聚合硫酸鐵的七種制備方法

聚合硫酸鐵是一種優(yōu)良的混凝劑，混凝性能優(yōu)良，礬花密實(shí)，沉降速度快;凈水效果優(yōu)良，水質(zhì)好，不含鋁、氯及重金屬離子等有害物質(zhì)，亦無(wú)鐵離子的水相轉(zhuǎn)移，無(wú)毒，無(wú)害，安全可靠;適應(yīng)水體PH值范圍寬為4—11，較佳PH值范圍為6-9，凈化后原水的PH值與總堿度變化幅度小，對(duì)處理設(shè)備腐蝕性小;對(duì)微污染、含藻類、低溫低濁原水凈化處理效果顯著，對(duì)高濁度原水凈化效果尤佳，投藥量小，成本低廉，處理費(fèi)用可節(jié)省20%-50%。正因?yàn)榫酆狭蛩徼F的這一系列優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)20世紀(jì)80年代就得到了推廣應(yīng)用，聚合硫酸鐵的制備方法有很多，主要有以下幾種:

1、鐵礦石酸溶氧化法

這種礦石主要是含四氧化三鐵的礦石。1000g含F(xiàn)e3+58%、Fe2+11%的礦石與濃度為420g/L的硫酸混合,調(diào)整SO4/Fe比值為1.3-1.4,在90C使氧化物溶解30分鐘,98-99%的氧化鐵可以溶解。然后將上述反應(yīng)液在氮氧化物的催化下,用空氣、氧氣或過(guò)氧化氫等氧化就可以制成聚合硫酸鐵。

2、以硫酸亞鐵、硫酸、氧氣為原料,硝酸為催化劑的合成法

硝酸為催化劑,其特點(diǎn)是在硫酸、硫酸亞鐵和水的混合液中加入少量的硝酸，還原產(chǎn)物一氧化氮與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮再氧化亞鐵離子，如此不斷循環(huán)直至亞鐵離子完全氧化。這種方法屬于氣液反應(yīng)。較近美國(guó)也有利用類似原理生產(chǎn)聚合硫酸鐵的專利。其生產(chǎn)過(guò)程是在70-1509C、-定的壓力及氮氧化物的催化下，用氧氣將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子。其工藝是將硫酸亞鐵和硫酸的混合液以噴射的方式注入反應(yīng)器。在溶液的噴射過(guò)程中，它與氣相中的NO、NO2和O2反應(yīng)，較后生成聚合硫酸鐵。

3、硝酸氧化-堿中和法

生產(chǎn)原料配比:硫酸亞鐵(FeSO4.7H2O(100%)100g;硫酸(H2S04)(98%)8.2ml;硝酸(HNO3)18.0ml;水214.5ml;碳酸氫鈉(0.5N)214.0ml。

加熱板的反應(yīng)器內(nèi)加入硫酸亞鐵、硫酸和水，升溫到60C,在劇烈攪拌下緩慢加入硝酸,升溫至90C,并持續(xù)攪拌直到99%的亞鐵離子氧化完全,反應(yīng)時(shí)間為2h。然后降溫到50C,在攪拌條件下緩慢加入碳酸氫鈉溶液，30分鐘內(nèi)加完。冷卻后測(cè)定樣品指標(biāo)如下:Fe3+=40g/l,Fe2+0.2g/l,OH/Fe=0.3,pH=0.9-1.1。

目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)聚合硫酸鐵沒(méi)有采用加堿的方式。氫氧根與鐵離子的比值完全可以通過(guò)硫酸亞鐵和硫酸的加料比來(lái)控制，這樣可以減少生產(chǎn)工序和降低生產(chǎn)成本。

4、直接氧化法直接制備固體聚合硫酸鐵

硫酸亞鐵于氧化爐中在100--300C條件下加熱脫水氧化,生成堿式硫酸鐵,再與噴霧狀的硫酸反應(yīng)生成固體聚合硫酸鐵。具體方法:在旋轉(zhuǎn)爐中加入500g硫酸亞鐵于空氣中,在.200C加熱3小時(shí)，得到300g固體堿式硫酸.鐵,將其粉碎與88g霧化狀硫酸反應(yīng),就可以制得固體聚合硫酸鐵。這種方法國(guó)內(nèi)也有報(bào)道，此工藝簡(jiǎn)單，但存在亞鐵離子氧化率低的缺陷。

5、溶解加壓氧化法

將4000kg一水硫酸亞鐵(鐵含量為32%)和1165kg96%硫酸加入高壓反應(yīng)釜中,升溫到1209C,然后向反應(yīng)釜中通入氧氣(壓力為3巴),并不斷攪拌,當(dāng)溶液中二價(jià)鐵離子的濃度低于0.1%時(shí),反應(yīng)結(jié)束,將物料冷卻后,測(cè)定產(chǎn)品含鐵23.9%,其中不溶物含量低于0.1%。

將5000kg七水硫酸亞鐵(鐵含量為16.5%)和770kg93%硫酸加入高壓反應(yīng)釜中，升溫到60C,然后通入氧氣(壓力為10巴)，并不斷攪拌，當(dāng)溶液中二價(jià)鐵離子的濃度低于0.1%時(shí)，反應(yīng)結(jié)束,將物料冷卻后,測(cè)定產(chǎn)品含鐵14%,其中不溶物含量低于0.1%。

6、氯酸鹽氧化法

將氯酸鹽或過(guò)氯酸鹽以固體的形式加入硫酸亞鐵含量為45--80%的懸浮液中。這種方法可以提高溶液中三價(jià)鐵離子的濃度。

合成方法:結(jié)晶硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)600份與150份水,105份濃硫酸混合,然后加入80份氯酸鈉。反應(yīng)完畢可以得到含F(xiàn)el(1I)200份,氯酸鹽50份的產(chǎn)品。此溶液是一種有效的混凝劑和殺菌劑，處理水時(shí)如以10份的劑量投加,凈化后每立方水中含2.5份氯酸鹽，這一含量對(duì)于殺菌是足夠的。這種方法將鐵鹽和殺菌劑的生產(chǎn)進(jìn)行了復(fù)合，使產(chǎn)品能起到混凝和殺菌的雙重作用,但此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品的鹽基度為零。這種方法在我國(guó)應(yīng)用也很廣泛，不同的是我們生產(chǎn)時(shí),聚合硫酸鐵中不含有氯酸鹽,并且要有一定的鹽基度。此方法速度快,安全,但與氮氧化物催化法相比成本較高。

7、硫鐵礦法

在硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中，將粉碎硫鐵礦在高溫下用空氣氧化,生成二氧化硫和礦灰。礦灰中含有大量的三氧化二鐵(40--80%)，即三價(jià)鐵離子,故完全可以用于聚合硫酸鐵的生產(chǎn)。合成方法是將質(zhì)量濃度為35--45%的硫.酸與硫鐵礦礦灰(Fe203含量80%)按照化學(xué)計(jì)量值的110%混合，在105-110C反應(yīng)至消耗掉90-100%的硫酸。過(guò)濾除去剩余固體,濾液用水稀釋至硫酸鐵含量為40--45%。這種方法可以制備穩(wěn)定的聚合硫酸鐵溶液。