随着我国对钢铁冶金行业环保要求日益提升,现行含重金属酸洗废液处理处置方法得到的产物中存在有害重金属超标的问题。本文选取来自某钢铁企业的酸洗废液为研究对象,采用结晶、氧化沉淀以及两者联合的方法获取纯净的铁盐或铁矿物产品,着重探讨铁锌的分离状况及最佳工艺参数的确定,考察铁锌难以分离和影响最终产品质量的主要因素,从而实现酸洗废液中铁锌分离及获取纯净有价铁产品的目的。获得的主要结果和结论如下所示:(1)通过对含铁锌酸洗废液在常压和负压条件下结晶,将其中铁锌进行有效分离,得到较为纯净的晶体产品,考察实现铁锌分离的最佳工艺条件。原酸洗废液中铁和锌初始摩尔数之比为4.5:1。经过常压和负压结晶后,确定最佳参数条件分别为:常压条件下,油液温度130℃、蒸发时间90 min,结晶温度4℃及结晶时间12 h;负压条件下,真空度0.06 Mpa、油液温度105℃、蒸发时间60min,结晶温度4℃及结晶时间12 h。最佳结晶参数节点得到Fe和Zn摩尔比分别为26.56:1和41.95:1,对应晶体中含锌质量分数在1.5%².0%区间,铁的质量回收率分别为78.37%和71.11%。(2)探究酸洗废液氧化沉淀的最佳条件。通过不同氧化剂的实验结果比较表明:1 L酸洗废液采用35 g氯酸钠氧化,使用2 mol/L氢氧化钠溶液调节pH至4.0并立即固液分离,再对沉淀物使用pH=4.0的酸性洗液淘洗3次以上可达到最佳的铁锌分离效果,得到含锌质量分数最低的铁矿物,最佳沉淀铁矿物产品中锌的质量分数仅为0.1%。通过X射线衍射分析(XRD),发现烘干后沉淀铁矿物是针铁矿。影响产品锌含量的主要因素为:一、过高的氢氧化钠浓度或其它高浓度的碱性试剂会使体系中局部pH快速上升,导致锌铁氧体等铁锌复合盐类在局部生成,从而影响产品纯度;二、酸洗废液的pH被调节到4.0生成氢氧化铁胶体后开始吸附体系中锌离子进而影响锌的分离;三、最终固体沉淀间隙中的含锌溶液无法完全去除。(3)结晶联合氧化沉淀的可行性被检验。由于结晶后残留的剩余母液中铁锌物质量之比明显较原酸洗废液更低,导致氧化沉淀后得到沉淀物中锌含量较高。最后通过Visual Minteq水质平衡分析软件模拟计算氧化沉淀的条件参数,并与实验条件与现象进行比对,其中各Fe²⁺,Fe³⁺和Zn²⁺的沉淀pH范围与实验结果基本一致,同时验证带正电荷的Fe₃(OH)₄⁵⁺形态沉淀,会对一些提前生成的带负电荷锌的形态如,Zn(OH)₃^-和Zn₂(OH)₄^2-进行吸附,从而影响铁锌分离效果。(4)利用实验得到的纯净铁化合物产品制备铁系颜料,得到的产品进行直观色度辨识,XRD,扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)表征分析。结果显示,从色度,颗粒的晶相及晶格常数,颗粒形貌特征等均证明铁系颜料前驱体经高温煅烧后的产物为铁系颜料氧化铁红(α-Fe₂O₃,a=5.035,b=5.035,c=13.750,c/a=2.731)。同时,当煅烧在800℃以下时,随着煅烧温度升高,得到的氧化铁红颗粒粒径越小,分散性越好,大小也更均一,颜料品质也更高。铁系颜料前驱体在800℃,2 h煅烧后,SEM和TEM中显示产品氧化铁红颗粒粒径主要有600′300 nm和400′200 nm两种,颗粒大小基本均匀,形貌清晰可辨。通过工艺可行性分析,探讨投资建设的必要性,技术可行性,经济可行性并提出风险因素与对策,其中通过经济可行性分析发现工艺毛利润为68.58%,远超大多数环保企业整体毛利润率水平。