Nghiên cứu khả năng xử lý nước tẩy rỉ của axit sunfuric đậm đặc

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Hoàng Đông Nam.
Nhờ sự hướng dẫn tận tình của Thầy đã giúp tôi vượt qua những khó khăn để
hoàn 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 hoàn 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 Thò Tuyết Nhung.
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm vò trí quan trọng nhất trong nền
kinh tế quốc dân, do chúng có hoạt tính cao nên dễ bò môi trường tác động làm phá
hủy dần từ ngoài 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.
MUÏC LUÏC
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 đònh sự
ngưng tụ hơi nước. Nước ngưng tụ đọng lại trên bề mặt kim loại sẽ tạo thành dung
dòch 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 hoàn toàn, 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 bò
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
dòch điện ly và tăng độ ổn đònh 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 trò tới hạn
ứng với mỗi loại muối thì sự tạo thành màng nước mới bò 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 dòch 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 ngoài 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 bò 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 bò 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
Không khí khô 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 ngoài 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
hoàn toàn 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 không tan. Do đó lớp oxýt sắt từ sẽ có tính bảo vệ trong môi trường
hơi nước không ô nhiễm.[2]
Không 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 bò thủy phân sẽ cung cấp thêm môi
trường axit, làm cho màng oxýt dễ hòa tan hơn, mở rộng lỗ xốp trong oxýt sắt từ và
cho phép dung dòch điện ly thâm nhập dễ dàng vào bề mặt kim loại nền. Ngoài 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 dòch bão hòa (hoặc gần như bão hòa) nằm trong các lỗ
xốp của Fe
3
O
4
sẽ phản ứng với oxy ở phía ngoài 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 bò 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 thoát 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 thoát 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 bò 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 bò đó bò 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 dòch H
2
SO
4
80
÷
120 g/l tẩy tốt nhất ở 50
÷
70
o
C. Dung
dòch 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 dòch để hạn chế sự hòa tan kim
loại nền, giảm lượng axit tiêu phí, tránh cho kim loại không bò 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 bò hấp phụ lên mặt kim loại làm tăng quá thế hydrô nên
hydrô không thoát ra và quá trình hòa tan kim loại bò kìm hãm. Nhiệt độ cao, tác
dụng của chất ức chế càng giảm cho nên dung dòch không được quá 25
÷
30
o
C.
Chất ức chế dùng trong dung dòch H
2
SO
4
tốt nhất là các chất có chứa quinôlin,
tiôurê, tiodiglycol và naphtylamin. Chất ức chế dùng trong dung dòch 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 thoát ra và đẩy nó rời khỏi mặt kim loại. Dung dòch 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 thoát ra sẽ khử oxyt kim loại, đồng thời sẽ làm bong oxyt khỏi mặt
kim loại. Dung dòch 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 bò dòn hydrô. Nhưng
khả năng phân bố của dung dòch 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 dòch H
2
SO
4
200
÷
250 g/l và dung dòch 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 dòch 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 dòch 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 bò lò hơi. Nó thường
được dùng ở dạng dung dòch 1.5 - 3%. pH dao động trong khoảng 3.5 - 4. Tiến hành
tẩy rỉ ở gần nhiệt độ sôi của dung dòch. Bề mặt chi tiết sau khi tẩy rỉ có màu sáng
bạc và không bò thụ động.
Ngoài 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 dòch kiềm: dùng để tẩy rỉ cho nhôm, hợp kim của nhôm và trong một số
trường hợp dùng cho kim loại kẽm. Dung dòch kiềm thường dùng là dung dòch
NaOH 5%.
CHƯƠNG 2: XỬ LÝ DUNG DỊCH NƯỚC TẨY RỈ
2.1 Mục đích xử lý dung dòch nước tẩy rỉ sắt.[12]
Khi những bản kim loại bò 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
dòch 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 dòch 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 bò bằng thạch anh được sử dụng trong quy trình
này để tránh sự ăn mòn thiết bò:
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 hoàn nguyên sắt:
Fe
2+
, Fe
3+

→
Fe
Dung dòch 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 hoàn toàn dung dòch 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 bò để xử lý dung dòch nước tẩy rỉ sắt
để sản xuất axit clohydric và sắt (II) sunfat. Dung dòch nước tẩy rỉ chứa sắt (II)
clorua, axit clohydric và nước được phản ứng với axit sunfuric dư trong thiết bò 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 dòch nước tẩy rỉ sắt bằng axit sunfuric.[12]
Dung dòch nước tẩy rỉ sắt được xử lý trong thiết bò phản ứng với axit sunfuric
dư. Dung dòch 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 dòch huyền phù chứa sắt (II) sunfat monohydrat có thành phần không
hòa tan. Huyền phù này được đưa tới một phễu lọc tuần hoàn. Nước lọc được đưa
trở lại thiết bò phản ứng. Sau khi loại ẩm, sắt (II) sunfat monohydrat được đưa tới
thiết bò kết tinh.
Hiệu quả của quy trình có thể tăng lên bằng cách tăng hệ số của FeCl
2
trong
dung dòch 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 dòch nước tẩy rỉ nên lớn hơn
hoặc bằng 25%.
Tỉ lệ giữa dung dòch 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 dòch
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 dòch nước tẩy rỉ phải được cô đặc bằng cách đun
nóng sơ bộ dung dòch nước tẩy rỉ trong một thiết bò trao đổi nhiệt để đạt tới nhiệt độ

khoảng 95
o
C.
Nhiệt độ trong thiết bò phản ứng nên ở khoảng 85
o
C. Thời gian lưu thích hợp
cho dung dòch nước tẩy rỉ trong thiết bò phản ứng là khoảng 4 giờ.Hàm lượng axit
sunfuric trong thiết bò phản ứng nên lên tới tối thiểu là 60%, chính xác là lớn hơn
78%.
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ CHẤT
3.1 Axit clohydric HCl
Công thức phân tử: HCl
Khối lượng phân tử: 36.465
3.1.1 Lý tính.[10, 11]
HCl là một chất khí không màu có mùi xốc.
Trọng lượng riêng: 1.264 ở 17
o
C (so với không khí)
Nhiệt độ nóng chảy: -114.7
o
C
Nhiệt độ sôi: -85.2
o
C
Nhiêt độ tới hạn: 51.25
o
C
p suất tới hạn: 86at
Tỉ trọng: 1.267 ở -113
o

C; 1.206 ở -110
o
C
Hằng số phân ly Ka: 2.5
×
10
7
ở 0
o
C
Tan rất nhiều trong nước và phát nhiệt. Tan trong rượu, trong benzen (2% ở
18
o
C), trong ete (35% ở 0
o
C).
Ngoài không khí ẩm bốc hơi thành sa mù do tạo ra những hạt nhỏ axit
clohydric. Khi đun nóng axit clohydric đặc thì đầu tiên khí hydroclorua bốc lean và
nồng độ axit tăng. Trong cả hai trường hợp, khi hàm lượng HCl trong axit đã đạt tới
20.3% (dưới 760 mmHg) thì thu được một dung dòch có thành phần không đổi, sôi ở
108.6
o
C.
Bảng 3.1: Độ tan của hydroclorua trong nước ở 760 mmHg