CN101249987A - 聚合硫酸铁的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合硫酸铁的合成方法，本发明采用空气、氧气或富氧空气为氧化剂，以硫酸亚铁、硫酸或硫酸法钛白废酸为原料，酸性硝硫酸铁为催化剂，在装有填料塔的搪瓷反应釜中合成聚合硫酸铁；用硫酸亚铁溶液处理氧化尾气。本发明耗能少，成本低，操作方便，不仅有效地利用了工业废酸、废渣，而且避免对环境造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及用于处理饮用水、废水或污水等的无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁的方法，特别涉及一种利用工业钛白废酸制取聚合硫酸铁的方法。
发明背景
聚合硫酸铁是一种无机高分子絮凝剂，对于污水中的某些重金属离子及污水中的COD、BOD、SS、色度、恶臭、乳化油等具有显著的去除效果，它对于工业用水、饮用水也是一种价廉、优良的净化剂。由于对人体无毒无害，与铝盐类絮凝剂相比具有很大的优越性，是一种优良的污水净化剂。
以钛铁矿为原料用硫酸法生产钛白粉时，每生产一吨钛白即会排出废酸约8吨，废副硫酸亚铁约4吨。这些废酸中硫酸的含量约为18～24％，硫酸亚铁含量约为15～25％，不仅造成严重的环境污染，而且白白浪费了大量可利用的资源。
本发明要解决的重要技术问题就是提供一种能够减轻污染的硫酸法钛白废酸废渣的综合利用方法---生产聚合硫酸铁。
生产聚合硫酸铁的现有技术(日本昭51-17516)是采用以硫酸亚铁为原料，亚硝酸钠为催化剂，进行17小时的空气氧化，制得聚合硫酸铁溶液。这种生产方法催化剂投加量大、氧化反应时间长，并且在氧化过程中含有大量二氧化氮的气体不断排出。造成污染，需要进行净化处理。
CN86100483采用纯氧氧化，亚硝酸钠为催化剂，虽减少反应时间，但成本高。CN1020445采用硝酸为氧化剂，硝酸用量大，成本高。CN1031699采用硝酸为催化氧化剂，通空气或氧气，103-107℃聚合成聚合硫酸铁。尾气用碱液或石灰水吸收其中的酸气。CN1052293采用双氧水为催化氧化剂，氧化合成聚合硫酸铁，双氧水用量大，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的生产聚合硫酸铁的方法。这种方法不仅有效的利用了工业废液，而且氧化时间短，只需1-3小时，催化剂消耗减少，没有二次公害，避免了对环境的污染。此外为便于长途运输，还可将液体产品加工成固体产品。
本发明采用空气或富氧空气为氧化剂，以硫酸亚铁、硫酸或钛白废酸为原料，酸性硝硫酸铁为催化剂，在装有填料塔的搪瓷反应釜中合成聚合硫酸铁；用硫酸亚铁溶液处理氧化尾气。
本发明耗能少，成本低，操作方便，不仅有效地利用了工业废酸、废渣，而且避免对环境造成污染。
采用酸性硝硫酸铁为催化剂，具有催化剂制备容易、成本低的优点，由硫酸亚铁与浓硝酸进行化学反应得到：
3Fe2++4H++NO3＝Fe3++2H2O+NO
聚合硫酸铁的化学合成反应有：
3Fe2++4H++NO3＝Fe3++2H2O+NO
2FeSO4+2HNO3+H2SO4＝Fe2(SO4)3+2NO2+H2O
2FeSO4+NO2+H2SO4＝Fe2(SO4)3+NO+2H2O
2NO+O2＝2NO2
3NO2+H2O＝2HNO3+NO
mFe2(SO4)3+mn(OH-)＝[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
其中：n<2，m>10
由于硫酸亚铁的氧化反应是吸热反应，反应中还要求硫酸亚铁以离子状态存在于溶液之中。但是，硫酸亚铁容易和一氧化氮生成硫酸亚硝酰合铁，亚硝酰合铁离子必须在一定温度下、被搅拌才容易分解。
因此反应温度越高，搅拌强度越大对反应进行越有利。但考虑到能源的消耗及对设备的要求；同时要保证反应顺利进行，反应的温度应在75℃-105℃之间为宜，这样反应完成时间为1.5-2小时。
但为了保证反应获得最佳效果，保证液气两相充分的接触，促使二氧化氮、硝酸根不断地与二价铁离子(Fe2+)反应，要采取强烈搅拌措施的同时，采用填料塔加大气液的接触面积，促使氧化反应更快进行。
为了利于二氧化氮、硝酸根和Fe2+的反应，反应体系中需有过量的氧气和一定的压力。
本发明的聚合硫酸铁合成方法是以硫酸亚铁、硫酸为原料，硫酸亚铁与硫酸的摩尔比为1∶0.2-0.33，最好为1∶0.25-0.28。以酸性硝硫酸铁为催化剂，加入量为硫酸亚铁的质量的0.02-0.10。
将硫酸亚铁、硫酸、酸性硝硫酸铁按质量比放入耐酸搪瓷反应釜中，搅拌的速度控制在80-130转/分，升温使催化氧化聚合反应在75-105℃的温度范围内进行，进行反应的时间控制在1-3小时，生成的产品为深褐色油状的聚合硫酸铁。
在反应过程中放出的一氧化氮在反应釜顶的填料塔内被鼓入的空气或富氧空气氧化成二氧化氮，生成的二氧化氮与反应釜循环泵输送的物料继续进行反应。排出管中由空气带出的一氧化氮，进入尾气吸收填料塔。用大量的硫酸亚铁溶液吸收尾气中的一氧化氮，确保尾气中的污染物零排放。本发明由于催化活性高、配比合理，二价铁的氧化率达100％。
结合说明书附图详细介绍：
(1)催化剂配制釜 (2)反应釜循环泵 (3)搪瓷反应釜 (4)氧化填料塔 (5)尾气吸收填料塔 (6)硫酸亚铁溶液循环泵 (7)硫酸亚铁溶解釜 (8)氧化气体入口(9)硫酸亚铁加入口 (10)放空口 (11)加料口
具体实施方式：
实施例只是为了进一步说明本发明，而不限制本发明的保护范围。
实施例一
将2000千克固体工业硫酸亚铁、1000千克20％硫酸从(11)加入耐酸搪瓷反应釜(3)中，搅拌的速度控制为130转/分。升温，加入(1)中的100千克酸性硝硫酸铁，从(8)通入空气，催化氧化聚合反应在75-105℃的温度范围内进行，反应时间控制在2小时，生成的产品为深褐色粘稠的聚合硫酸铁。
实施例二
将1900千克固体工业硫酸亚铁、1000千克含18％硫酸亚铁20％硫酸钛白废酸的从(11)加入耐酸搪瓷反应釜(3)中，搅拌的速度控制为130转/分。升温，加入(1)中的300千克酸性硝硫酸铁，从(8)通入空气，催化氧化聚合反应在75-105℃的温度范围内进行，反应时间控制在2小时，生成的产品为深褐色粘稠的聚合硫酸铁。
反应釜(3)产生的一氧化氮在反应釜顶的氧化填料塔(4)内被鼓入的空气或富氧空气氧化成二氧化氮，生成的二氧化氮与反应釜循环泵(2)输送的物料继续进行反应。排出管中由空气带出的一氧化氮进入尾气吸收填料塔(5)，被硫酸亚铁溶液循环泵(6)输送的大量硫酸亚铁溶液吸收。(9)为硫酸亚铁溶解釜(7)的加入口。
如果生产固体聚合硫酸铁，将聚合硫酸铁溶液喷雾干燥或结片干燥即可。
Claims (1)
1. 聚合硫酸铁的合成方法，本发明的特征在于：采用空气、氧气或富氧空气为氧化剂，以硫酸亚铁、硫酸或钛白废酸为原料，酸性硝硫酸铁为催化剂，在装有填料塔的搪瓷反应釜中合成聚合硫酸铁；用硫酸亚铁溶液处理氧化尾气。酸性硝硫酸铁催化剂是硫酸亚铁与过量的浓硝酸在搪瓷反应釜中，60～100℃反应制成，酸性硝硫酸铁的加入量为硫酸亚铁质量的1-15％。用硫酸亚铁溶液通过装有填料吸收塔的搪瓷反应釜处理氧化尾气，吸收氧化尾气中的一氧化氮。
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