CN109665569A - 一种以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法 - Google Patents

一种以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法 Download PDF

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张金
陈俊
邱健亭
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Abstract

本发明属于化工废弃物资源化利用技术领域，涉及一种以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备水处理剂聚合硫酸铁的方法。本专利采用废酸提浓过程中的副产物一水硫酸亚铁、七水硫酸亚铁两种硫酸亚铁为原料，加入适量的水，以亚硝酸钠胶囊为催化剂催化氧化制备聚合硫酸铁液体。本发明充分利用钛白粉废酸提浓中的副产物一水硫酸亚铁与传统工艺副产的七水硫酸亚铁为原料进行反应，在不需要单独加酸的条件下，使用少量催化剂即可高效快速生产出一级品聚合硫酸铁，显著提高了副产物资源化利用率与经济效益。

Description

一种以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法
技术领域
本发明属于化工废弃物再利用技术领域，涉及使用钛白粉生产废酸提浓过程中的副产物一水硫酸亚铁制备水处理剂聚合硫酸铁的制备工艺。
背景技术
聚合硫酸铁是一种性能优越的无机高分子混凝剂，形态性状是淡黄色无定型粉状固体，极易溶于水，10％(质量)的水溶液为红棕色透明溶液，吸湿性。聚合硫酸铁广泛应用于饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理。
传统的钛白粉生产过程中有许多副产物产生，其中有大量的七水硫酸亚铁生成。工厂常用钛白粉生产过程中的副产物七水硫酸亚铁与废酸催化氧化制备聚合硫酸铁，实现经济效益的最大化。目前有钛白粉生产企业为了提高硫酸的利用率，开始使用废酸提浓工艺，将硫酸浓度由20％提升到80％。该废酸提浓过程导致生产过程中的副产物硫酸亚铁以一水硫酸亚铁的形式出现。该一水硫酸亚铁含酸量较多，不能生产出合格的聚合硫酸铁。同时该一水硫酸亚铁颗粒表面结合少量难溶硫酸铁(Fe2(SO4)3)，导致其难溶于水。
现有专利号CN105129867A公布了一种利用硫酸废液制备聚合硫酸铁的方法，但是该方法没有涉及钛白粉副产物一水硫酸亚铁作为反应原料。
现有专利号CN109081382A公布了一种聚合硫酸铁的加工工艺，该方法的硫酸亚铁为钛白粉副产物，但该方法只涉及七水硫酸亚铁为原料且要单独加酸。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本专利采用废酸提浓过程中的副产物一水硫酸亚铁、七水硫酸亚铁两种硫酸亚铁为原料，加入适量的水，以亚硝酸钠为催化剂催化氧化制备聚合硫酸铁液体。该聚合硫酸铁发明是通过下述技术方案得以实现的：
(1)称取一定量的副产物一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁固体，投入反应釜内；然后按比例将一定量的水加入反应釜内，密闭反应釜，升温到40-50℃对一水硫酸亚铁搅拌分散，同时溶解七水硫酸亚铁；
(2)打开反应釜加入装有亚硝酸钠的催化剂胶囊，立即密封反应釜，同时向反应釜充入一定量的氧气使反应釜内压力升高至预设值。
(3)打开搅拌和加热，使反应釜内温度维持在一定范围内，反应40分钟后再次充入氧气继续反应30-50分钟。
(4)反应终止后对反应釜进行卸压处理，取出样品并进行分析测试。
步骤(1)中，所述的一水硫酸亚铁固体和七水硫酸亚铁固体均为钛白粉生产过程中的副产物，其中一水硫酸亚铁固体含有一定的硫酸，一水硫酸亚铁固体表面含有少量难溶的硫酸铁。
步骤(1)中，所述的一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量比为1:0.6-1.6，水的质量与一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量之和的比为1:1.5-2.0。
步骤(1)中，搅拌分散的速率为400-800转/分钟，分散的时间不低于30分钟。
步骤(2)中，催化剂加入量为一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量之和的0.8-1.2％，所述胶囊为淀粉胶囊。
步骤(2)和步骤(3)中，氧气充入后压力为2.0-2.4MPa。
步骤(3)中，搅拌速率为800-1200转/分钟，温度维持在80-90℃，当温度突破90℃时立即冷却。
步骤(4)中，判定反应终止的标志为压力不变且保持30分钟；样品的分析测定参照GBT14591-2016。
本发明的有益效果为：
本发明充分利用钛白粉废酸提浓中的副产物一水硫酸亚铁与传统工艺副产的七水硫酸亚铁为原料进行反应，在不需要单独加酸的条件下，使用少量催化剂即可高效快速生产出一级品聚合硫酸铁，大大提升了副产物的经济效益。
具体实施方式
以下为本发明的较佳实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。
实施例1：
将97.2g副产一水硫酸亚铁固体和97.2g七水硫酸亚铁固体一起投入反应釜中，量取123mL水倒入反应釜。密闭反应釜升温至40℃，打开搅拌保持转速为400转/分钟，对反应釜内原料进行30分钟分散和预溶。分散与预溶完毕后打开反应釜加入2.0g亚硝酸钠(亚硝酸钠提前装入淀粉胶囊内)，并立即密封反应釜。向反应釜充入氧气使反应釜内压力升高至2.0MPa。打开搅拌，转速为1000转/分钟，打开加热，使温度维持在80-90℃，当温度超过90℃及时冷却。反应进行40分钟后反应压力降至1.0MPa，再次充入氧气使压力维持在2.0MPa；继续反应50分钟后，压力维持在1.6MPa且不再下降，在该压力条件下继续反应30分钟停止反应，取样并分析。
实施例1反应总耗时120分钟。研究结果见表1。
实施例2：
将64.8g副产一水硫酸亚铁固体和102g七水硫酸亚铁固体一起投入反应釜中，量取84mL水倒入反应釜。密闭反应釜升温至50℃，打开搅拌保持转速为500转/分钟，对反应釜内原料进行30分钟分散、预溶。分散与预溶完毕后打开反应釜加入1.5g亚硝酸钠(亚硝酸钠提前装入淀粉胶囊内)，并立即密封反应釜。向反应釜充入氧气使反应釜内压力升高至2.4MPa。打开搅拌，转速为1200转/分钟，打开加热，使温度维持在80-90℃，当温度超过90℃及时冷却。反应进行40分钟后反应压力降至0.8MPa，再次充入氧气使压力维持在2.4MPa；继续反应30分钟后，压力维持在1.8MPa且不再下降，在该压力条件下继续反应30分钟停止反应，取样并分析。
实施例2反应总耗时100分钟。研究结果见表1。
实施例3：
将97.5g副产一水硫酸亚铁固体和112.5g七水硫酸亚铁固体一起投入反应釜中，量取123mL水倒入反应釜。密闭反应釜升温至50℃，打开搅拌保持转速为600转/分钟，对反应釜内原料进行30分钟分散、预溶。分散与预溶完毕后打开反应釜加入2.0g亚硝酸钠(亚硝酸钠提前装入淀粉胶囊内)，并立即密封反应釜。向反应釜充入氧气使反应釜内压力升高至2.2MPa。打开搅拌，转速为1200转/分钟，打开加热，使温度维持在80-90℃，当温度超过90℃及时冷却。当反应进行40分钟后反应压力降至0.9MPa，再次充入氧气使压力维持在2.2MPa；继续反应40分钟后，压力维持在1.8MPa且不再下降，在该压力条件下继续反应30分钟停止反应，取样并分析。
实施例3反应总耗时110分钟。研究结果见表1。
实施例4：
将97.2g副产一水硫酸亚铁固体和64.8g七水硫酸亚铁固体一起投入反应釜中，量取105mL水倒入反应釜。密闭反应釜升温至50℃，打开搅拌保持转速为600转/分钟，对反应釜内原料进行30分钟分散、预溶。分散与预溶完毕后打开反应釜加入1.6g亚硝酸钠(亚硝酸钠提前装入淀粉胶囊内)，并立即密封反应釜。向反应釜充入氧气使反应釜内压力升高至2.1MPa。打开搅拌，转速为1000转/分钟，打开加热，使温度维持在80-90℃，当温度超过90℃及时冷却。当反应进行40分钟后反应压力降至1.1MPa，再次充入氧气使压力维持在2.1MPa；继续反应50分钟后，压力维持在1.7MPa且不再下降，在该压力条件下继续反应30分钟停止反应，取样并分析。
实施例4反应总耗时120分钟。研究结果见表1。
对比实施例：
对比实施例为传统的七水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁。
将235g七水硫酸亚铁固体一起投入反应釜中，量取39mL的20％废酸倒入反应釜。密闭反应釜升温至40℃，打开搅拌保持转速为600转/分钟，对反应釜内原料进行30分钟预溶。预溶完毕后打开反应釜加入2.0g亚硝酸钠(亚硝酸钠提前装入淀粉胶囊内)，并立即密封反应釜。向反应釜充入氧气使反应釜内压力升高至2.0MPa。打开搅拌，转速为1000转/分钟，打开加热，使温度维持在80-90℃，当温度超过90℃及时冷却。反应40分钟后反应吸收氧气使压力降至0.9MPa，再次充入氧气使压力维持在2.0MPa，继续反应40分钟后，压力在1.8MPa且不再下降，在该压力条件下继续反应30分钟后，停止反应，取样并分析。反应总耗时为110分钟。研究结果见表1。
表1研究结果：

Claims (8)

1.一种以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取一定量的副产物一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁固体，投入反应釜内，按比例加入一定量的水；密闭反应釜，升温到40-50℃对一水硫酸亚铁搅拌分散，同时溶解七水硫酸亚铁；
(2)打开反应釜加入装有亚硝酸钠催化剂胶囊，立即密封反应釜，同时向反应釜充入一定量的氧气使反应釜内压力升高至预设值；
(3)打开搅拌和加热，使反应釜内温度维持在一定范围内，反应40分钟后再次充入氧气继续反应30-50分钟；
(4)反应终止后对反应釜进行卸压处理，取出样品并进行分析测试。
2.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的一水硫酸亚铁固体和七水硫酸亚铁固体均为钛白粉生产过程中的副产物，其中一水硫酸亚铁固体含有一定的硫酸，一水硫酸亚铁固体表面含有少量难溶硫酸铁(Fe2(SO4)3)。
3.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量比为1:0.6-1.6；水的质量与一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量之和的比为1:1.5-2.0。
4.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌分散的速率为400-800转/分钟，分散的时间不低于30分钟。
5.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(2)中，催化剂加入量为一水硫酸亚铁和七水硫酸亚铁质量之和的0.8-1.2％；所述胶囊为淀粉胶囊。
6.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中，氧气充入后压力为2.0-2.4Mpa。
7.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(3)中，搅拌速率为800-1200转/分钟，反应温度维持在80-90℃，温度突破90℃时立即冷却。
8.根据权利要求1所述的以钛白粉副产物一水硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于，步骤(4)中，判定反应终止的标志为压力不变且保持30分钟；样品的分析测定参照GBT14591-2016。
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