离子交换树脂“铁中毒”的处理

梁 轶
（山西焦化股份有限公司技术中心，山西 洪洞 041606）

　　摘要：树脂“中毒”以铁“中毒”现象最为常见。笔者结合多年的生产实践，认为采用4％的盐酸，4％的食盐和0.08％的亚硫酸钠混合液，处理“铁中毒”的树脂，具有药剂耗量少，复苏时间短，效果好，对交换器的腐蚀性较小的特点。
　　关键词：水处理；离子交换；树脂
　　中图分类号：TU991.26
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2001)03-0018-02

　　离子交换树脂具有化学稳定性好，机械强度高， 交换能力大等优点，因而在电站锅炉、工业锅炉用水处理及除盐水、纯净水的生产中，得到了广泛应用。但树脂在使用过程中，由于受到有害杂质（如铁化物、有机物等）的污染，就会发生树脂“中毒”事故。如果不及时采取合理措施使其复苏，就有可能造成树脂失效，甚至报废。树脂“中毒”以铁“中毒”现象最为常见。下面，笔者结合多年的生产实践，谈谈对这种树脂铁“中毒”事故的处理方法及预防措施。
　　离子交换树脂表面被铁化物覆盖或树脂内部的交换孔道被铁杂质等堵塞，使树脂的工作交换容量和再生交换容量明显降低，但树脂结构无变化，这种现象叫树脂的铁“中毒”。

1 污染原因分析

　　造成树脂铁“中毒”的原因主要有4方面：①水源是含铁量高的地下水或被铁污染的地表水；②进水管道或交换器内部被腐蚀产生了铁化物；③再生剂中含有铁杂质；④水中含有大分子有机物。
　　阳树脂的铁“中毒”一般只发生在以食盐为再生剂的软化水过程中，主要有两种情况，一种是当铁以胶态或悬浮铁化物的形式进入钠离子交换器后，被树脂吸附，并在树脂表面形成一层铁化物的覆盖层，阻止了水中的离子与树脂进行有效接触；另一种是铁以Fe²⁺形式进入交换器，与树脂进行交换反应，使Fe²⁺占据在交换位置上，因Fe²⁺很容易被氧化成高价铁化物，沉积在树脂内部，堵塞了交换孔道。
　　阴树脂发生铁“中毒” 的主要原因也有以下两种：一是再生阴树脂的碱纯度达不到规定标准，特别是液态碱中含有铁的化合物较多时，更容易使阴树脂中毒；二是水中含有大分子有机物时，容易与铁形成螯合物（即有机铁），它可以与强碱性阴树脂进行交换反应，集结在交换基团的位置上，堵塞树脂的交换孔道，使交换容量和再生容量下降，再生效率降低，再生剂与清洗水耗量增加，进一步导致树脂铁“中毒”。

2 污染鉴别方法

2.1 外观颜色鉴别
　　发生铁“中毒”的树脂，从外观上看，颜色由透明的黄色（阳树脂）或乳白色（阴树脂）明显变深，严重者甚至呈黑色。
2.2 试验鉴别
　　通过测定水的含铁量来判定树脂铁“中毒”的程度，这是一种较为准确的方法^[1]。方法如下：
　　将“中毒”树脂用清水洗净，浸泡在10％的食盐水中再生约30min，倾去盐水再用蒸馏水（或除盐水）洗涤2～3次，从中取出一部分树脂放入试管或玻璃瓶中，随后加入6mol/L的盐酸（体积约为树脂的2倍），盖严振荡15min后，然后取出酸液注入另一洁净试管中，滴入饱和的亚铁氰化钾溶液，从试液生成普鲁士蓝的颜色深浅（由淡蓝色至棕黑色），可以判断树脂铁“中毒”的程度。
　　需要说明的是，有的单位只用测定树脂交换容量的方法来判断树脂是否铁“中毒”，这是不准确的。因为铁“中毒”仅仅降低了树脂的工作交换容量，而对全交换容量几乎没有影响。

3 复苏处理方法

　　由于铁“中毒”树脂经过适当的处理，可以恢复其交换能力，所以树脂发生铁“中毒”后，应及时正确处理，否则会增加树脂破损的可能性，导致树脂报废。铁“中毒”树脂的复苏方法主要有以下三种，现比较如下：
3.1 盐酸复苏法
　　机理：强酸性树脂对阳离子的选择顺序为：
　　Fe³⁺＞Fe²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞Na⁺＞H⁺
　　在铁“中毒”树脂中加入10％的盐酸后，盐酸将树脂表面或凝胶孔内的胶态Fe₂O₃·XH₂O溶解成Fe³⁺，同时盐酸中的H⁺与树脂上的Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺发生交换，使树脂逐步转成氢型，投入运行前再转化成钠型。
　　此法简单易行。但在实际应用中，要想充分复苏铁“中毒” 树脂，必须将盐酸的浓度加大到10％以上，这样既增加了处理费用，也易损坏交换器的防腐层。
3.2 盐酸-食盐复苏法
　　机理：将4％的盐酸和4％的食盐溶液加入“铁中毒”树脂中，充分浸泡。盐酸的主要作用是溶解Fe₂O₃·XH₂O。食盐中的Na⁺连同盐酸中的H⁺和树脂上的Fe³⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺进行交换，使树脂逐步转变成氢钠混合型，投入运行前再生转换成钠型即可。
　　此法是一种较常用的方法。但也存在着盐酸和食盐用量大，耗时长，复苏处理不彻底等缺点。
3.3 盐酸－食盐－亚硫酸钠复苏法
　　机理：将4％的盐酸、4％的食盐和0.08％的亚硫酸钠混合液加入铁“中毒”树脂中充分浸泡。盐酸和食盐的作用同上。Na₂SO₃中的SO₃^2-把Fe³⁺还原成Fe²⁺，从而减少树脂对Fe³⁺的结合，且反应生成的H⁺又能促进Fe₂O₃·XH₂O的溶解，
　　反应式为：
　　SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O≒SO₄^2-+Fe²⁺+2H⁺
　　最后再将氢钠混合型树脂转化为钠型树脂即可投入使用。需要注意的是，Na₂SO₃浓度应由实验确定，一般不应大于0.1％，因为Na₂SO₃浓度过高，易产生SO2气体，再者产物SO₄^2-浓度增大，会产生CaSO₄沉淀。
　　实践证明，用这种方法处理铁“中毒”树脂，复苏剂耗量少，耗时短，且复苏剂中盐酸浓度低，对交换器腐蚀性较小，复苏效果较好，是一种较理想的处理方法。

4 预防措施

　　①含铁地下水必须进行必要的除铁处理后，方可进入交换器。常用的除铁方法有：曝气除铁法、锰砂过滤除铁法等。
　　②直接以深井水或自来水为水源时，应在阳床进水泵前设置过滤器性产纯净水时，进水管道应采用不锈钢管道或其它不含铁元素的管道，以防流水将一些铁的腐蚀产物带进交换器。
　　③加强水处理设备及管道的防腐工作。定期检查交换器内部再生装置及防腐层，发现损伤应及时处理。盐液输送管道要采用不锈钢管，防止管道腐蚀产生铁化合物，污染树脂。
　　④再生剂质量要符合有关标准要求，不能含有铁杂质。

参考文献：
　　[1]汤鸿霄．用水废水化学基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．

作者简介：
　　梁轶（1975－），男，1997年毕业于青岛化工学院，助理工程师，现在山西焦化股份有限公司从事科研开发工作。