Xử lí chất thải của công nghiệp, cụ thể là chất axit sunfuric đậm đặc

Xử lí chất thải của công nghiệp, cụ thể là chất axit sunfuric đậm đặc

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Hồng Đông Nam. Nhờ sự hướng dẫn tận tình của Thầy đã giúp tôi vượt qua những khó khăn để hồn thành đề tài này. Tôi xin chân thành cám ơn các quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Hóa Vô Cơ đã truyền đạt cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập ở trường. Tôi xin chân thành cám ơn các quý Thầy Cô thuộc Bộ môn Hóa phân tích, trung tâm nghiên cứu đề tài trọng điểm Quốc gia & Polyme, Viện Khoa học Công nghệ và môi trường đã giúp tôi hồn thành đề tài này. Tôi xin chân thành cám ơn mẹ tôi, gia đình tôi đã động viên tôi về mọi mặt trong suốt quá trình làm đề tài . Cám ơn các bạn lớp HC02VS đã cho tôi những lời khuyên, những lời động viên vô cùng quý báu. Mai Thị Tuyết Nhung. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm vị trí quan trọng nhất trong nền kinh tế quốc dân, do chúng có hoạt tính cao nên dễ bị môi trường tác động làm phá hủy dần từ ngồi vào trong, kết quả là tạo ra những lớp rỉ trên bề mặt kim loại gây thiệt hại lớn về chi phí bảo dưỡng, thay thế vật liệu. Đặc biệt hậu quả của ăn mòn là gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái. Việt Nam là đất nước có khí hậu nóng, ẩm, tỷ lệ sử dụng kim loại còn cao vì vậy thiệt hại ăn mòn là rất cao. Vấn đề được đặt ra hiện nay, là tìm cách ngăn chặn sự hình thành rỉ trên bề mặt kim loại và các hợp kim của sắt. Có rất nhiều cách, một trong những phương pháp được xem là hiệu quả là phủ trên bề mặt kim loại một lớp mạ. Nhưng trước khi mạ, ta cần phải loại bỏ lớp rỉ để lớp mạ được bám dính tốt. Để loại lớp rỉ, thường các nhà máy cán thép sử dụng hóa chất để tẩy rỉ. Hóa chất được dùng phổ biến nhất là các axit vô cơ như: HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , . Ở các nhà máy cán thép, lượng nước thải ra từ quá trình tẩy rỉ là rất lớn. Việc đổ bỏ lượng nước này ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nặng. Vấn đề được đặt ra phải tìm cách xử lý nước này một cách hợp lý và kinh tế nhất. Có rất nhiều phương pháp để xử lý nhưng trong đề tài này chúng tôi sử dụng axit sunfuric đậm đặc để xử lý nước tẩy rỉ. Nếu hướng nghiên cứu này khả thi thì không những ta xử lý được nước tẩy rỉ mà cón có thể thu được những sản phẩm từ quá trình xử lý như: axit HCl, muối sắt (II) sunfat, đây là những hóa chất cơ bản cần thiết cho nền đại công nghiệp. PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: SỰ HÌNH THÀNH RỈ SẮT VÀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ RỈ SẮT 1.1 Sự hình thành rỉ sắt 1.1.1 Điều kiện hình thành rỉ sắt 1.1.1.1 Độ ẩm Độ ẩm là điều kiện cần thiết cho ăn mòn trong khí quyển vì nó quyết định sự ngưng tụ hơi nước. Nước ngưng tụ đọng lại trên bề mặt kim loại sẽ tạo thành dung dịch điện li (khi có mặt các muối hòa tan) làm cho phản ứng ăn mòn có thể xảy ra. Theo lý thuyết, sự ngưng tụ xảy ra khi độ ẩm tương đối đạt đến 100%, tuy nhiên trong một số trường hợp sự ngưng tụ vẫn có thể xảy ra dù độ ẩm tương đối nhỏ hơn 100%. Hiện tượng này xảy ra khi nhiệt độ kim loại thấp hơn nhiệt độ môi trường, khi bề mặt kim loại có muối hoặc khi bề mặt có các lỗ xốp.[2] Khi tăng độ ẩm thì tốc độ ăn mòn cũng tăng nhưng nếu trong điều kiện khí sạch hồn tồn, thì tốc độ tăng không đàng kể. Nhưng khi không khí có nhiễm bẩn thì tốc độ tăng lên rất lớn. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ ẩm có thể biểu diễn theo phương trình: V K = V O .X 2 V K : tốc độ ăn mòn ở độ ẩm bất kỳ. V O : tốc độ ăn mòn khi độ ẩm tương đối 100%. X: độ ẩm tương đối. [3] Độ ẩm chỉ là điều kiện cần nhưng chưa đủ. Ngay trong một môi trường rất ẩm, các bề mặt sạch, không nhiễm bẩn đặt trong không khí không ô nhiễm chỉ bị ăn mòn với tốc độ tương đối thấp. [2] 1.1.1.2 Các chất ô nhiễm. [2] Các chất ô nhiễm làm gia tăng ăn mòn trong khí quyển do tăng tính chất dung dịch điện ly và tăng độ ổn định của lớp màng nước ngưng tụ từ khí quyển. SO 2 là một chất ô nhiễm thường gặp, khi hấp thu trong lớp nước bề mặt sẽ tạo ra H 2 SO 4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn của thép cacbon trong khí quyển. Khi không có SO 2 , lớp sản phẩm ăn mòn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mòn thấp. Khi có mặt SO 2 lớp màng không có tính bảo vệ nên tổn thất khối lượng sẽ tăng theo thời gian. Do đó các chất ô nhiễm như SO 2 , NO 2 , Cl - , F - . có thể cung cấp các chất tan cho lớp nước trên bề mặt và gây ra ăn mòn kim loại. Trong khí quyển chứa 0.01% SO 2 , tốc độ ăn mòn thép cacbon tăng nhanh khi độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn (60%). Ở độ ẩm tương đối gần 100% dù không có SO 2 , sự ăn mòn vẫn tiếp tục với tốc độ thấp. Hiện tượng này là do sản phẩm ăn mòn FeSO 4 tạo thành có tính hút ẩm, sẽ hấp thu nước khi độ ẩm tương đối vượt qua mức độ ẩm tới hạn. Các sản phẩm ăn mòn hút ẩm, và các muối khác kết tủa từ khí quyển, sẽ làm giảm độ ẩm tương đối cần thiết để gây ra ngưng tụ nước. Sự có mặt của màng nước này dẫn đến tăng thời gian thấm ướt và làm tăng mức độ ăn mòn. Chỉ khi độ ẩm thấp hơn giá trị tới hạn ứng với mỗi loại muối thì sự tạo thành màng nước mới bị loại trừ và sự ăn mòn giảm đến mức thấp nhất. Độ ẩm tương đối tới hạn RH crit của một số loại muối và ảnh hưởng ăn mòn khí quyển của chúng trên thép cacbon được trình bày trong bảng. Bảng 1.1 Độ ẩm tương đối tới hạn RH crit của một số loại muối Muối sử dụng RH crit Độ ẩm tương đối, % 100 90 80 70 60 50 Na 2 SO 4 .10H 2 O KCl NaCl NaNO 3 NaNO 2 NaBr.2H 2 O NaI.2H 2 O LiCl.H 2 O 93 86 78 77 66 59 43 15 * o o o o o * * × o o o * * * × o o * * * o o o + + + + o o * * * * * o * * * * * * * * * * * * *: Lớp muối phủ hút ẩm, tạo gỉ và ăn mòn nền thép. : Lớp muối phủ có màu nâu ở biên, có ăn mòn nền thép. +: Lớp muối phủ chuyển thành dung dịch không màu, không ăn mòn. o: Lớp muối phủ khô, không ăn mòn. Từ bảng trên, sự ăn mòn là thấp nhất khi độ ẩm tương đối thấp hơn RH crit . NaNO 2 hút ẩm, nhưng lại là một chất ức chế nên không tuân theo quy luật trên. 1.1.1.3 Nhiệt độ.[2] Nhiệt độ có ảnh hưởng khác nhau đến ăn mòn khí quyển. Nhiệt độ không khí bình thường sẽ giữ tốc độ ăn mòn tương đối thấp nhưng có thể làm tăng sự ngưng tụ màng nước trên bề mặt dẫn đến tăng ăn mòn. Việc phơi ngồi ánh sáng mặt trời sẽ làm tăng nhiệt độ và sấy khô bề mặt dẫn đến giảm ăn mòn. Do đó bề mặt che phủ thường bị ăn mòn nhanh hơn bề mặt phơi nắng trực tiếp. Sự kết hợp của độ ẩm cao, nhiệt độ trung bình cao và sự có mặt của các chất ô nhiễm công nghiệp hoặc muối biển mang theo trong không khí sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn trong khí quyển. Do đó tốc độ ăn mòn cao nhất trong các vùng biển nhiệt đới hoặc bán nhiệt đới. Thiếu một trong các yếu tố trên thì tốc độ ăn mòn sẽ thấp. 1.1.2 Cơ chế hình thành rỉ sắt Sắt bị rỉ khi tiếp xúc đồng thời với oxi và hơi ẩm của không khí. Rỉ sắt là quá trình ăn mòn có tính điện hóa, cơ chế của nó giống với cơ chế của quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở trong pin điện. Một điểm ở trên bề mặt của sắt thép có thể là điện cực âm, tại đó xảy ra quá trình oxi hóa sắt, electron từ sắt chuyển đến một điểm khác ở trên bề mặt của sắt là điện cực dương, tại đó xảy ra quá trình khử oxi của không khí:[6] không khí màng nước điện cực âm điện cực dương electron sắt thép Fe(r) - 2e Fe (dd) 2+ 2 2 Khơng khí khơ hoặc ẩm, thép hoặc sắt sẽ tạo thành một màng oxýt rất mỏng bao gồm lớp bên trong là oxýt sắt từ, Fe 3 O 4 (FeO.Fe 2 O 3 ) bên ngồi là lớp rỉ FeOOH. Fe trong oxýt sắt từ có thể ở dạng Fe 2+ (FeO) hoặc Fe 3+ (Fe 2 O 3 ). Các vết nứt trên lớp rỉ FeOOH cho phép oxy từ khí quyển dễ dàng xâm nhập và oxy hóa hồn tồn oxýt sắt từ thành dạng hydrat Fe 2 O 3 .H 2 O hoặc FeOOH (Fe 2 O 3 .H 2 O = 2FeOOH). Các lỗ xốp trong oxýt sắt từ được làm đầy bằng nước ngưng tụ và sản phẩm ăn mòn khơng tan. Do đó lớp oxýt sắt từ sẽ có tính bảo vệ trong mơi trường hơi nước khơng ơ nhiễm.[2] Khơng khí xung quanh thường chứa một lượng SO 2 , chất này phản ứng với nước và oxy hòa tan để tạo H 2 SO 4 trong các lỗ xốp, dẫn đến phản ứng hòa tan một phần màng oxýt tạo thành FeSO 4 . Muối này bị thủy phân sẽ cung cấp thêm mơi trường axit, làm cho màng oxýt dễ hòa tan hơn, mở rộng lỗ xốp trong oxýt sắt từ và cho phép dung dịch điện ly thâm nhập dễ dàng vào bề mặt kim loại nền. Ngồi ra FeSO 4 còn là chất hút ẩm, sẽ hấp thu nước từ khí quyển và làm tăng tốc độ ăn mòn khi độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn.[2] Phản ứng anốt hòa tan sắt xảy ra dưới lớp oxýt sắt từ Fe 3 O 4 . Fe → Fe 2+ + 2e Ion Fe 2+ trong dung dịch bão hòa (hoặc gần như bão hòa) nằm trong các lỗ xốp của Fe 3 O 4 sẽ phản ứng với oxy ở phía ngồi lớp Fe 3 O 4 để tạo thêm Fe 3 O 4 . 3Fe 2+ + 2OH - + 1/2O 2 → Fe 3 O 4 + H 2 O Phản ứng khử catốt là: 8FeOOH + Fe 2+ + 2e → 3Fe 3 O 4 + 4H 2 O trong đó Fe 3+ trong gỉ FeOOH bị khử thành Fe 2+ trong Fe 3 O 4 ở bề mặt tiếp xúc hai pha. Oxy khí quyển xâm nhập ngang qua các vết nứt trong lớp gỉ có thể oxy hóa Fe 3 O 4 trở lại thành gỉ. 3Fe 3 O 4 + 0.75O 2 + 4.5H 2 O → FeOOH Một lượng sunphát không tan sẽ kết tủa trong lớp oxýt. [2] 1.2 Tẩy rỉ 1.2.1 Mục đích tẩy rỉ Bước này cho phép làm sạch các tạp chất trên bề mặt (tẩy dầu mỡ, tẩy rỉ) và làm cho bề mặt bóng, láng hơn. Để làm sạch bề mặt phải tẩy dầu mỡ trước rồi mới tẩy rỉ. Nếu quá trình tẩy dầu mỡ được thực hiện không đúng, thì quá trình tẩy rỉ cũng sẽ không hiệu quả. Việc lựa chọn quá trình tẩy rửa phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Loại chất bẩn hiện diện trên bề mặt.  Thành phần và cấu trúc vật liệu nền.  Mức độ sạch yêu cầu của bề mặt.  Loại xử lý bề mặt sau đó.  Môi trường.  Kích thước chi tiết.  Chi phí vận hành. 1.2.2 Phương pháp tẩy rỉ Tẩy rỉ là quá trình loại bỏ các lớp màng oxýt trên bề mặt chi tiết bằng tác động hóa học (tẩy rỉ hóa học) hoặc kết hợp tác động hóa và tác động cơ (tẩy rỉ điện hóa). Thành phần và các thông số vận hành của bể tẩy rỉ phụ thuộc vào loại chất nền. [2] Tẩy rỉ thường tiến hành ngay sau khâu tẩy dầu mỡ để khử hết màng oxyt, lớp rỉ và các hợp chất hóa học khác sinh ra trên bề mặt kim lọai, tạo điều kiện cho lớp mạ bám chắc trực tiếp với bề mặt nền.[4] Quá trình tẩy rỉ có thể thực hiện bằng các cách:  Tẩy rỉ hóa học.  Tẩy rỉ điện hóa.  Tẩy rỉ cơ học. 1.2.2.1 Tẩy rỉ hóa học. [4] Lớp rỉ trên kim loại đen có thể dày đến 0.01 ÷ 0.1mm, bao gồm các chất FeO, Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 . Tẩy rỉ cho kim loại đen thường dùng axit sunfuric hoặc axit clohydric, đôi khi dùng hỗn hợp cả hai axit ấy. Khi tẩy bao giờ cũng xảy ra hai quá trình hòa tan rỉ và hòa tan kim loại. Ví dụ: tẩy trong axít sunfuric sẽ xảy ra như sau: Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O. FeO + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 O. Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 . Fe 2 (SO 4 ) 3 + Fe → 3FeSO 4 . Tẩy trong HCl quá trình hòa tan rỉ là chính. Tẩy trong H 2 SO 4 quá trình hòa tan sắt là chính, nhưng rỉ vẫn được làm sạch là do bọt hydrô thốt ra, kéo rỉ bay khỏi mặt kim loại, đồng thời hydrô sinh ra sẽ khử Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 là những chất khó tan trong axit thành FeO dễ tan trong axit hơn nên bề mặt kim loại vẫn được làm sạch. Mặt khác có một phần nhỏ phân tử hydrô thốt ra sẽ thấm vào mạng lưới tinh thể kim loại làm biến dạng và thay đổi tính chất cơ lý của nó: dòn, đàn hồi kém. Tẩy trong HCl rỉ không bay ra mà bị hòa tan dưới tác dụng của HCl nên tốc độ tẩy nhanh hơn, nhưng đồng thời cũng tốn axít hơn so với tẩy trong H 2 SO 4 và thiết bị đó bị ăn mòn hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tẩy. Nâng cao nhiệt độ có thể rút ngắn thời gian tẩy. Dung dịch H 2 SO 4 80 ÷ 120 g/l tẩy tốt nhất ở 50 ÷ 70 o C. Dung dịch HCl 150 ÷ 200 g/l tẩy tốt nhất ở 30 ÷ 40 o C. Thời gian tẩy từ 10 ÷ 120 phút, tùy tính chất và độ dày của lớp rỉ. Khi tẩy thường cho thêm chất ức chế vào dung dịch để hạn chế sự hòa tan kim loại nền, giảm lượng axit tiêu phí, tránh cho kim loại không bị giòn hydrô, cải thiện điều kiện làm việc, nhưng không ảnh hưởng đến tốc độ tẩy rỉ. Chất ức chế bảo vệ được kim loại là do chúng bị hấp phụ lên mặt kim loại làm tăng quá thế hydrô nên hydrô không thốt ra và quá trình hòa tan kim loại bị kìm hãm. Nhiệt độ cao, tác dụng của chất ức chế càng giảm cho nên dung dịch không được quá 25 ÷ 30 o C. Chất ức chế dùng trong dung dịch H 2 SO 4 tốt nhất là các chất có chứa quinôlin, tiôurê, tiodiglycol và naphtylamin. Chất ức chế dùng trong dung dịch HCl là urôtrônin, butylamin cao phân tử. 1.2.2.2 Tẩy rỉ điện hóa. [4] Có thể dùng phương pháp điện phân để tẩy rỉ cho kim loại. Kim loại tẩy có thể mắc thành anôt hoặc catôt. Khi tẩy anôt kim loại sẽ hòa tan, rỉ sẽ bong ra nhờ oxy thốt ra và đẩy nó rời khỏi mặt kim loại. Dung dịch tẩy là axít hoặc muối của nó. Khi tẩy catôt, tác dụng hóa học của axit sẽ giảm đi do hiện tượng phân cực nhưng hydrô thốt ra sẽ khử oxyt kim loại, đồng thời sẽ làm bong oxyt khỏi mặt kim loại. Dung dịch cũng có thể là axit hoặc muối. Ưu điểm: nhanh, ít tốn axit, làm việc nhẹ nhàng, có thể tẩy được một số hợp kim mà phương pháp hóa học không tẩy được. Trong sản xuất, thường tẩy anôt vì tẩy catôt kim loại dễ bị dòn hydrô. Nhưng khả năng phân bố của dung dịch kém nên đối với các vật có hình thù phức tạp tẩy không lợi: chỗ lồi mòn nhanh, chỗ lõm mòn ít, thậm chí rỉ không tan hết. Tẩy axit thường dùng dung dịch H 2 SO 4 200 ÷ 250 g/l và dung dịch sunfat hoặc clorua sắt trong axit. Nhiệt độ tẩy 20 ÷ 50 o C. Mật độ dòng điện 5 ÷ 10 A/cm 2 . Catôt bằng chì hoặc bằng thép. 1.2.2.3 Tẩy rỉ cơ học. [2] Tẩy rỉ cơ học là quá trình phun các vật liệu mài với tốc độ nào đó vào bề mặt nền, ví dụ phun cát. Sự va chạm giữa các hạt mài với chi tiết sẽ làm bong rỉ, muội than, cát hoặc các thành phần khác tạo ra khi đúc, . Hiệu quả của tẩy rỉ cơ học phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu mài và tốc độ phun. Các vật liệu mài có thể là kim loại (thép, gang, Al, Cu, .) hoặc không kim loại (cát, thủy tinh, hạt quả mơ, nylon, .) ở dạnh hình tròn có góc cạnh, hình trụ, . Việc lựa chọn vật liệu mài dựa trên tính xâm thực (khả năng truyền động năng khi hạt mài va chạm bề mặt chi tiết; khả năng này phụ thuộc vào hình dáng của hạt mài), độ bền va đập của hạt mài (giảm kích thước và thay đổi hình dáng), khối lượng của hạt mài (động năng va chạm) và kích thước hạt (hạt nhỏ thì khả năng bao phủ tốt, hạt lớn thì động năng lớn). 1.2.3 Dung dịch tẩy rỉ hóa học. [ 11] Axit sunfuric H 2 SO 4 10%: giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm, ít hao hụt khi sử dụng, có thể dùng ở nhiệt độ thường hay đun nóng nhẹ ở 40 o C, axit sunfuric được sử dụng rất phổ biến. Axit clohydric HCl và axít HCl 10%: là axit điển hình cho quá trình tẩy rỉ sắt, thép, gang ngay cả ở nhiệt độ thường. Axit flohydric H 2 F 2 : dung dịch axit flohydric chứa 40% trọng lượng H 2 F 2 . Do tính độc nên việc sử dụng axít này hạn chế, chỉ dùng trong những trường hợp đặc biệt, nhất là để tẩy rỉ các sản phẩm gang đúc, tẩy xóa những vụn cát còn bám dính trên bề mặt chi tiết, nhất là ở những chỗ kín, đáy khe, rãnh mà phương pháp cơ khí không có khả năng. Axit citric C 6 H 8 O 7 : dùng chủ yếu để tẩy rỉ cho các thiết bị lò hơi. Nó thường được dùng ở dạng dung dịch 1.5 - 3%. pH dao động trong khoảng 3.5 - 4. Tiến hành tẩy rỉ ở gần nhiệt độ sôi của dung dịch. Bề mặt chi tiết sau khi tẩy rỉ có màu sáng bạc và không bị thụ động. Ngồi axit citric, một số axit hữu cơ khác cũng được sử dụng để tẩy rỉ như: axit oxalic, axit axetic, axit aminsulfonic (NH 2 SO 3 H - chất rắn kết tinh, tan mạnh trong nước), axit floboric (HBF 4 ) thường dùng tẩy rỉ cho đồng thau. Dung dịch kiềm: dùng để tẩy rỉ cho nhôm, hợp kim của nhôm và trong một số trường hợp dùng cho kim loại kẽm. Dung dịch kiềm thường dùng là dung dịch NaOH 5%. CHƯƠNG 2: XỬ LÝ DUNG DỊCH NƯỚC TẨY RỈ 2.1 Mục đích xử lý dung dịch nước tẩy rỉ sắt.[12] Khi những bản kim loại bị rỉ trong quá trình sản xuất thép, lượng lớn nước tẩy rỉ sắt được thải ra từ các nhà máy gây ô nhiễm môi trường. Thật là khó để có thể giải quyết vấn đề này một cách kinh tế. Nhiều cuộc nghiên cứu nhằm xử lý dung dịch nước tẩy rỉ với mục đích thu hồi những chất có ích như axit clohydric và muối sắt (II) sunfat. 2.2 Một số phương pháp xử lý dung dịch nước tẩy rỉ sắt.[11, 12] - Trong nước tẩy rỉ sắt bao gồm FeCl 2 , FeCl 3 , một phần HCl dư và nước. Một phương pháp đề ra là trung hòa lượng axit còn dư bằng cách dùng vôi. Tuy nhiên sản phẩm thu được là các hydroxit sắt ở dang nhầy (paste) gây ô nhiễm môi trường: H + + OH - → H 2 O Fe 2+ + 2OH - → Fe(OH) 2 ↓ Fe 3+ + 3OH - → Fe(OH) 3 ↓ - Khi tiến hành thủy phân ở nhiệt độ cao(>800 o C) chuyển hết sắt về Fe(III), sản phẩm sẽ là HCl, Fe 2 O 3 . Thiết bị bằng thạch anh được sử dụng trong quy trình này để tránh sự ăn mòn thiết bị: 4FeCl 2 + 4H 2 O + O 2 → 8HCl + 2Fe 2 O 3 - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện một phương pháp là dùng nhôm hồn nguyên sắt: Fe 2+ , Fe 3+ → Fe Dung dịch AlCl 3 sau phản ứng sẽ được dùng để điều chế PAC (polyaluminium clorua Al(OH) 3-x Cl x ). Tuy nhiên giá thành nhôm cao hơn sắt nên phương pháp này không khả thi. - Một phương pháp khác là clo hóa hồn tồn dung dịch tẩy rỉ sắt về hết sắt (III) FeCl 3 : 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 . - Theo quy trình xử lý của U.S.Pat.No.5,417,955, công bố vào ngày 23/5/1995, quy trình này mô tả một phương pháp và thiết bị để xử lý dung dịch nước tẩy rỉ sắt để sản xuất axit clohydric và sắt (II) sunfat. Dung dịch nước tẩy rỉ chứa sắt (II) clorua, axit clohydric và nước được phản ứng với axit sunfuric dư trong thiết bị phản ứng để tạo thành axit clohydric và sắt (II) sunfat: FeCl 2 + H 2 SO 4 → FeSO 4 + 2HCl 2.3 Quy trình xử lý dung dịch nước tẩy rỉ sắt bằng axit sunfuric.[12] Dung dịch nước tẩy rỉ sắt được xử lý trong thiết bị phản ứng với axit sunfuric dư. Dung dịch này phản ứng mãnh liệt tạo ra pha khí nóng, nước và axit clohydric. Sau đó pha khí được đưa tới tiếp liệu cho tháp hấp thụ HCl. Tạo ra trong bình phản ứng là dung dịch huyền phù chứa sắt (II) sunfat monohydrat có thành phần không hòa tan. Huyền phù này được đưa tới một phễu lọc tuần hồn. Nước lọc được đưa trở lại thiết bị phản ứng. Sau khi loại ẩm, sắt (II) sunfat monohydrat được đưa tới thiết bị kết tinh. Hiệu quả của quy trình có thể tăng lên bằng cách tăng hệ số của FeCl 2 trong dung dịch nước tẩy rỉ thông qua quá trình chưng cất. Bằng cách này chất lượng các hạt muối sắt (II) sunfat monohydrat tạo ra có thể được cải thiện và điều khiển được một cách thích hợp. Hàm lượng của FeCl 2 trong dung dịch nước tẩy rỉ nên lớn hơn hoặc bằng 25%. Tỉ lệ giữa dung dịch nước tẩy rỉ với axit sunfuric dư vào khoảng 1:3 ÷ 1:5. Nồng độ của axit HCl sản phẩm phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ dung dịch nước tẩy rỉ sử dụng. Để điều khiển nồng độ axit HCl và kết tủa muối sắt (II) sunfat monohydrat thì FeCl 2 trong dung dịch nước tẩy rỉ phải được cô đặc bằng cách đun nóng sơ bộ dung dịch nước tẩy rỉ trong một thiết bị trao đổi nhiệt để đạt tới nhiệt độ khoảng 95 o C. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng nên ở khoảng 85 o C. Thời gian lưu thích hợp cho [...]... Dung dịch H2SO4 có nồng độ 98.2% là hỗn hợp đẳng phí: dưới áp suất thường nó sơi ở 336.6oC 3.2.2 Hố tính.[7] Axit sunfuric có hai đặc điểm lớn: khi lỗng, nó là một axit mạnh, khi đặc và nóng nó là một chất oxy hố mạnh Axit ngun chất 100% khơng thể hiện tính axít Nó khơng làm đổi màu quỳ xanh sang đỏ, nhưng khi pha lỗng thì H2SO4 thể hiện tính chất của một axit điển hình: làm đổi màu quỳ xanh sang đỏ,... 60 0.561 Axit clohydric là một axit mạnh, chiếm thành phần chính của axit trong dạ dày, là axit quan trọng trong các ngành cơng nghiệp Axit clohydric có độ ăn mòn cao, axit HCl được bảo quản trong bình thuỷ tinh, bình sành sứ, bồn xe tải, lót cao su… 3.1.2 Hóa tính.[9] Trong nước là axit mạnh HCl (lỗng) + H2O → Cl- + H3O+ Phản ứng với nitric đặc (cường thủy), trung hòa kiềm, hidrat amoniac Chất khử... trong dãy điện thế, tạo thành muối sunfat và giải phóng hydro H2SO4 là axit hai lần, trong dung dịch nó phân ly hai nấc: nấc thứ nhất phân ly hồn tồn, nhưng nấc thứ hai thì kém hơn nhiều (K1 = ∞ ; K2 = 2.10-2) Axit sunfuric đặc, nóng là một chất oxy hóa mạnh Tác dụng oxy hóa của H 2SO4 càng mạnh nếu axit càng đặc và càng nóng Axit đặc, nóng tác dụng được với hầu hết các kim loại, kể cả kim loại đứng... phản ứng là hỗn hợp gồm SO2, S và H2S H2SO4 đặc thụ động hố Fe, Al, Cr nên người ta dùng bình bằng thép để đựng và chun chở H2SO4 đặc, nguội Các á kim như C, S, P tương đối dễ bị H2SO4 đặc oxy hố Với các hợp chất có tính khử HI, H2S, HBr axit sunfuric đặc nóng cũng cho những phản ứng oxy hố khử 3.2.3 Ứng dụng.[5,7] H2SO4 rất háo nước, nó có thể hút nước, do đó được dùng để làm khơ nhiều chất rắn,... 7.7333 6.1334 6.1334 7.8 3.6 Lượng axit sunfuric đậm đặc sử dụng, cơng thức tính tốn 3.6.1 Lượng axit sunfuric đậm đặc sử dụng  Vnước tẩy rỉ = 150 ml ⇒ nCl- = 0.92001 mol Cl- + H+ → HCl H2SO4 ⇔ HSO4- + H+ ⇒ nH 2 SO 4 dd = 0.92001 mol  Nồng độ H2SO4 đậm đặc: C H mol/l 2 SO 4 dd = 10 ×C% ×d 10 ×0.98 ×1.84 = = 17.8223 M 98.082  VH SO dd = n H SO dd : CH SO dd = 0.05162 lít = 51.62 ml 2 4 2 4 2 4 Vậy:... (III) clorua dùng làm chất keo tụ cho các chất thải cống và cơng nghiệp, dùng làm tác nhân oxy hóa và clo hóa, chất khử trùng, trong khắc đồng và chất cắn màu 3.4.4 Điều chế.[8] Sắt (III) clorua thu được khi cho khí clo khơ qua bột sắt nung nóng đỏ tạo ra FeCl 3 khan: 2Fe + 3Cl2 t o c 2FeCl3 Khi hồ tan sắt trong axit HCl, sau đó cho khí clo đi qua dung dịch, từ dung dịch này tinh thể hexahidrat FeCl3.6H2O... gồm có mangan (II) sunfat, axit sunfuric và axit photphoric Để điều chế thuốc thử này người ta trộn 67 g MnSO 4.4H2O hòa tan trong 500 ml nước với 133 ml axit sunfuric đặc được pha lỗng đến 1 lit và 160 ml axit photphoric 85% - Định điểm cuối Lượng thừa của dung dịch KMnO4 ngay sau điểm tương đương làm dung dịch có màu hồng nhạt (bền trong 2 phút) 3.5.1.2 Thực nghiệm Hóa chất:  Dung dịch chuẩn KMnO4... 338oC H2SO4 đặc hấp thu mãnh liệt hơi ẩm và vì thế là chất làm khơ tốt, áp suất hơi H 2O trên H2SO4 cả thảy là 0.003 mmHg H2SO4 tan vơ hạn trong nước và phát nhiều nhiệt do có sự hydrat hố mạnh: o H2SO4 + nH2O → H2SO4.nH2O, ∆H 298 = -79.4 KJ/mol Vì vậy, muốn pha lỗng dung dịch axit H2SO4 đặc, thì cần đổ từ từ axít vào nước, đồng thời khuấy đều dung dịch Axít sunfuric ngun chất (khơng lẫn tạp chất, bụi... tạo hệ mới có thành phần giống hệ ban đầu cần bổ sung thêm:  Lượng nước tẩy gỉ sắt cho thêm vào là 142 ml  Lượng axit sunfuric đậm đặc cho thêm vào là 33.7 ml - Xây dựng quy trình xử lý như sau: H2SO4 đậm đặc Nước tẩy gỉ sắt Gia nhiệt, sục khí Dung dịch đầu Tách muối Tháp hấp thụ Khí Muối sắt sunfat Axit HCl ... kiềm, hidrat amoniac phân hủy Chất oxy hóa yếu Tham gia phản ứng trao đổi 3.6.3 Ứng dụng.[8, 14] Sắt (III) sunfat có khả năng tạo muối kép dạng khan MI Fe(SO4)2.12H2O được gọi là phèn – sắt Quan trọng hơn là phèn sắt – amoni NH 4 Fe(SO4)2.12H2O và phèn sắt – kali K Fe(SO4)2.12H2O, được dùng làm chất cầm màu vải Dùng làm hóa chất trung gian, thuốc sát trùng, chất điều hòa đất, chất màu, thuốc thử phân tích . 2.10 -2 ). Axit sunfuric đặc, nóng là một chất oxy hóa mạnh. Tác dụng oxy hóa của H 2 SO 4 càng mạnh nếu axit càng đặc và càng nóng. Axit đặc, nóng tác. 0.575 60 0.561 Axit clohydric là một axit mạnh, chiếm thành phần chính của axit trong dạ dày, là axit quan trọng trong các ngành công nghiệp. Axit clohydric