廃硫酸の処理方法

日常生活、特に化学生産では、常に大量の廃硫酸が発生します。硫酸は酸性酸化剤です。硫酸には深刻な腐食作用があります。誤って人体の皮膚が硫酸に触れると、腐食して火傷を負います。したがって、実験を行うときは安全に注意する必要があります。では、腐食性の高い廃硫酸をどのように処理すればよいのでしょうか。以下で詳しく説明します。

廃硫酸や硫酸廃水には酸性であることに加え、多量の不純物も含まれています。国内外で現在行われている処理方法は、廃酸、廃水の成分、処理目的の違いにより、リサイクル・再利用、総合利用、中和処理の3つに大別されます。

廃硫酸のリサイクル

廃硫酸中の硫酸濃度は比較的高いため、処理後に回収して再利用することができます。処理の主な目的は、廃硫酸中の不純物を除去し、硫酸を濃縮することです。処理方法には、濃縮、酸化、抽出、結晶化などがあります。

1.1 濃縮法

この方法は、廃希硫酸を加熱濃縮することで、その中の有機物を酸化、重合などの反応を経て暗色のコロイドまたは懸濁液に変換し、その後濾過することで、不純物の除去と希硫酸の濃縮という2つの目的を達成する方法です。このタイプの方法は広く使用されており、技術は成熟しています。広く使用されている高温濃縮法をベースに、さらに進化した低温濃縮法が開発されましたので、以下に紹介します。

廃硫酸は、淄博化学工場のクロラール生産工程で生成され、その中でH2SO4の質量分率は65％〜75％、クロラールの質量分率は1％〜3％、その他の有機不純物の質量分率は1％です。工場では沈殿物を濾過し、石炭で直接加熱して蒸留しました。回収された濃硫酸は無色透明で、H2SO4の質量分率は95％を超えており、クロロアセトアルデヒドは検出されませんでした。沈殿物をアルカリ加水分解、蒸留、濾過するとクロロホルムが回収されました。この工場では年間4,000トンの廃硫酸を処理し、硫酸回収から年間55万元の利益を生み出している〔1〕。

日本の木村大同化学機械有限公司の廃硫酸濃縮方法は、ガラスライニング管上昇膜蒸発とセグメント真空蒸発を組み合わせて、廃硫酸中のH2SO4の質量分率を10％から40％、さらに95％まで濃縮することです。プロセスは3段階に分けられます。最初の2段階では、不浸透性グラファイト管ヒーターを使用して蒸発と濃縮を行い、最後の段階ではガラスライニング管上昇膜蒸発器を使用して濃縮を行います。各段階で、H2SO4の質量分率はそれぞれ60％、80％、95％まで徐々に増加します。加熱処理では、150～220℃の高温熱媒体を使用し、有機物を不溶性物質に変換し、ろ過により除去します。この処理は、2t/hの規模でパイロットテストされ、5年間良好に稼働しました。このプロセスは適応性が高く、様々な有機不純物を含む廃硫酸の処理に使用できる〔2〕。

高温濃縮法の欠点は、硫酸の強い腐食性と酸性ミストが設備や作業者に非常に有害であり、実際の操作が非常に面倒なことである。そこで近年、改良された濃縮法が開発され、気液分離型不揮発性溶液濃縮法（略称WCG法）と呼ばれている〔3〕。

WCG法の原理とプロセスは、廃希硫酸を耐酸性ポンプで貯槽から循環濃縮塔に送り込み、濃縮した後、熱交換器で加熱し、ミストメーカーとディフューザーで強制霧化、さらに強制気化します。分離されたガスは高レベル除霧後にガス精製装置に入り、精製後に排出されます。分離された酸性液は再び循環濃縮塔に戻り、循環、濃縮、蒸留を繰り返し、濃度要件に達すると濃硫酸貯蔵タンクに送り込まれます。濃硫酸は生産原料として再利用できます。プロセスフローを図 1 に示します。

WCG濃縮装置は主に熱交換器、循環濃縮塔、誘引通風機で構成されています。熱交換器はグラファイト製、濃縮塔は複合ポリプロピレン製、ポンプと誘引通風機はともに耐酸性の装置です。

この方法は、高温濃縮法と比較して、蒸発温度が低く（50〜60℃）、蒸気消費量が少なく、コストが低い（希硫酸1トンを濃縮するための電気と蒸気のコストは約30〜60元）。上海染色化学工場第5工場で分散濃紺H-GLの生産に使用された希硫酸（H2SO4質量分率20％）と、上海染色化学工場第8工場、武漢染色工場、済寧染色工場で染料中間体の生産に使用された希硫酸をWCG法で濃縮し、いずれも大きな成果を上げました。