CN102701290B

CN102701290B - 块状三氯化铁的制备方法

Info

Publication number: CN102701290B
Application number: CN201210204349.8A
Authority: CN
Inventors: 丁德才; 王权永; 肖晋宜; 龙国兵; 杨柳荫
Original assignee: HUIZHOU SIRUIER ENVIRONMENT CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: SRIEL ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: CN102701290A

Abstract

本发明是涉及一种块状三氯化铁的制备方法，其通过调整冷却结晶和养晶的参数，既可以在5~10℃恒温养晶条件下，也可在较高环境温度下，进行块状三氯化铁的生产。此外，以固体氯化亚铁为原料，避免传统的酸洗废液中杂质混入产品中；以氯气为氧化剂，没有杂质。最终通过养晶可以直接得到块状三氯化铁，其与空气直接接触面积小，可以有效解决三氯化铁易吸潮的问题，增加了产品的保质期，且块状三氯化铁易于储存和运输。

Description

块状三氯化铁的制备方法

技术领域

本发明涉及一种三氯化铁的制备方法，尤其涉及一种块状三氯化铁的制备方法。

背景技术

三氯化铁主要用作工业水处理剂、电子线路板和不锈钢的蚀刻剂、冶金工业的氯化剂、染料工业的氧化剂和媒染剂、铁盐和颜料的原料以及有机工业的催化剂、氧化剂和氯化剂。三氯化铁产品有液体和固体两种形式。液体三氯化铁为红棕色液体，其溶液呈酸性，且具有强氧化性，对一般的金属容器有很强的腐蚀作用，不易储备及运输。固体三氯化铁为黄棕色结晶或块状固体，熔点37℃，沸点280-285℃，易溶于水，有潮解性，特别是颗粒状三氯化铁，在空气中可潮解成红棕色液体，保质期短。

传统的固体三氯化铁工业生产有两类方法：

一类是以盐酸和铁屑为原料的氯化法：利用三氯化铁的升华性质，可得到无水三氯化铁，该法需消耗大量铁资源，生产成本高，且在高温情况下使用氯气，设备腐蚀严重。

另一类是以酸洗废液和铁屑为原料的氯气氧化法和氧气氧化法：该法先获得液体三氯化铁，再经蒸发浓缩、冷却，可得到固体三氯化铁。由于酸洗废液中混有杂质，氧气氧化的催化剂带入杂质，液体三氯化铁浓缩、冷却并形成结晶时，杂质进入固体产品，产品的纯度较低。

且传统的固体三氯化铁主要是颗粒状结晶，易潮解，保质期短，环境温度在25℃以下时保质期为一年，25℃以上保质期仅为三个月。

发明内容

基于此，有必要提供一种产品纯度较高、产品保质期相对较长且易于储存运输的三氯化铁的制备方法。

一种块状三氯化铁的制备方法，包括如下步骤：

提供或制备固体氯化亚铁晶体；

向加热至80~90℃的一重量份的水中加入6~7重量份的所述氯化亚铁晶体，使所述氯化亚铁晶体部分溶解，得到氯化亚铁水溶液；

向所述氯化亚铁水溶液中通入氯气进行氧化反应，使反应后溶液中氯化亚铁的质量分数小于0.4％，得到含有三氯化铁的溶液，氧化反应过程中控制反应温度小于80℃；

将所述含有三氯化铁的溶液置于冷却结晶釜中，搅拌冷却至20~30℃后，按照溶液质量的0.8%~2%加入三氯化铁晶种，继续搅拌形成含六水三氯化铁晶体的过饱和溶液；及

将所述含有六水三氯化铁晶体的过饱和溶液置于恒温养晶箱中，在5~10℃下静置5~8小时，形成块状三氯化铁。

在其中一个实施例中，所述四水氯化亚铁晶体是以钢铁酸洗废液为原料，向所述钢铁酸洗废液中加入铁单质，过滤、再经过蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离过程制备得到的四水氯化亚铁晶体。

在其中一个实施例中，所述冷却结晶釜为带搅拌的夹套式冷却结晶釜。

在其中一个实施例中，所述三氯化铁晶种为无水三氯化铁或六水三氯化铁晶体。

在其中一个实施例中，所述恒温养晶箱包括箱体和插板；所述箱体包括方形的底板及沿所述底板的两平行边向一侧垂直延伸形成的侧板，两个所述侧板的内壁开设有沿侧板高度方向延伸的两对插槽，所述底板在对应所述侧板的插槽位置设有两平行插槽，所述底板及所述侧板在所述插槽内设有贯穿插槽的突起；所述插板呈方形，所述插板的三个侧壁设有与所述插槽、所述突起适配的凹槽；所述底板及所述插板可通过所述插槽、所述突起与所述凹槽密封连接形成方形的容置槽。

在其中一个实施例中，所述侧板及所述插板在靠近所述容置槽开口端的位置开设有通风孔。

上述块状三氯化铁的制备方法通过调整冷却结晶和养晶的参数，既可以在5~10℃恒温养晶条件下，也可在较高环境温度下，进行块状三氯化铁的生产。此外，以固体氯化亚铁为原料，避免传统的酸洗废液中杂质混入产品中；以氯气为氧化剂，没有杂质。最终通过养晶可以直接得到块状三氯化铁，其与空气直接接触面积小，可以有效解决三氯化铁易吸潮的问题，增加了产品的保质期，且块状三氯化铁易于储存和运输。

附图说明

图1为一实施方式的块状三氯化铁的制备流程图；

图2为一实施方式的恒温养晶箱的侧视图；

图3为图2中恒温养晶箱的俯视图。

具体实施方式

下面主要结合附图及具体实施例对块状三氯化铁的制备方法作进一步详细的说明。

如图1所示，一实施方式的块状三氯化铁的制备方法，主要包括如下步骤：

步骤S110，提供或制备固体氯化亚铁晶体，并向加热至80~90℃的一重量份的水中加入6~7重量份的固体氯化亚铁晶体，使固体氯化亚铁晶体部分溶解，得到氯化亚铁水溶液。

在本实施方式中，氯化亚铁水溶液中的氯化亚铁原料选用固体四水氯化亚铁晶体，其主要是以钢铁酸洗废液为原料，向所述钢铁酸洗废液中加入铁单质，过滤、再经过蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离过程制备得到。钢铁酸洗废液中含有大量的Fe²⁺、酸以及一些杂质金属离子（如Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Pb⁴⁺等），向钢铁酸洗废液中加入铁皮不仅可以除去多余的酸，还可以使部分杂质金属离子被置换，形成金属单质，可以在过滤后分离，而其他金属离子，如Na⁺、K⁺、Mg²⁺等，在冷却结晶过程中比氯化亚铁溶解度大而不形成结晶，离心分离后留在母液中。

在其他实施方式中，氯化亚铁原料还可以为其他形式的氯化亚铁，如纯度较高的氯化亚铁溶液等。

固体氯化亚铁晶体与水的重量比为6~7:1，可以使得当氯化亚铁氧化后得到的溶液中三氯化铁的质量分数为57%~62%，经过后续的冷却结晶过程可以相对容易得到三氯化铁的过饱和溶液。氯化亚铁氧化为三氯化铁，一方面三氯化铁溶解度大于氯化亚铁，另一方面氧化反应热使溶液温度升高，三氯化铁溶解度增大，使氯化亚铁氧化为三氯化铁的同时，形成三氯化铁饱和溶液。

步骤S120，向上述氯化亚铁水溶液中通入氯气进行氧化反应，控制反应后溶液中氯化亚铁的质量分数小于0.4%，得到三氯化铁溶液，氧化反应过程中控制反应温度小于80℃。

使用氯气进行氧化不会引入杂质，产品的纯度高。反应过程中可以利用反应放热的特性，自动升温，但需要控制温度小于一定的温度，如80℃，以降低高温氯气对设备的腐蚀。

步骤S130，将上述三氯化铁溶液置于冷却结晶釜中，搅拌冷却至20~30℃后，按照溶液中三氯化铁质量的0.8%~2%加入晶种，继续搅拌形成含六水三氯化铁晶体的过饱和溶液。

在本实施方式中，冷却结晶釜选用以水为制冷剂的带搅拌的夹套式冷却结晶釜，可以直接应用于工业生产。加入的晶种可以为无水三氯化铁或六水三氯化铁晶体。

步骤S140，将上述含有六水三氯化铁晶体的过饱和溶液置于恒温养晶箱中，在5~10℃下静置5~8小时，形成块状块状三氯化铁。

养晶过程在恒温库中进行，环境温度对块状的固体三氯化铁的形成速度、产品的外观影响很大，环境温度过低，形成固体速度过快，但固体松散易碎；温度过高，形成固体速度慢，固体密实，但水溶速度慢，后续使用不便。因此，在本实施方式中，养晶过程的温度控制在5~10℃。当室外环境温度低于10℃时，养晶过程可以直接在室外进行，不需要使用恒温库；当室外温度较高时，可以通过调整冷却结晶的参数，在常温养晶条件下，获得块状三氯化铁。

制得的块状三氯化铁采用纸箱包装后，便于长距离运输，可用作蚀刻剂、净水剂等。

本实施方式的恒温养晶箱采用特制的可拆卸塑料模具，在恒温库中间隔码放，保证箱体之间通风良好以利于散热。如图2和图3所示，恒温养晶箱200包括箱体210和插板220。其中，箱体210包括方形的底板211及沿底板211的两平行边向一侧垂直延伸形成的侧板212。两个侧板212的内壁开设有沿侧板高度方向延伸的两对插槽213。底板211在对应侧板212的插槽213位置设有两平行插槽214。底板211及侧板212在插槽213、214内设有贯穿插槽的突起215。插板220呈方形。插板220的三个侧壁设有与插槽213、214及突起215适配的凹槽221。底板210及插板220可通过插槽213、214、突起215与凹槽221密封连接形成方形的容置槽。

该恒温养晶箱200可以通过箱体210和插板220配合形成面密封以防止物料渗漏。当恒温养晶箱200中物料形成块状结晶后，可以向上提起插板220，再从原插板220位置取出块状结晶即可，使用方便。此外，侧板210及插板220在靠近容置槽开口端的位置开设有通风孔230，以利于养晶过程中结晶热的散发。

以下为具体实施例部分：

将3.4t四水氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O）投加至氧化反应釜，加入0.5t自来水，然后通入氯气进行氧化。通过反应自热升温，控制温度小于80℃。当反应溶液中氯化亚铁的质量分数小于0.4%时，将反应溶液置于冷却结晶釜中。向冷却结晶釜中通冷却水，搅拌，冷却至25℃后，加入晶种六水三氯化铁，晶种加入量为物料（及溶液中三氯化铁）量的0.8％，继续搅拌冷却至20℃。对物料计量，在每个养晶箱中放入12.5Kg物料，并将养晶箱放入恒温库。在8℃的温度条件下恒温8小时后，形成块状六水三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）的晶体。最后进行脱模、包装，得到块状三氯化铁产品。

块状三氯化铁产品的主要成分按照国家标准GB4482-2006进行测试，结果如表1。

表1产品性能测试结果

项目	氯化亚铁%（wt%）	三氯化铁%（wt%）	水不溶物%（wt%）
				原料（FeCl₂·4H₂O）	57.06	4.67	/
产品（FeCl₃·6H₂O）	0.32	61.79	1.1

经过测试，产品中各项参数符合标准，因此，上述块状三氯化铁生产工艺可以广泛应用于工业生产，特别是钢铁厂，可以在生产钢铁产生的废液下游加入上述块状三氯化铁的生产工艺，直接利用钢铁厂产生的钢铁酸洗废液，节省成本，降低污染，增加原材料的循环利用。

该块状三氯化铁的制备方法通过调整冷却结晶和养晶的参数，缩短了结晶时间，提高了生产过程及产品质量的稳定性，既可以在5~10℃恒温养晶条件下，也可在较高环境温度下，进行块状三氯化铁的生产，因此可以突破传统的三氯化铁只在北方冬天制备的缺陷，在南方较热的气候地区也可以实现长期、大规模生产。此外，以固体氯化亚铁为原料，避免传统的酸洗废液中杂质混入产品中；以氯气为氧化剂，没有杂质。最终通过养晶可以直接得到块状三氯化铁，其与空气直接接触面积小，可以有效解决三氯化铁易吸潮的问题，增加了产品的保质期，且块状三氯化铁易于储存和运输。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供或制备固体氯化亚铁晶体；

向加热至80～90℃的一重量份的水中加入6～7重量份的所述氯化亚铁晶体，使所述氯化亚铁晶体部分溶解，得到氯化亚铁水溶液；

向所述氯化亚铁水溶液中通入氯气进行氧化反应，使反应后溶液中氯化亚铁的质量分数小于0.4%，得到含有三氯化铁的溶液，氧化反应过程中控制反应温度小于80℃；

将所述含有三氯化铁的溶液置于冷却结晶釜中，搅拌冷却至20～30℃后，按照溶液质量的0.8%～2%加入三氯化铁晶种，继续搅拌形成含六水三氯化铁晶体的过饱和溶液；及

将所述含有六水三氯化铁晶体的过饱和溶液置于恒温养晶箱中，在5～10℃下静置5～8小时，形成块状三氯化铁。

2.如权利要求1所述的块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述氯化亚铁晶体是以钢铁酸洗废液为原料，向所述钢铁酸洗废液中加入铁单质，过滤、再经过蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离过程制备得到的四水氯化亚铁晶体。

3.如权利要求1所述的块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述冷却结晶釜为带搅拌的夹套式冷却结晶釜。

4.如权利要求1所述的块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述三氯化铁晶种为无水三氯化铁或六水三氯化铁晶体。

5.如权利要求1所述的块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述恒温养晶箱包括箱体和插板；所述箱体包括方形的底板及沿所述底板的两平行边向一侧垂直延伸形成的侧板，两个所述侧板的内壁开设有沿侧板高度方向延伸的两对插槽，所述底板在对应所述侧板的插槽位置设有两平行插槽，所述底板及所述侧板在所述插槽内设有贯穿插槽的突起；所述插板呈方形，所述插板的三个侧壁设有与所述插槽、所述突起适配的凹槽；所述底板及所述插板可通过所述插槽、所述突起与所述凹槽密封连接形成方形的容置槽。

6.如权利要求5所述的块状三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述侧板及所述插板在靠近所述容置槽开口端的位置开设有通风孔。