如何用萃取法拯救工业废水中的硫酸

图 1 我国废酸来源结构

什么是萃取？

萃取是用一种萃取剂将一种物质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中的过程。作为化学类专业的经典反应方式，萃取在生活、工业等方方面面发挥了不可替代的重要作用。根据相似相溶原理，萃取的方式可大致分为两类，液—液萃取和固—液萃取。液—液萃取是用选定的溶剂萃取分离液体混合物中某组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶，具有选择性的溶解能力，而且必须有好的热稳定性和化学稳定性。如经典实验用 CCl4 萃取水中的 I2， 如图 2。

图 2 CCl4 萃取水中的 I2

固—液萃取也叫浸取，用溶剂分离固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取浸膏，又叫“渗沥”或“浸沥”。

回收硫酸方法

萃取回收硫酸工艺及原理

萃取法回收废酸中硫酸的工艺是选择一种对硫酸具有选择性的萃取剂进行萃取，而铁等杂质离子不被萃取，从而达到酸盐分离的目的。废水中的废酸能与碱性胺类萃取剂作用，而且胺类萃取剂可以选择性地萃取硫酸而基本上不萃取亚铁等杂质离子。如图 3 是硫酸回收萃取工艺的基本流程图。

图 3 萃取回收硫酸工艺流程图

在最初对废酸进行萃取时，以三异辛胺为萃取剂，硫酸和萃取剂之间的反应可以用两个方程式来描述。当水相硫酸浓度低于 1 mol/L 时，式 (1) 的反应发生；当硫酸浓度大于 1 mol/L 时且硫酸胺浓度大于 0.02 mol/L 时，会继续式 (2) 的反应。

在给定温度下将负载有机相与纯水接触反应，便可得到回收产品——纯硫酸溶液。再生后的有机相循环使用。反萃反应仅仅是反应式 (1) 与 (2) 的逆过程。

后续过程中有机萃取剂改为三异辛胺和三辛胺的混合物，可提高萃取效率。另外在萃取过程中，还要加入稀释剂和相调节剂。稀释剂的主要作用是减少有机相的黏度，本实验选用煤油。相调节剂的加入是为了防止第三相的生成，本实验选用仲辛醇和磷酸三丁酯 (TBP)，且发现阻止第三相形成所要求的最低仲辛醇质量分数为 20%。

萃取过程及分析

通过对萃取剂、稀释剂以及相调节剂按照不同比例进行调配，调配的萃取剂与不同浓度的废酸进行混合，最后对比废酸回收率选取最佳萃取比例调配方案且分别从萃取剂浓度、相调节剂浓度、相比对萃取和反萃取的影响以及多级逆流萃取模拟实验对硫酸萃取进行实验模拟与优化。整个萃取过程好似一个要始终保持平衡的跷跷板，萃取剂与被萃取溶剂之间的溶质数量要始终保持平衡，若一方溶质变多，则溶质要向少的那一方移动，这也代表了在萃取过程中可逆的特性。进入到萃取剂中的硫酸分子饱和之后，将进行反萃取的过程，用水与有机溶剂混合，使有机溶剂中的硫酸分子大量进入水中，最后得到纯净的硫酸溶液。

结束语

硫酸作为工业生产领域必不可缺的重要化工产品，被广泛应用在社会生产建设中，对提高人民生活水平，推动社会现代化发展进程具有深远影响。20 世纪 90 年代，我国全年硫酸产出量就达 2100 万 t，位居世界第一位。与其他发达国家相比，我国废硫酸回收利用工作开展较晚，实际回收利用量始终处于有待提升阶段，废硫酸偷排、直排等问题屡见不鲜，对周围生态环境造成严重不利影响。采用萃取法回收废水中的硫酸不仅可以实现硫酸的提取，而且可以对萃取剂循环利用，符合可持续发展的环保要求，对生产生活都具有重要的意义。

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政策法规

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