CN103991911A - 一种高纯度三氯化铁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高纯度三氯化铁的制备方法，包括以下步骤：将失去活性的铁催化剂与氯化铵按照化学反应的计量比混合加热，加热温度达到115-130℃时停止加热，之后保温21-25min，制得三氯化铁、氨气以及水；反应过程中，氨气和水以气体状态溢出，将氨气和水蒸气通入一定浓度的盐酸中回收氯化铵；三氯化铁经加水溶解和过滤制备成三氯化铁溶液；三氯化铁溶液经加热、沸腾、冷却以及结晶得到高纯度三氯化铁晶体。本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法，工艺简单，操作方便，对失去活性铁催化剂进行回收利用，产品三氯化铁晶体纯度高；铁催化剂回收率高；氯化铵循环使用，生产成本低；反应时间短节省能源，生产效率高。

Description

一种高纯度三氯化铁的制备方法

技术领域

本发明涉及三氯化铁制备方法，更具体地涉及一种铁回收率高、生产成本低的利用失去活性铁催化剂制备高纯三氯化铁的制备方法。 

背景技术

在化工生产中，有些有机合成反应使用铁粉作为催化剂，铁催化剂在使用一定时间后出现“中毒”现象，即铁被氧化生成氧化铁而失去活性，需要更换新的铁催化剂。失去活性的铁催化剂通常采用在一定温度下进行酸浸(如盐酸、硫酸)的方法回收利用。这种方法在反应过程中出现铁“聚合”现象，铁不能与酸完全反应，回收率低(30-40％)，而且会造成二次污染。而且酸浸所用盐酸或者硫酸无法回收利用，生产成本高。 

发明内容

为了克服酸浸方法的不足，本发明提供了一种高纯度三氯化铁的制备方法，同时制备过程中的铵盐可以回收循环利用，并且提高铁的回收率。操作简单，利用铵盐对失去活性铁催化剂进行回收利用，回收率高，制备所得的三氯化铁纯度高。所用铵盐可以回收循环利用，生产成本低。 

本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法，包括以下步骤： 

将失去活性的铁催化剂与铵盐按照化学反应的计量比混合加热，反应制得三氯化铁、氨气以及水； 

其中，混合加热包括：加热温度达到115-130℃时停止加热，之后保持该温度21-25min；在此温度下失去活性的铁催化剂例如含氧化铁97.6％与铵盐例如氯化铵的反应更充分。同时，保持该温度下反应有利于氨气和水蒸气的溢出。 

反应过程中，氨气和水以气体状态溢出，将氨气和水蒸汽通入一定浓度的酸例如盐酸中回收铵盐；使用一定浓度的盐酸溶液进行回收氨气和水蒸气，那么反应生成的氨气和水蒸气不会集聚在反应容器中，影响反应进程。同时将氨气和水蒸气排出也可以加快反应进程。 

反应制得的三氯化铁接着经加水溶解和过滤制备成饱和三氯化铁溶液；最后将饱和三氯化铁溶液经加热、沸腾、冷却以及结晶得到高纯度三氯化铁 晶体。 

优选地，所述三氯化铁晶体为六水三氯化铁。 

优选地，所述铵盐为氯化铵。 

优选地，所述回收铵盐步骤包括：将收集的氨气、水蒸汽通入一定浓度盐酸中生成氯化铵，蒸发氯化铵溶液使其达到饱和状态，溶液冷却后氯化铵从溶液中结晶出来得到氯化铵晶体。 

优选地，所述反应制得的三氯化铁接着经加水溶解和过滤制备成三氯化铁溶液的过程包括如下步骤： 

a、制备三氯化铁溶液 

将所述三氯化铁冷却后，加入盐酸和蒸馏水后搅拌，即得三氯化铁溶液； 

b、过滤三氯化铁溶液 

过滤三氯化铁溶液，并用蒸馏水清洗滤渣3-5次，直至用硝酸银溶液检验滤液中无氯离子，制得饱和三氯化铁溶液。 

优选地，所述饱和三氯化铁溶液经加热、沸腾、冷却以及结晶得到高纯度三氯化铁晶体的过程具体包括以下步骤： 

a、制备三氯化铁晶体 

加热饱和三氯化铁溶液至沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，停止加热，开始搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中作为晶核。停止搅拌溶液冷却至室温，三氯化铁从溶液中结晶出来，制备出三氯化铁晶体； 

b、过滤三氯化铁晶体 

将三氯化铁晶体及溶液过滤，过滤后，得到三氯化铁晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。 

优选地，所述一定浓度的盐酸为摩尔浓度为4-6MOL/L。 

优选地，所述制备三氯化铁溶液所用盐酸为相同体积的水和浓盐酸混合所得，其中所述浓盐酸为市面所售的常规浓盐酸。 

本发明的有益效果是，产品三氯化铁晶体纯度高；铁催化剂回收率高；氯化铵循环使用，生产成本低；反应时间短节省能源，生产效率高；工艺简单，操作方便。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。 

一、本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法的具体实施例 

实施例1 

本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法包括以下步骤： 

(1)制备三氯化铁 

将失去活性的铁催化剂(以氧化铁含量97.6％计)300g及氯化铵415g置于反应容器中，混合均匀，开启加热器加热，当温度计指示至130℃时停止加热，在该温度下保温21min。这一过程中，反应容器中的氧化铁与氯化铵反应生成三氯化铁、氨气、水(蒸汽)。氨气、水(蒸汽)通过导气管进入盛有盐酸的回收氨容器中，氨气与盐酸反应生成氯化铵。化学反应方程式： 

反应容器中的化学反应：Fe₂O₃+6NH₄Cl＝2FeCl₃+6NH₃↑+3H₂O↑ 

回收氨容器中的化学反应：NH₃+HCl＝NH₄Cl 

(2)制备三氯化铁溶液 

将步骤(1)中制备的三氯化铁置于另一个容器中，冷却后加入(1+1)盐酸(即1体积水加入1体积浓盐酸的混合溶液)50mL，加入1000mL蒸馏水，开启搅拌器搅拌溶液，制得三氯化铁溶液，关闭搅拌器停止搅拌溶液。 

(3)过滤三氯化铁溶液 

将步骤(2)中制备三氯化铁溶液置入漏斗中过滤。过滤后，滤液为三氯化铁溶液，漏斗内剩余物为杂质。用蒸馏水洗涤杂质5次，用硝酸银溶液检验滤液无氯离子。 

(4)制备三氯化铁晶体 

开启加热器加热步骤(3)制备的滤液至溶液沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，关闭加热器停止加热，开启搅拌器搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中作为晶核。关闭搅拌器停止搅拌溶液。将溶液冷却至室温，三氯化铁从溶液中结晶出来，制备出三氯化铁晶体。 

(5)过滤三氯化铁晶体 

将步骤(4)中结晶后的三氯化铁晶体及溶液过滤，过滤后，漏斗内得到三氯化铁晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。 

(6)制备氯化铵晶体 

将步骤(1)中的回收氨容器中溶液置于另一个容器中，开启加热器加热至溶液沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，关闭加热器停止加热，开启搅拌器搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中作为晶核，关闭搅拌器停止搅拌溶液，将溶液冷却至室温，氯化铵从溶液中结晶出来制得氯化铵晶体。 

(7)过滤氯化铵晶体 

将步骤(6)中结晶后的氯化铵晶体及溶液过滤，过滤后，漏斗内得到氯化铵晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。 

实施例2 

本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法包括以下步骤： 

(1)制备三氯化铁 

将失去活性的铁催化剂(以氧化铁含量97.6％计)300g及氯化铵415g置于反应容器中，混合均匀，开启加热器加热，当温度计指示至120℃时停止加热，在该温度下保温23min。这一过程中，反应容器中的氧化铁与氯化铵反应生成三氯化铁、氨气、水(蒸汽)。氨气、水(蒸汽)通过导气管进入盛有盐酸的回收氨容器中，氨气与盐酸反应生成氯化铵。化学反应方程式： 

反应容器中的化学反应：Fe₂O₃+6NH₄Cl＝2FeCl₃+6NH₃↑+3H₂O↑ 

回收氨容器中的化学反应：NH₃+HCl＝NH₄Cl 

(2)制备三氯化铁溶液 

将步骤(1)中制备的三氯化铁置于另一个容器中，冷却后加入(1+1)盐酸(即1体积水加入1体积盐酸的混合溶液)50mL，加入1000mL蒸馏水，开启搅拌器搅拌溶液，制得三氯化铁溶液，关闭搅拌器停止搅拌溶液。 

(3)过滤三氯化铁溶液 

将步骤(2)中制备三氯化铁溶液置入漏斗中过滤。过滤后，滤液为三氯化铁溶液，漏斗内剩余物为杂质。用蒸馏水洗涤杂质5次，用硝酸银溶液检验滤液无氯离子。 

(4)制备三氯化铁晶体 

开启加热器加热步骤(3)制备的滤液至溶液沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，关闭加热器停止加热，开启搅拌器搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中 作为晶核。关闭搅拌器停止搅拌溶液。将溶液冷却至室温，三氯化铁从溶液中结晶出来，制备出三氯化铁晶体。 

(5)过滤三氯化铁晶体 

将步骤(4)中结晶后的三氯化铁晶体及溶液过滤，过滤后，漏斗内得到三氯化铁晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。 

(6)制备氯化铵晶体 

将步骤(1)中的回收氨容器中溶液置于另一个容器中，开启加热器加热至溶液沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，关闭加热器停止加热，开启搅拌器搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中作为晶核，关闭搅拌器停止搅拌溶液，将溶液冷却至室温，氯化铵从溶液中结晶出来制得氯化铵晶体。 

(7)过滤氯化铵晶体 

将步骤(6)中结晶后的氯化铵晶体及溶液过滤，得到氯化铵晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。 

二、制备方法的铁催化剂回收率以及三氯化铁晶体纯度的测定 

1)铁催化剂回收率试验 

称量制备的三氯化铁晶体(化学式样FeCl₃·6H₂O)的质量，换算成氧化铁的质量与样品中氧化铁质量的比值作为铁催化剂的回收率，试验数据见表1。 

铁催化剂回收率，数值用％表示，按下式计算： 

$\mathrm{\ω}=\frac{m_{\mathrm{FeCl}3\·6H2O}\×M_{\mathrm{Fe}2O3}}{2\×M_{\mathrm{FeCl}3\·6H2O}\×m}\×100$

式中： 

ω—铁催化剂回收率，％； 

mFeCl₃·6H₂O—三氯化铁晶体的质量，g； 

MFeCl₃·6H₂O—三氯化铁晶体的摩尔质量，g/mol； 

MFe₂O₃—氧化铁的摩尔质量，g/mol； 

m—试样中氧化铁的质量，g 

表1铁催化剂回收率 

由表1可知，本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法，其铁催化剂的平均回收率高达97.3％，远远高于常规酸浸方法中30-40％的回收率。 

(2)三氯化铁晶体纯度的测定 

①试样处理 

用分析天平准确称取三氯化铁晶体(化学式为FeCl₃·6H₂O)4.0740g，置于250mL烧杯中，加入(1+1)硫酸溶液(即1体积水加入1体积硫酸的混合溶液)5mL，蒸馏水100mL溶解三氯化铁晶体，将溶液转移至250mL容量瓶中。烧杯用蒸馏水洗涤5次，洗涤液同样转移至250mL容量瓶中。向容量瓶中加入蒸馏水至刻度线定容，摇匀。此溶液作为待测溶液。 

②三氯化铁晶体含量的测定 

用25mL移液管从250mL容量瓶中准确移取25.00mL待测溶液，置于250mL锥形瓶中。将锥形瓶置于电炉上加热溶液至微沸，滴加5％二氯化锡溶液使锥形瓶中溶液呈淡黄色。向锥形瓶中加蒸馏水使溶液体积至100ml左右，加25％钨酸钠溶液1ml，滴加15％三氯化钛溶液至锥形瓶中的溶液刚出现蓝色，用0.006500mol/L重铬酸钾标准溶液滴定至锥形瓶中溶液无色(不计取读数)。立即加10mL硫酸-磷酸混合溶液(50％硫酸与80％磷酸按体积比1：1混合)，再加4滴0.2％二苯胺磺酸钠指示剂溶液，用0.006500mol/L重铬酸钾标准溶液滴定至稳定的紫蓝色即为终点，记录消耗重铬酸钾标准溶液的体 积。平行测定三次。同时，作空白试验。 

③数据处理 

按三氯化铁晶体含量的计算，以质量百分数表示： 

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FeCl}3\·6H2O}=\frac{6\×M_{\mathrm{FeCl}3\·6H2O}\×C_{K2\mathrm{Cr}2O7}\×(V-V_0)\×{10}^{-3}}{m\×\frac{25}{250}}\×100$

式中： 

ωFeCl₃·6H₂O—三氯化铁晶体的质量分数，％； 

V—滴定试样溶液时消耗重铬酸钾标准溶液的体积，mL； 

V0—滴定空白溶液时消耗重铬酸钾标准溶液的体积，mL； 

CK₂Cr₂O₇—重铬酸钾标准滴定溶液的浓度，mol/L； 

m—试样的质量，g； 

MFeCl₃·6H₂O—三氯化铁晶体的摩尔质量，g/mol； 

25/250—测定溶液的体积与待测溶液总体积的比 

表2产品三氯化铁晶体的纯度 

由表2中可以看出，本发明所述高纯度三氯化铁的制备方法所制备的三氯化铁纯度高达99.8％。 

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。 

Claims (8)

1.一种高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将失去活性的铁催化剂与铵盐按照化学反应的计量比混合加热，反应制得三氯化铁、氨气以及水；

其中，混合加热包括：加热温度达到115-130℃时停止加热，之后保持该温度21-25min；

反应过程中，氨气和水以气体状态溢出，将氨气和水蒸汽通入一定浓度的酸中回收铵盐；

反应制得的三氯化铁接着经加水溶解和过滤制备成饱和三氯化铁溶液；最后将饱和三氯化铁溶液经加热、沸腾、冷却以及结晶得到高纯度三氯化铁晶体。

2.如权利要求1所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述三氯化铁晶体为六水三氯化铁。

3.如权利要求1所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述铵盐为氯化铵。

4.如权利要求1所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述回收铵盐步骤包括：将收集的氨气、水蒸汽通入一定浓度盐酸中生成氯化铵，蒸发氯化铵溶液使其达到饱和状态，溶液冷却后氯化铵从溶液中结晶出来得到氯化铵晶体。

5.如权利要求1所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述反应制得的三氯化铁接着经加水溶解和过滤制备成三氯化铁溶液的过程包括如下步骤：

a、制备三氯化铁溶液

将所述三氯化铁冷却后，加入盐酸和蒸馏水后搅拌，即得三氯化铁溶液；

b、过滤三氯化铁溶液

过滤三氯化铁溶液，并用蒸馏水清洗滤渣3-5次，直至用硝酸银溶液检验滤液中无氯离子，制得饱和三氯化铁溶液。

6.如权利要求1所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述饱和三氯化铁溶液经加热、沸腾、冷却以及结晶得到高纯度三氯化铁晶体的过程具体包括以下步骤：

a、制备三氯化铁晶体

加热饱和三氯化铁溶液至沸腾蒸发溶剂，当液面出现晶膜时，停止加热，开始搅拌溶液，使晶膜分散到溶液中作为晶核。停止搅拌溶液冷却至室温，三氯化铁从溶液中结晶出来，制备出三氯化铁晶体；

b、过滤三氯化铁晶体

将三氯化铁晶体及溶液过滤，过滤后，得到三氯化铁晶体，滤液保留与其它同样滤液一起再蒸发结晶。

7.如权利要求4所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述一定浓度的盐酸为摩尔浓度为4-6MOL/L。

8.如权利要求5所述高纯度三氯化铁的制备方法，其特征在于，所述制备三氯化铁溶液所用盐酸为相同体积的水和浓盐酸混合所得，其中所述浓盐酸为市面所售的常规浓盐酸。