CN101462776A

CN101462776A - 聚合氯化铁的制备方法

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Publication number: CN101462776A
Application number: CNA2009100449819A
Authority: CN
Inventors: 金月祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-06-24

Abstract

一种聚合氯化铁的制备方法，将含铁酸洗液或废盐酸置于反应釜装置中，同时加入铁粉或铁屑，酸与铁发生放热反应产生的热能对物料预加热，然后加入催化剂并通入氧气，再开启循环泵，使反应液循环3－5小时，待聚合反应完全；将反应液转入沉淀槽沉淀或以过滤方式对产品进行分离和富集。采用含铁酸洗液或废盐酸生产聚合氯化铁的方法降低生产成本，实现废物的资源综合利用。

Description

聚合氯化铁的制备方法

技术领域

本发明涉及水处理剂的制备方法，尤其涉及一种聚合氯化铁的制备方法。

背景技术

在工业化生产过程中，企业每天排放大量废液、固体废弃物。这些废弃物直接排放，既污染了环境，又浪费了大量资源。为此，如何对这些废弃物中进行选择性的综合循环利用，实现“变废为宝”正日益受到整个社会的关注。

目前水处理剂只有三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等制备方法，尚无聚合氯化铁这种水处理剂的制备方法，但经过研究发现，其处理效果要优于三氯化铁，三氯化铁是一种简单的无机物，而聚合氯化铁是一种高分子无机物，对水质的净化效果好。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种聚合氯化铁的制备方法，采用含铁酸洗液或废盐酸及铁粉、铁屑生产聚合氯化铁的方法实现降低生产成本，变废为宝，以及废物的资源综合利用。

本发明的另一个目的在于提供一种聚合氯化铁的制备方法，将采用该方法制得的产品应用于水质的净化，水经聚合氯化铁处理后，效果优于三氯化铁。

本发明所述的一种聚合氯化铁的制备方法为：

将含铁酸洗液或废盐酸置于反应釜装置中，同时加入铁粉或铁屑，酸与铁反应产生氯化亚铁和氯化铁溶液，经过过滤装置，再加入催化剂并通入氧气，然后开启循环装置，使反应液循环3—5小时，待聚合反应完全；将反应液转入沉淀槽沉淀或以过滤方式对产品进行分离和富集。

反应釜装置包括反应釜本体1、管道水力喷射器2、循环泵3及其连接管道。管道水力喷射口4与氧化反应釜本体1的顶端开口5相连接；循环泵3位于氧化反应釜本体1的底端出口和管道水力喷射器进口6之间；管道水力喷射器侧面开口7与氧化反应釜本体顶端一侧开口8通过管道连接。限流阀12为液体流量限制；反应完全后，反应液通过出口13转移到沉淀槽或过滤装置。出口13的设置的具体位置不作为限定本发明的依据。

催化剂通过反应釜本体顶端一侧催化剂加入口9加入。氧气经由反应釜本体顶端一侧氧气通入口10通入。铁粉或铁屑经由反应釜本体顶端一侧加入口11加入。所述的催化剂加入口9、氧气通入口10和铁粉或铁屑加入口11均为本体1顶端的一侧开口，其作用是起到加料的作用，其各自的具体位置及其开后的具体作用不作为限定本发明的依据。

含铁酸洗液或废盐酸源自于工业生产的含盐酸废水，主要成分为氯化亚铁、氯化铁、盐酸及铁，铁元素主要以铁离子的形式存于废盐酸液中。含铁酸洗液或废盐酸与铁粉或铁屑发生放热反应，产生的热能对物料起到预加热的作用。

催化剂亚硝酸盐选自于NaNO₂或KNO₂。

催化剂用量为每吨反应液2.5—6.0kg，进一步选择3.5—5.0kg，优先选择4.5kg。

氧气通入量为每吨反应液960—2400L，进一步选择1440—2160L，优先选择1920L。

过滤装置对含铁酸洗液或废盐酸与铁粉或铁屑反应后的溶液起到过滤作用，可以使用滤纸过滤、砂芯漏斗过滤或沉淀等多种方式，如板框过滤或过滤泵过滤。

循环装置使得反应液在体系中得到循环流动，具体为循环泵。

反应釜由防酸材料(如：聚丙烯)制成，可以使用搪瓷反应釜或者使用钢砼结构贴防酸材料(如：石块、耐酸瓷砖等)。

铁粉或铁屑为铁生产企业废料或冶炼过程中产生的废料等。

铁粉或铁屑的用量根据废酸中含铁量具体确定铁粉或铁屑的加入量，使得反应后得到的聚合氯化铁中含有10％(w/w)全铁百分量。生产10％(w/w)的聚合氯化铁产品，含铁酸洗液废盐酸中含铁量(指全铁百分量)X％(w/w)，则需每吨补充含铁量(指全铁百分量)10％—X％(w/w)。

若铁粉或铁屑的含量(指全铁百分量)为Y％(w/w)，损耗系数为10％，则需每吨补充的

X根据实测所得数值确定；Y根据实测所得数值确定。含铁量的测定方法可以参照国家标准GB14591—2006，本发明测定选用三氯化钛法，其具体方法如下：

(1)方法

在酸性榕液中，滴加三氯化钛溶液将三价铁离子还原为二价；过量的三氯化钛进一步将钨酸钠指示液还原生成“钨蓝”，使溶液呈蓝色。在有铜盐的催化下，借助水中的溶解氧，氧化过量的三氯化钛，待溶液的蓝色消失后，即以二苯胺磺酸钠为指示剂，用重铬酸钾标准滴定溶液滴定。

反应方程式为：

Fe³⁺+Ti³+＝Fe²⁺+Ti⁴⁺

6Fe²⁺+Cr₂O₇ ^2-+14H⁺＝6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O

(2)试剂和材料

①盐酸溶液：浓盐酸加入等体积水稀释(1+1)

②硫酸溶液：浓硫酸加入等体积水稀释(1+1)

③磷酸溶液：浓磷酸/水为15∶85，体积比

④硫酸铜溶液：5g/L。

⑤三氯化钛溶液：量取25mL15％的三氯化钛溶液，加人20mL盐酸，用水稀释至100mL，混匀，贮于棕色瓶中，溶液上面加一薄层液体石蜡保护，可用15天左右。

⑥钨酸钠指示剂：25g/L。

称取2.5g钨酸钠，溶解于70mL水中，加人7mL磷酸，冷却后用水稀释至100mL，混匀，贮于棕色瓶中。

⑦重铬酸钾标准滴定溶液：c(1/6K₂Cr₂O₇)＝0.01mol/L。

⑧二苯胺磺酸钠溶液：5g/L。

(3)分析步骤

称取约0.2g～0.3g试样，精确至0.0002g。置于250mL锥形瓶中，加盐酸溶液10mL，硫酸溶液10mL和钨酸钠指示剂1mL。在不断摇动下，逐滴加人三氯化钛溶液直至溶液刚好出现蓝色为止。用水冲洗锥形瓶内壁，并稀释至约150mL，加人2滴硫酸铜溶液，充分摇动，待溶液的蓝色消失后，加人磷酸溶液10mL和2滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至紫色(30s不褪)即为终点。

(4)结果的计算

全铁含量以质量分数w₂计，数值以％表示，按式(2)计算：

式中：

V—滴定时消耗重铬酸钾标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升(mL)；

c—重铬酸钾标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升(mol/L)；

M—铁的摩尔质量的数值(55.85)；

m—试料质量的数值，单位为克(g)。

(5)允许差

取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的绝对差值不大于0.1％。

开启循环装置后，随着液体的流动反应釜内形成负压，料液和氧气能充分混合接触。反应液循环的时间根据反应液的盐基度加以确定，盐基度为40—80％时终止反应。

盐基度的测定方法可以参照国家标准GB14591—2006，本发明测定盐基度的具体方法如下：

(1)方法

在试样中加入定量盐酸溶液，再加氟化钾掩蔽铁，然后用氢氧化钠标准滴定溶液滴定。

(2)试剂和材料

①盐酸溶液：浓盐酸加入三倍体积水稀释(1+3)。

②氢氧化钠溶液：4g/L

③盐酸标准溶液：c(HCl)＝0.1mol/L

④氟化钾溶液：500g/L

称取500g氟化钾，以200mL不含二氧化碳的蒸馏水溶解后，稀释到400mL。加人2mL酚酞指示剂并用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节溶液至微红色，滤去不溶物后贮存于塑料瓶中。

⑤氢氧化钠标准滴定溶液c(NaOH)＝0.1mol/L。

⑥酚酞指示剂：10g/L乙醇溶液。

(3)分析步骤

称取约(1.2～1.3)g试样，精确至0.0002g，置于400mL聚乙烯烧杯中，用移液管加人25mL盐酸标准溶液，加20mL煮沸后的蒸馏水，摇匀，盖上表面皿。在室温下放置10min，再加人氟化钾溶液10mL，摇匀，加5滴酚酞指示剂，立即用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至淡红色(30s不褪)为终点。同时用煮沸后冷却的蒸馏水代替试样做空白试验。

(4)结果的表述

盐基度含量以质量分数w₅计，数值以％表示，按式(4)计算：

式中：

V₀—空白消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升(mL)；

V—试样消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升(mL)；

C—氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升(mol/L)；

M—氢氧根摩尔质量的数值，单位为克每摩尔(g/mol)[M(OH)＝17.0]；

w₄—试样中三价铁的质量分数，w₄＝w₁—w₃或w₄＝w₂—w₃；

18.62—铁摩尔质量M(1/3Fe)，g/mol；

M—试料质量的数值，单位为克(g)。

(5)允许差

取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的绝对差值不大于0.2％。

反应釜利用循环泵和管道水力喷射器将料液和氧气充分混合接触反应，不需要通入蒸汽和使用搅拌装置搅拌，节能环保。

反应完全后采用自然沉淀的方法分离聚合氯化铁、使用板框压滤机压滤的方式或将自然沉淀的方法与板框压滤机压滤联合使用。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明采用铁粉或三氯化铁为原料，生产成本低。采用含铁酸洗液或废盐酸为反应液，酸的浓度低，反应温和，不产生污染环境的废气，实现了废弃资源的综合利用。利用酸和铁的放热反应对反应原料进行预加热，实现了反应化学能的充分利用，节省了后续能源消耗，然后经循环泵及管道喷射器循环3—5小时，使料液和氧气充分混合接触反应，进一步节省了能源消耗。

附图说明

图1为本发明反应釜装置一实施例的结构图。

1 表示氧化反应釜本体 8 表示氧化反应釜本体顶端一侧开口

2 表示管道水力喷射器 9 表示催化剂加入口

3 表示循环泵 10 表示氧气通入口

4 表示管道水力喷射口 11 表示铁粉加入口

5 表示氧化反应釜本体的顶端开口 12 表示限流阀

6 表示管道水力喷射器进口 13 表示出口

7 表示管道水力喷射器侧面开口

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案，本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

实施例1

图1为本发明所述制备方法中反应釜装置的结构图。如图1所示，本发明所述的反应釜装置包括反应釜本体1、管道水力喷射器2、循环泵3及其连接管道。

管道水力喷射口4与氧化反应釜本体1的顶端开口5相连接；循环泵3通过管道将氧化反应釜本体1的底端出口和管道水力喷射器进口6相连接，形成闭合循环体系；管道水力喷射器侧面开口7与氧化反应釜本体顶端一侧开口8通过管道连接。限流阀12为液体流量控制阀；反应完全后，反应液通过出口13转移到沉淀槽或过滤装置。

催化剂通过反应釜本体顶端一侧催化剂加入口9加入。氧气经由反应釜本体顶端一侧氧气通入口10通入。铁粉或铁屑经由反应釜本体顶端一侧加入口11加入。

实施例2

盐酸废酸液加入耐酸反应釜中，根据原料的含铁量换算加入铁屑(全铁百分量为90％)，使得产品中含铁量为10％(w/w)，与盐酸发生放热反应产生的热量进行预加热，同时加入催化剂NaNO₃。然后利用循环泵和管道水力喷射器循环3小时，将料液和总量为1920L氧气充分混合接触反应，再进入沉淀槽，经自然沉淀分离所得产物为聚合氯化铁。

实施例3

含铁量(指含全铁百分量)7.0％(w/v)的废盐酸酸洗液加入耐酸反应釜中，再向每吨废液中加入含铁量(指全铁百分量90％)的铁粉约48.9kg，酸和铁产生反应，产生的热量进行预加热，同时加入催化剂NaNO₃和通入1920L氧气，利用循环泵和管道水力喷射器循环4小时，将料液和氧气充分混合接触反应，进入中间池，再经板框压滤机压滤分离所得滤液即为含铁量(指含全铁量)为10％的聚合氯化铁产品。

Claims

1、一种聚合氯化铁的制备方法，包括如下步骤：

将含铁酸洗液或废盐酸置于反应釜装置，加入铁粉或铁屑，然后加入催化剂亚硝酸盐并通入氧气，再开启循环装置，使反应液循环3—5小时，待聚合反应完全；将反应液转入沉淀槽沉淀或以过滤方式对产品进行分离和富集。

2、根据权利要求1所述的的聚合氯化铁的制备方法，其特征在于所述的催化剂用量为每吨反应液2.5—6.0kg。

3、根据权利要求1所述的聚合硫酸铁的制备方法，其特征在于所述的催化剂用量为每吨反应液4.5kg。

4、根据权利要求1所述的的聚合氯化铁的制备方法，其特征在于所述的氧气通入量为每吨反应液960—2400L。

5、根据权利要求1所述的聚合硫酸铁的制备方法，其特征在于所述的氧气通入量为每吨反应液1920L。

6、根据权利要求1所述的聚合氯化铁的制备方法，其特征在于所述的反应釜装置包括氧化反应釜本体(1)、管道水力喷射器(2)和循环泵(3)；

管道水力喷射口(4)与氧化反应釜本体(1)的顶端开口(5)相连接；循环泵(3)位于氧化反应釜本体(1)的底端出口和管道水力喷射器进口(6)之间；管道水力喷射器侧面开口(7)与氧化反应釜本体顶端一侧开口(8)通过管道连接，限流阀(12)为液体流量控制阀；反应完全后，反应液通过出口(13)转移到沉淀槽或过滤装置。

7、根据权利要求6所述的聚合氯化铁的制备方法，其特征在于所述的反应釜本体顶端一侧加入口(9)加入催化剂，加入口(10)通入氧气，加入口(11)加入铁粉。

8、根据权利要求1所述的聚合氯化铁的制备方法制得的产品，在水质的净化中的应用。