轧钢酸洗废液制备微纳米氧化铁材料项目可行性研究报告.docx
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轧钢酸洗废液制备微纳米氧化铁材料项目可行性研究报告
目 录
第一章总论
1.1项目名称:
轧钢酸洗废液制备微纳米氧化铁材料项目
1.2项目建设总体规模
1.2.1概述：
利用酸洗废液生产氧化铁技术不仅能解决当地环境污染，降低企业治污费用，而且因其生产不再使用铁皮，可大大降低氧化铁的生产成本。
废液资源非常丰富，具有广泛的发展空间，该技术的工业化生产必将带来氧化铁行业的大革命，给传统氧化铁生产技术带来巨大冲击。
该技术是一项利国、利民、利己的朝阳项目，是符合国家“节能减排”发展循环经济政策的，谁先抓住机遇，谁就可能领导氧化铁发展方向。
1.2.2一期先上5000吨/年铁黑项目。
大约在二年内，扩产到10000吨/年，可以消化本地废液的25%。
1.2.3二期上万吨级氧化铁红和氧化铁黄项目，将本地酸洗废液完全消化掉。
使氧化铁总生产规模达到4万吨以上，成为全国较大氧化铁生产单位。
1.2.4生产高档高附加值磁粉。
对铁黑生产装置，增加一套纯净水生产装置和后处理憎水罐，就可以生产激光复印机、打印机所用的高档的磁粉，其进口价格每吨2万多元，小试样品各项磁参数已达到或超过法国拜耳进口8706指标。
1.3主要技术经济指标
1.3.1生产成本:
2923元/吨（见成本核算表）
1.3.2产品售价：
4000元/吨
1.3.3年创利润:
年创利润538.5万元（税前）。
1.3.4投资估算:
955万元。
1.3.5资金回报率:
56.39%。
1.3.6投资回报期:
1.77年
1.4工艺技术关键及其特点
该项目使用“液相催化转化法生产氧化铁”技术。
该技术是辽宁工程有限公司魏雨教授多年在氧化铁研究领域所取得的科研成果。
技术关键是直接用含铁废酸液液相催化合成氧化铁，不论制备铁黑、铁红还是铁黄,都不用做晶种,通过调整生产参数能生产出不同的产品。
这也是为什么氧化铁生产厂家一直不能利用废液的关键所在。
其特点是:
工艺简单，流程短，易操作，无污染。
经中试后，技术成熟，具备了工业化生产技术条件。
1.5厂址概况
1.5.1选址:
因为废液本身的特点，不宜远途运输，所以适宜在废液集中的地方上装置。
同时考虑到长远发展，厂地要留有发展空间。
1.5.2整体规划
1.5.2.1辅助设施统一考虑：
公共部分如水、电、汽等辅助设施统一考虑。
在上5000吨铁黑生产装置时,应考虑到二期规划。
1.5.2.2生产装置的相同部分可以规划在一起,以便统一管理。
如：
原料存储区，原料精制区，最后产品库房等应规划在一起。
1.5.2.3工厂运输:
在规划时要考虑到原料及产品的运输能力，主要是汽运，所以厂址交通要方便。
第二章项目的可行性分析
2.1项目提出背景:
随着社会的高速发展，人类对社会资源的过度开采，已造成了严重的环境污染。
“循环经济”的可持续发展战略已成为全人类共同追求的目标。
而我国一方面是社会对钢铁需求大幅增长，在加工过程中产生大量的含铁废酸液，因其严重的腐蚀性和危害性，已被列入《国家危险废物名录》。
该类废液的直接排放不仅严重污染环境，而且造成极大的资源浪费。
另一方面是以铁皮为原料的氧化铁制造行业，每天都在大量的消耗铁资源，年耗量在70多万吨,价值14亿多。
若能通过技术革新,利用废酸液中的铁取代铁皮直接生产出市场所需的氧化铁，既解决了环境污染，为社会节约了大量的资源，又使企业降低了生产成本，不仅给企业带来巨大的经济效益，也有广泛的社会效益。
目前还没有科学的治理办法,科学的处理办法应该是资源的重复利用，走循环经济的发展道路，变废为宝，既解决环境污染问题，又为社会节约大量宝贵资源。
2006年魏雨教授根据国家对环保力度的加大，凭借多年对氧化铁的研究，发现就酸洗废液生产氧化铁系列产品技术开发具有巨大的经济效益和社会效益。
意识到这个项目的庞大市场潜力，在魏雨教授的带领下，经过近一年的努力，目前该技术的实验工作已基本结束。
产品质量主要指标已远远高于国内铁黑专业生产厂广西722水平。
（见附表13废液送样对照表）
2.2项目的现实意义：
（1）酸洗废液已严重影响到本地经济的发展。
根据国家“十一五”规划，“节能减排”已成为国家一项重要举措，建设资源节约型、环境友好型是社会发展的必然选择。
若不能从根本上治理废液问题必将对本地经济的可持续发展产生阻碍作用。
（2）该项目能根治废液，变废为宝。
依据当地产废液1000吨/天（一年约35万吨）。
酸洗废液中的主要成份是废酸和铁，其中铁含量为2mol/L（做实验所用的鞍山废液），铁含量非常高，一年废液全部回收的话，可产铁黑4.5万吨、或铁红3万吨或铁黄5万吨。
可以为国家节约铁皮3.92万吨，折合人民币9000万元。
（3）该项目不仅解决了本地废液的环境污染，还节约了大量铁资源。
既有重大的社会效益，又有巨大的经济利益。
（4）该项目符合国家“循环经济、可持续发展”政策，会得到政府的大力支持。
如：
税收政策、创新基金等。
2.3氧化铁行业举步维艰，非常渴望改变现状
氧化铁是重要的无机颜料，主要包括铁红、铁黄、铁黑、铁绿、铁棕等，均以铁为主要原料。
我国是世界氧化铁生产大国，主要以出口为主。
2006年国内氧化铁销售量为61.52万吨，出口35.52万吨，占总销量的50%以上，是全球最大的氧化铁贸易国。
但我国的氧化铁产品大多都是普通氧化铁，品质低，成本高，特别是目前原材料废铁、低碳铁皮等资源大幅涨价，而氧化铁价格不能上调，已使氧化铁生产企业处于困境。
今年我国取消了氧化铁出口退税政策，这对目前高能耗，品质低、微利生产、竞争激烈的氧化铁生产企业来说真是雪上加霜。
氧化铁行业已到了一个非常时期，所以谁先进行技术创新，用废酸液生产出高品位的氧化铁系列产品，降低生产成本，谁就能抓住先机，占领市场。
该项技术的工业化必将给企业带来巨大的经济效益和社会效益，对传统的氧化铁行业带来一次大的革命。
2.4废液资源充分，有望带来氧化铁行业技术革命
仅鞍山本地一年35万吨的废酸液，就能生产氧化铁4-5万吨。
再加许多钢管厂，估计我国每年废液的排放量大约有几百万吨，完全能满足普通氧化铁的生产所需。
这也是该技术的重要意义所在。
2.5氧化铁生产企业没有使用废液原因剖析
关键是没有成熟生产技术。
由于氧化铁行业是劳动和资源密集型产业，技术含量很低，多年来的发展一直是依靠资源的投入推动，技术进步的贡献很小，在技术革新方面投入不足是造成现状的主要原因。
另外若改为废液做原料不仅要投入大量研发资金,而且废液区域性特点造成的不便运输，可能也是影响过去没有大量投入的原因之一。
2.6废液制氧化铁技术的优越性
国内传统生产的氧化铁产品大部分是中低档的，技术含量低，竞争激烈，利润空间小，而且还有环境污染。
而我们所开发的产品原料易得、成本低、节约资源，品质既有普通的氧化铁颜料，也有耐高温中档技术，更有高附加值的磁粉级的和纳米级的高科技含量的氧化铁。
可以根据市场需求逐步推出不同级别的氧化铁生产技术。
2.7该项技术的成熟程度及实验进展情况
魏雨教授自1990年以来一直从事超细氧化铁的技术开发工作，先后承担了国家、省多项科研计划项目，取得了多项具有国际先进水平的成果，成为国内氧化铁行业的知名专家，是国家科技部和省科技厅自然科学基金、各项科研计划、成果奖励等领域的评审专家。
在魏教授的带领下，经过近一年多的努力，利用废液实验已取得了如下成果：
首先利用废液做了普通氧化铁黑、磁粉氧化铁黑、纳米级铁黑，并做了50L中试和3000L试生产（租赁设备生产）。
纳米铁黑产品已出口美国，产品质量达到代表国际先进水平拜耳公司相应标准。
普通铁黑各项指标均优于国内722水平，特别是颜料的主要指标吸油量比国内低一倍多，遮盖力高10%以上。
磁粉氧化铁黑各项磁参数已达到了国内北矿和国外拜耳的水平。
（见附表12、13）
其次利用废液开发的铁黄实验室技术已完成，铁红小试已做出了样品，正在优化实验条件，有望年底完成。
到目前我们已成功制作了耐高温铁黑、铁红；耐高温氧化铁红比利比亚的耐温性还高100多度。
我们现有50L的中试实验装置。
本着科学负责的态度，降低工业化生产风险，正在设计一套1000L试生产装置。
第三章生产规模及产品方案
3.1生产规模选择依据
3.1.1本地废液资源
依据鞍山年产废液约35万吨。
全部回收的话，可产铁黑4.5万吨、或铁红3万吨或铁黄5万吨。
合理利用这些资源，变废为宝，既解决了环保问题，也为为国家节约大量资源，符合国家所提倡的循环经济可持续发展的科学发展观，所以应长远考虑根据本地废液情况，逐步将其全部消化掉，既解决社会污染问题，同时又为本地经济发展找到新的增长点。
3.1.2氧化铁市场需求情况
2006年氧化铁总销量为61.52万吨,比2005年的56.77增加8.4%，其中铁红销量最大，为26.52万吨，但其竞争激烈，市场趋于饱和，而铁黑增量为17.2%,增长最快,这是我们首选铁黑的原因之一。
二是铁黑生产厂家少。
据了解全国氧化铁黑生产厂家主要有两家：
广西百合和天津。
去年广西百合扩产一倍，由5000吨/年增长为1万吨。
三是我们的产品质量好，成本低，易占领市场。
所以以铁黑为起点，逐步扩产增加品种。
3.1.3目前及长远规划
根据以上分析，以铁黑为突破口，当铁黑达到一万吨，在氧化铁行业必然引起大的影响，然后在上万吨级的铁红、铁黄。
国家5000吨/年以下氧化铁企业属关闭型，所以先上5000吨/年铁黑生产装置，在二年内，扩产到一万吨。
第二期，当铁黑生产稳定，投资回收大部分后，设计上万吨级的铁红、铁黄。
将本地废液全部消化掉，并形成利用废液生产氧化铁的生产大户。
第三步当生产稳定后，技术向外扩张，逐步取代现有氧化铁生产工艺，领导全国氧化铁行业。
3.2产品方案
3.2.1公称能力：
5000吨/年
3.2.2设计能力：
20吨/天
3.2.3年操作日：
300天
3.2.4产品与国家产业政策的要求。
该产品方案的实施，其科技含量高，属于创新技术，不但解决当地废液问题，同进也解决了氧化铁行业资源消耗，是符合国家的产业政策和行业发展规划的。
3.3产品的质量标准及主要质量指标
3.3.1产品的质量标准:
该产品执行中华人民共和国化工部HG/T2250-91标准之规定。
3.3.1产品的主要技术质量指标：
见附表2
第四章工艺技术方案的选择
4.1传统酸洗废液处理主要的三种方法
4.1.1焙烧法或流化床法制氧化铁红并副产盐酸的生产工艺。
鞍山市清源废酸处理厂采用的就是这种工艺，产品是氧化铁红并副产盐酸。
基本原理是对废液进行培烧，废液中的水分和氯化氢蒸发，收集制成盐酸，固体残余物经培烧生成氧化铁红。
但该工艺生产所得的盐酸浓度太稀，生产的氧化铁红纯度低、着色力差、色相等指标均无法满足市场对铁红颜料的要求，堆的到处都是，造成了新的污染，未能从根本上解决废液的再利用问题。
该厂五年间在国内请了很多专业人士，寻求解决上述问题，均未果。
4.1.2石灰中和处理再加絮凝剂沉降工艺
此工艺用石灰首先中和废液里的酸，然后与废液中的铁形成胶体沉淀，最后再加絮凝剂除去其余杂质，使水质达到排放标准。
该工艺虽能解决废液排放的问题，但造成了新的固体污染。
石灰与铁，以及絮凝剂沉淀杂质后形成固体无法处理，对环境造成了二次污染。
而且对于废水的处理增加了企业的成本，仅仅是解决了废液的排放问题，没有达到变废为宝，为企业进行创利的目的。
4.1.3直接排放地表或深井
还有一些废液根本不处理，直接排入地表水体，造成了地表水严重污染，这种现象若不从根本上进行治理，必将对周围的环境造成严重的污染，直接关系到人们的饮水问题，长期不从根本上治理，将会带来严重的后果。
综述以上酸洗废液的处理方法均没能彻底解决废液的污染问题，更不能变废为宝，引导企业自觉的进行废液的治理，无法从根本上扭转酸洗废液对环境的污染，不能适应国家废物二次利用和可持续发展的政策要求。
而《废酸液液相催化转化法》工艺所用的主要原料就是酸洗废液，生产出的氧化铁黑无论是颜色还是含量等其他指标均优于市场上铁黑722的标准，生产过程中不造成二次污染，副产的氯化钠可作为工业盐使用，既解决了废液的污染，又为企业提供了新的利润增长点。
4.2废酸液液相催化转化法的理论依据
4.2.1精制工段：
利用助剂和极少量还原剂与废液里的酸反应，对废酸起到有效的利用。
其他微量杂质，如：
钢铁钝化剂和表面活性剂等，将以离子的形式进入精制的亚铁溶液。
反应工段中，在助剂的作用下，吸附到铁黑颗粒表面，对产品起到分散效果。
还原剂（主要是铁）与废液中的三价铁反应形成亚铁进入反应液。
反应式如下：
Fe+HCl=FeCl2+H2↑
2FeCl3+H2=2FeCl2+2HCl
总式：
Fe+2FeCl3=3FeCl2
4.2.2催化共沉淀工段：
精制废液中的铁盐与定量氢氧化钠迅速反应生成氢氧化亚铁沉淀。
加入CAT后，向氢氧化亚铁沉淀中通入空气，将部分氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁沉淀，生成的氢氧化铁与催化剂和氢氧化亚铁形成共沉淀，最后脱水形成四氧化三铁。
反应方程式如下：
FeCl2+2NaOH=Fe（OH）2↓+2NaCl
4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3↓
Fe（OH）2+2Fe（OH）3FeO·Fe2O3·4H2O
Fe3O4+H2O
4.3生产流程简述
4.3.1精制工段
将一定量的废液通入精制釜中，加入适量还原剂和助剂，升温至反应温度进行反应，反应完成后，将反应液通入过滤器进行过滤，除去固体杂质，引入精制液储罐中备用。
4.3.2催化共沉淀工段
首先将已精制好的废液通入反应釜中，加入适量水，再加入烧碱调节反应液pH值至指定范围，然后加入催化剂，最后补水定容至指定容积，开始升温。
当温度到达反应温度时，向反应液中通入空气进行反应，反应过程中要检测反应液pH值和通气量的变化。
反应到达一定时间，经检验分析合格后，进入下个工段。
4.3.3后处理工段
将反应液经过滤器进行过滤，即得氧化铁黑粗品，然后进行水洗、干燥、粉碎、包装、入库。
4.4工艺流程示意图
4.5主要原材料和产品的技术规格
4.5.1主要原料液碱的指标
附表1离子交换膜法氢氧化钠技术指标GB/T11199-89
指标名称
合格级Ⅰ型指标
试验方法
氢氧化钠含量，%≥
32.0
GB11213.1，GB4348.1
碳酸钠含量，%≤
0.06
GB7698（甲法）
氯化钠含量，%≤
0.01
GB11213.2
三氧化二铁含量%≤
0.0005
GB4348.3
氯酸钠含量，%≤
0.002
GB11200.1
氯化钙含量，%≤
0.001
GB11200.3
三氧化二铝含量%≤
0.001
GB11200.2
二氧化硅含量，%≤
0.004
GB11200.4
硫酸钠含量，%≤
0.002
GB11200.6
4.5.2产品氧化铁黑的质量指标
附表2氧化铁黑颜料技术指标HG/T2250-91
项目
指标
一级品
合格品
铁含量［以Fe3O4（105℃烘干）表示］，%≥
95
90
105℃挥发物，%≤
1.0
2
水溶物，%≤
0.5
1
筛余物（45μm筛孔），%≤
0.4
1
水萃取液酸碱度，mL
20
20
水悬浮液pH值
5~8
5~8
吸油量，g/100g
15~25
15~25
总钙量（以CaO表示），%≤
0.3
0.3
颜色（与标准样比）
近似~微
稍
相对着色力（与标准样比），%≥
100
90
有机着色物的存在
阴性
阴性
4.6主要原辅材料、动力消耗定额及用量
附表3原辅材料、动力消耗定额及用量表
名称
单位
单耗
单釜用量
年用量
备注
废液
吨
6
12
30000
还原剂
吨
0.106
0.212
530
液碱（30%）
m3
2.4
4.8
12000
水
吨
10
20
50000
电
kwh
474
947
2370000
蒸汽（煤）
吨
0.26
0.52
1300
折标煤.因为不同蒸汽热效应有区别
第五章生产主要设备及动力
5.1设备概述
5000吨/年铁黑工程项目中关键设备是反应器，一般设计院就能设计。
该技术没有高要求特制或进口设备，其它设备为常规设备。
5.2主要设备选择说明
5.2.1反应器
本设计反应器为φ3600×5000,V=50m3,材质为304不锈钢.因为反应是气固液多相反应，要求搅拌器的容积循环和剪切作用都好，所以选择圆盘涡轮式搅拌器。
釜底设有空气分布器。
加热方式为夹套加热。
注：
因为该设备投资占总投资约三分之一，所以我们也在考虑新的反应器材质如复合板、木质、水泥等。
反应器的设计是整个生产成功的核心设备，其选材及设计非常小心。
5.2.2过滤器
过滤器选用箱式明流过滤器。
这种过滤器是目前该行业普遍使用的。
优点是工艺成熟，投资低。
缺点是操作强度大，现场脏乱。
可以考虑用其它代替。
5.2.3干燥器
选择是热风循环烘箱式干燥器，优点是操作稳定，工艺成熟，现在好多厂家都在使用。
其缺点是：
占地太多，效率低。
5.2.4废液储槽
用水泥做池子，然后进行玻璃钢涂层。
成本低。
使用方便。
5.2.5亚铁精制釜
常用材质不好选，选用搪瓷反应釜。
缺点是将来反应液中小量废铁皮处理不好可能卡阀门，处理方法是从上边引料或进阀前安装过滤网。
5.3年产5000吨铁黑主要设备
附表4利用酸洗废液年产5000吨铁黑主要设备一览表
序号
设备
名称
规格型号
材质
单位
数量
备注
1
反应釜
V=50m3,
Ф3600×5000
304
台
5
套
2
废液储槽
V=100m3,
Ф4800×6000
水泥+玻璃钢
个
2
3
亚铁储罐
V=50m3,
Ф3600×5000
聚丙烯
台
2
4
碱储罐
V=50m3,
Ф3600×5000
聚丙烯
台
2
5
板框过滤机
X50/800-u
聚丙烯
台
3.5
6
空压机
W-1.0/7,Q=1m3/m
台
1
无油
7.5KW
7
碱泵
65FSB-24L
不锈钢
台
2
5.5KW
8
亚铁液下泵
80FYB-50A
增强PP
台
2
7.5KW
9
粗品导料泵
80UHB-38A
3
7.5KW
10
亚铁导料泵
80UHB-38A
氟塑
台
2
11KW
11
亚铁输送泵
GB80-65-160
2
7.5KW
12
亚铁精制釜
V=50m3,
搪瓷
台
2
13
箱式干燥器
CT-Ⅲ
台
30
14
板框过滤机
XM200/1250-30
聚丙烯
台
3
15
粉碎机、旋风除尘器、脉冲、引风
WDJ-350，20-325目，450kg/h，粉碎机15KW
总功率23.5KW
套
2
浙江联丰
16
混料机
型号:
DSH10，V=10m3,装50%
密度d=0.6，3T/次·15分
碳钢
台
1
4KW
17
罗茨风机
MJL150b,45kw.Q=17.5m3/m
3
P=88.2kPa
5.4车间动力需求
附表5车间动力需求表
序号
名称
最大用量
平均需求
备注
1
水
170吨/天
8吨/小时
主要指生产用水
2
电
430度/小时
400度/小时
主要生产用电
3
汽
1吨/小时
1吨/小时
4吨炉折算
说明
1.车间用水主要分为五部分：
反应、洗涤、反应液降温、回流冷凝、车间生活用水如冲地等。
2．车间用电负荷主要分为生产设备正常运转电耗、照明用电。
3．车间用汽负荷主要是废液精制、反应液升温用汽。
附表6铁黑车间单釜电耗核算表
序号
设备
名称
数量
单位
功率
运转
时间
度/釜
最大
用量
1
碱泵
2
台
5.5
0.5
2.75
2.75
一开一备
2
亚铁液下泵
4
台
7.5
1
7.5
15
过滤
3
亚铁导料泵
2
台
7.5
0.5
3.75
7.5
到储罐
4
亚铁输送泵
1
台
11
0.5
5.5
11
到反应釜
5
反应搅拌
5
个
22
10
220
110
6
粗品导料泵
5
台
7.5
1
11
7.5
过滤
7
罗茨风机
5
台
45
8
370
225
8
引风机
1
台
7.5
4
30
7.5
过滤
9
空压机
1
台
7.5
2
15
7.5
11
粉碎机
2
套
23.5
2.5
58.75
23.5
其它
10
5
小合计
0
折成单耗
367.125
0
12
干燥箱
2.2
48
106
2.2
KWh/T
13
混料机
4
0.25
0.5
4
合计单耗
473.625
电费成本
341元/吨
0.72元/度
5.5仪表
5.5.1反应pH计；
5.5.2反应釜远传温度计；
5.5.3反应加碱自动控制仪；（也可人工检测控制）
5.5.4亚铁精制温控仪一套。
5.5.5产品包装电子秤。
第六章原料、辅助材料的供应
6.1原料的供应
6.1.1主要原料的品种规格需求量来源及运输条件
见附表7
附表7主要原料供应表
序号
主要原料名称
规格
单位
年用量
供货来源
运输方式
1
废液
鞍山送样品
吨
30000
当地废液
管道
2
还原剂
吨
530
本地
汽车
3
液碱
（30%）
m3
12000
天津化工厂
汽车
4
催化剂
吨
1
石家庄
汽车
6.1.2原料资源的来源、规模及可靠性
a．废液本地资源较丰富，这在前面2.2中已提到；
b．液碱，可由天津化工厂供应，该厂拥有较先进的离子膜烧碱生产装置，生产规模大，供应本厂需求不成问题。
c．还原剂是大众通用材料，稍加选择即可。
不存在供应问题；
d．催化剂问题，用量少，自己配制，原料也是常用的，不存在供应不足问题。
6.2辅助材料的供应
辅助材料用量较少,市场供应充足,满足生产需要有保障。
第七章经济分析
7.1财务评价依据说明：
7.1.1生产规模：
5000吨/年铁黑；
7.1.2建设期及经济计算期
本项目建设期为8个月，经济计算期为15年；
7.1.3产品生产成本：
2923元/吨（见铁黑单位成本估算表）
7.1.4产品价格：
出厂价4000元/吨；
7.1.5税率：
不考虑。
附表8铁黑单位成本估算表
单价:
元
序号
项目
名称
规格
单位
单价
单耗
成本
备注
1
原
材
料
还原剂
Kg
2.2
106
233.2
2
废液
T
8.9
0
3
碱
GB/T11199-89
m3
600
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