溶劑必須與被萃取的混合物液體不相溶，具有選擇性的溶解能力，而且必須有好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。如經(jīng)典實驗用CCl4萃取水中的I2，如圖2。

固—液萃取也叫浸取，用溶劑分離固體混合物中的組分，如用水浸取甜菜中的糖類；用酒精浸取黃豆中的豆油以提高油產(chǎn)量；用水從中藥中浸取有效成分以制取浸膏，又叫“滲瀝”或“浸瀝”。

3. 回收硫酸方法

3.1 萃取回收硫酸工藝及原理

萃取法回收廢酸中硫酸的工藝是選擇一種對硫酸具有選擇性的萃取劑進行萃取，而鐵等雜質(zhì)離子不被萃取，從而達到酸鹽分離的目的。廢水中的廢酸能與堿性胺類萃取劑作用，而且胺類萃取劑可以選擇性地萃取硫酸而基本上不萃取亞鐵等雜質(zhì)離子[3]。如圖3是硫酸回收萃取工藝的基本流程圖。

在最初對廢酸進行萃取時，以三異辛胺為萃取劑，硫酸和萃取劑之間的反應可以用兩個方程式來描述。當水相硫酸濃度低于1 mol/L時，式(1)的反應發(fā)生；當硫酸濃度大于1 mol/L時且硫酸胺濃度大于0.02 mol/L時，會繼續(xù)式(2)的反應。

在給定溫度下將負載有機相與純水接觸反應，便可得到回收產(chǎn)品——純硫酸溶液。再生后的有機相循環(huán)使用。反萃反應僅僅是反應式(1)與(2)的逆過程。

后續(xù)過程中有機萃取劑改為三異辛胺和三辛胺的混合物，可提高萃取效率。另外在萃取過程中，還要加入稀釋劑和相調(diào)節(jié)劑。稀釋劑的主要作用是減少有機相的黏度，本實驗選用煤油。相調(diào)節(jié)劑的加入是為了防止第三相的生成，本實驗選用仲辛醇和磷酸三丁酯（TBP），且發(fā)現(xiàn)阻止第三相形成所要求的最低仲辛醇質(zhì)量分數(shù)為20%。

3.2 萃取過程及分析

通過對萃取劑、稀釋劑以及相調(diào)節(jié)劑按照不同比例進行調(diào)配，調(diào)配的萃取劑與不同濃度的廢酸進行混合，最后對比廢酸回收率選取最佳萃取比例調(diào)配方案且分別從萃取劑濃度、相調(diào)節(jié)劑濃度、相比對萃取和反萃取的影響以及多級逆流萃取模擬實驗對硫酸萃取進行實驗模擬與優(yōu)化[4]。整個萃取過程好似一個要始終保持平衡的蹺蹺板，萃取劑與被萃取溶劑之間的溶質(zhì)數(shù)量要始終保持平衡，若一方溶質(zhì)變多，則溶質(zhì)要向少的那一方移動，這也代表了在萃取過程中可逆的特性。進入到萃取劑中的硫酸分子飽和之后，將進行反萃取的過程，用水與有機溶劑混合，使有機溶劑中的硫酸分子大量進入水中，最后得到純凈的硫酸溶液。

4. 結(jié)束語

硫酸作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域必不可缺的重要化工產(chǎn)品，被廣泛應用在社會生產(chǎn)建設中，對提高人民生活水平，推動社會現(xiàn)代化發(fā)展進程具有深遠影響。20世紀90年代，我國全年硫酸產(chǎn)出量就達2100萬t，位居世界第一位。與其他發(fā)達國家相比，我國廢硫酸回收利用工作開展較晚，實際回收利用量始終處于有待提升階段，廢硫酸偷排、直排等問題屢見不鮮，對周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴重不利影響。采用萃取法回收廢水中的硫酸不僅可以實現(xiàn)硫酸的提取，而且可以對萃取劑循環(huán)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求，對生產(chǎn)生活都具有重要的意義。

文章來源——金屬世界