CN101514034A - 一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，具体步骤为：在室温条件下，将氯化亚铁溶液晶体与盐酸的混合液，或者钢铁的盐酸酸洗液，在反应器内搅拌均匀，利用喷射器和循环泵使液体处于循环状态，然后在常压条件下，加入氧气、亚硝酸钠或者硝酸，从而实现氯化亚铁溶液的氧化反应，得到液体氯化铁溶液。如果进一步浓缩，可以进一步得到固体氯化铁晶体。本发明制备方法简单，不需要使用氯气作氧化剂，具有安全高效的特点；同时原料易得，成本低，具有广泛的开发价值和应用前景。

Description

一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法。

背景技术

目前在我国不少钢铁加工单位使用盐酸酸洗工艺，这部分废酸目前尚未得到充分利用。通常是将废酸与铁屑反应形成氯化亚铁，然后再与氯气反应生产三氯化铁溶液。虽然氯化铁溶液是一种腐蚀性比较强的无机混凝剂，但是在铁盐系列混凝剂中是一种非常好的混凝剂。

在将氯化亚铁氧化形成氯化铁的途径中，目前国内外广泛使用氯气与氯化亚铁溶液反应的机理，例如：

2FeCl₂+Cl₂＝2FeCl₃  (式1)

由于酸洗废液中往往含有过量的盐酸，因此为了降低形成氯化铁中游离酸的含量，往往必须中和掉过量的盐酸，形成氯化亚铁，然后再用氯气氧化。

Fe+2HCl＝FeCl₂  (式2)

2FeCl₂+Cl₂＝2FeCl₃  (式3)

在处理废液时，如果氯化铁的市场容量比较大时这种方法比较理想，即解决了酸的污染，同时增加了产量。但是加入铁屑或者铁刨花等势必增加氯化铁的产量和废液的处理量，同时可以保证氯化铁溶液中游离酸的含量在比较低的水平。如果市场容量比较小时，最理想的方式是处理废液，消耗掉过量盐酸，氧化氯化亚铁形成氯化铁。

采用氯气氧化具有很大的优势，例如氯气氧化亚铁离子的速度非常快，不存在引入杂质问题，但是氯气是剧毒的一级危险品，对储运和使用过程有严格的要求，我国每年都发生几十次氯气运输和使用过程中漏气的事故，小事故引起局部空气污染和人员中毒，大的事故往往造成成千上万的居民或者员工的转移，因此氯气的使用存在非常大的隐患。

氯化亚铁的氧化可以采用很多氧化剂，例如过氧化氢、氯酸钠、氯酸钾、次氯酸盐、硝酸等等，亚铁离子的氧化过程要求氧化剂氧化速度快、价格低廉，只有这样才能广泛地用于生产。我们以前曾经报道过采用氧气氧化和氮氧化物催化的方式制备聚合氯化铁。其反应机理如下(聚合氯化铁制备方法工业水处理1999，No.6李风亭，刘遂庆)：

HCl+MNO₂＝HNO₂+MCl  (式4)

2HCl+HNO₂+2FeCl₂＝2FeCl₃+2NO+2H₂O  (式5)

2NO+O₂＝NO₂(式3-43)

2HCl+NO₂+2FeCl₂＝2FeCl₃+NO↑+H₂O  (式6)

总反应总式为

4FeCl₂+4HCl+O₂＝4FeCl₃+2H₂O  (式7)

式中：M是碱金属离子或碱土金属离子

上述反应机理完全可行，而且可以制备稳定的氯化铁溶液。由于氧气的稳定性和储运要求比较低，而且氧气使用过程中的泄漏不存在二次污染问题，因此氧气替代氯气是一种非常好的方法。另外从化合价态来看，氧气分子量更小，可以从零价可以降低到负二价。氧化1摩尔亚铁离子需要1/4摩尔氧气，约8g，而用氯气氧化则需要1/2摩尔氯气，约17.5g。因此需要氯气的量远远高于氧气。在内以质量计算氧气和氯气时，前者价格远远低于后者，尤其是在采用液态氧的情况下。

由上述反应式可以知道，氮氧化物催化氧化氯化亚铁离子的反应是一个典型的气液反应，反应速度的决定因素是NO的氧化速度和NO₂的溶解速度，而NO的氧化速度要远远高于后者，所以加快NO₂的溶解成为反应速度的决定步骤。加强气体的溶解通常采用两种方法，一是增大气液的接触表面积，另一种方法是增大气液相的压力。因此反应的速度决定了生产的效率。国内外在解决氮氧化物催化氧化氯化亚铁时，也是从这两方面着手。上述反应中，催化剂不仅限于那些可与氯化亚铁作用形成氮氧化物，在氯化亚铁的混合液中可溶的亚硝酸盐和亚硝酸，硝酸盐及硝酸对该反应同样具有催化作用。

发明内容

本发明的目在于提出一种效果好、成本低的氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法。

本发明提出的氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，具体步骤如下：

在室温条件下，将氯化亚铁和盐酸的混合液加入到密封的反应器中，利用循环泵从反应釜内抽取液体，然后输送到反应器顶部的雾化器，雾化器在循环泵的压力驱动或者电机的驱动下，使液体雾化；在液体循环过程中，分别通过加气管和加液管，向反应器内输入氧气和亚硝酸钠或者硝酸；由于重力的作用，在反应器内雾化颗粒液体下降，同时与气相中的氧气和氮氧化物反应，得到氯化亚铁；其中，反应进行和完成；氯化亚铁、盐酸、氧气和亚硝酸钠或者浓硝酸的摩尔比为：1∶(0.9-1.1)∶(0.25-0.26)∶(0.01-0.08)。

本发明中，所述氧化亚铁采用氯化亚铁固体或来源于钢铁盐酸酸洗废液的氯化亚铁。

本发明中，反应在负压条件下进行。

本发明中，液体雾化过程采用加压雾化或离心旋转雾化中任一种，以保证液体颗粒在10-500微米范围内就可以达到氧化的目的。加压雾化时，压力范围为0.3-1.0MPa，离心旋转雾化时，旋转速度为3000-7000转/分钟。

本发明中，反应是在常温下实施，当然也可以采用加热的方式。如果在室温下实施反应，并采用绝热的反应器，氧化浓度11％的氯化亚铁的溶液后，其温度一般会上升40-60℃。

本发明中，所述反应器可以采用反应釜或反应容器，材质可以是搪玻璃、聚丙烯、聚乙烯或ABS等耐腐蚀材料。所述循环泵可以是扬程在30米以上的离心泵或蠕动泵等，其材质与反应器的材质相同。

本发明中，反应是在常温下实施，当然也可以采用加热的方式。如果在室温下实施反应，并采用绝热的反应器，氧化浓度11％的氯化亚铁的溶液后，其温度一般会上升40-60℃。

本发明的产品指标为：氯化铁浓度5-16％，游离酸浓度低于0.4％，Fe²⁺≤0.1％。

本发明的氯化亚铁氧气氧化方式具有快速、简单、安全的特点，可以适用于氯化亚铁溶液、钢铁盐酸酸洗溶液的氧化，用以制备和生产氯化铁溶液，完全取代氯气氧化法，具有非常好的应用价值和经济价值。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

生产时首先将含有氯化亚铁和盐酸的混合液加入反应器中。从反应器上半部抽取液体，使之循环到反应器顶部的雾化器，通过雾化器，液体分散成雾状。同时，向反应釜内通入氧气和亚硝酸钠溶液或者硝酸溶液。反应过程中通过循环泵使液体在雾化器和反应器之间不断循环，使亚铁离子不断氧化，直至亚铁完全氧化。如果在室温下开始反应，反应结束后，温度会上升40～60℃。氯化铁指标：Fe³⁺：5～16％；游离酸≤0.4％；Fe²⁺≤0.1％。

实施例1：采用离心雾化的方式，氧化氯化亚铁。雾化器的转速为6000转/分钟。以钢铁盐酸酸洗废液为原料制备氯化铁溶液。钢铁酸洗废液的指标为：Fe²⁺：8.5％；游离酸：5.4％；Fe³⁺：0.4％，混合液起始温度23℃。在6升玻璃容器中加入上述液体6公斤，开启循环泵，同时向玻璃容器内连续加入氧气和亚硝酸钠水溶液。反应20分钟后，亚铁离子完全氧化(Fe³⁺小于0.01％)，反应液最终温度61℃。消耗1∶2亚硝酸钠溶液52g，氧气76g。

实施例2：采用压力式雾化的方式，氧化氯化亚铁。以钢铁盐酸酸洗废液为原料制备氯化铁溶液。钢铁酸洗废液的指标为：Fe²⁺：9.5％；游离酸：10.4％；Fe³⁺：0.4％，混合液起始温度20℃。在6升玻璃容器中加入上述液体5.7kg，开启循环泵，同时向反应釜内连续加入氧气和亚硝酸钠水溶液。反应18min后，亚铁离子完全氧化(Fe³⁺小于0.01％)，反应液最终温度64℃。消耗1∶2亚硝酸钠溶液47g，氧气82g。

Claims (4)

1.一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，其特征在于具体步骤如下：

在室温条件下，将氯化亚铁和盐酸的混合液加入到密封的反应器中，利用循环泵从反应釜内抽取液体，然后输送到反应器顶部的雾化器，雾化器在循环泵的压力驱动或者电机的驱动下，使液体雾化；在液体循环过程中，分别通过加气管和加液管，向反应器内输入氧气和亚硝酸钠或者硝酸；由于重力的作用，在反应器内雾化颗粒液体下降，同时与气相中的氧气和氮氧化物反应，得到氯化亚铁；其中，反应进行和完成；氯化亚铁、盐酸、氧气和亚硝酸钠或者浓硝酸的摩尔比为：1∶(0.9-1.1)∶(0.25-0.26)∶(0.01-0.08)。

2、根据权利要求1所述的氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，其特征在于所述氧化亚铁采用氯化亚铁固体或来源于钢铁盐酸酸洗废液的氯化亚铁。

3、根据权利要求1所述的氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，其特征在于反应在负压条件下进行。

4、根据权利要求1所述的氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，其特征在于液体雾化过程采用加压雾化或离心旋转雾化中任一种，加压雾化时，压力范围为0.3-1.0MPa，离心旋转雾化时，旋转速度为3000-7000转/分钟。