CN110092426A - 一种纳米硫化亚铁的合成方法及其在冶炼污酸除砷中的应用 - Google Patents

一种纳米硫化亚铁的合成方法及其在冶炼污酸除砷中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米硫化亚铁的合成方法，由以下步骤组成：硫磺放入到有机溶剂中，搅拌加热致60‑80℃致硫磺溶解，有机溶剂中硫磺含量45‑55g/L，向有机溶剂中加入铁粉，持续加热搅拌，保持机溶剂60‑80℃3.5‑4.5H，让机溶剂的Fe和S充分反映生成FeS，冷却有机溶剂，过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为92‑94%，颗粒直径为10‑30um。比液相中用可溶性盐类合成得到的纳米硫化亚铁生产成本低得多。以有效硫计，吨成本比现在的工业硫化碱还低，为工业化应用提供了便利条件。

Description

一种纳米硫化亚铁的合成方法及其在冶炼污酸除砷中的应用
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域 、具体涉及一种纳米硫化亚铁的合成方法及其在冶炼污酸除砷中的应用。
背景技术
在加工高硫原油的炼厂生产过程中，由于原油中溶解有较多单质硫，加热的原油与钢铁设备接触，在石油炼制塔设备内表面及内填料都会产生硫化亚铁，这种硫化亚铁 具有纳米结构，属于纳材料。特性是着火点低，在停工维修过程中，石油炼制塔设备内表面及填料与氧接触，加上光照使其温度上升，容易造成自燃。
而在现有冶炼污酸除砷净化行业中，普遍采用工业硫化碱作为硫化剂初步除砷，后再加入硫酸亚铁暴气氧化深度净化除砷。但此方法会在处理过程中生成大量的硫酸钠，使得处理后的废水不能循环利用，也不能直接排放，造成很大的环保压力。同时，硫化碱极易与污酸直接反应放出硫化氢气体，除了浪费还留下了安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种纳米硫化亚铁的合成方法及其在冶炼污酸除砷中的应用，以达到生产一种廉价的纳米硫化亚铁，及其冶炼污酸的除砷应用、使得处理后的废水能循环利用，也能直接排放。
本发明采用下述技术方案：一种纳米硫化亚铁的合成方法，由以下步骤组成：
（1）硫磺放入到有机溶剂中，搅拌加热致60-80℃致硫磺溶解，有机溶剂中硫磺含量45-55g/L，
（2）向有机溶剂中加入铁粉，持续加热搅拌，保持机溶剂60-80℃3.5-4.5H，让机溶剂的Fe和S充分反映生成FeS。
（3）冷却有机溶剂，过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为92-94%，颗粒直径为10-30um。
所述铁粉的含铁量为98%。
硫磺放入到有机溶剂中溶解后，有机溶剂中硫磺含量50g/L。
过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为93.26%。
一种纳米硫化亚铁其在冶炼污酸除砷中的应用，搅拌冶炼产生的污酸，加入纳米硫化亚铁到ORP为10mv为止，继续搅拌10-20 分钟，过滤得到硫化砷渣。
利用对单质硫溶解度较大，沸点高，低毒，不燃烧的有机溶剂作溶剂，加温溶解一定量的硫磺后与单质铁反应生成硫化亚铁。得到的硫化亚铁去除溶剂后保存在水中，以水混合物的形式加入待处理污酸中，至一定氧化还原电位后，污酸中的砷、铜、鋸等重金属绝大部分以硫化物形式除去，进入溶液的铁离子及溶液中微量的重金属离了在下一步氧化中和深度净化过程中除去，得到的净化污水可以达标排放或循环使用。
本发明的优点在于：
1.生产成本低：比液相中用可溶性盐类合成得到的纳米硫化亚铁生产成本低得多。以有效硫计，吨成本比现在的工业硫化碱还低，为工业化应用提供了便利条件。
2.净化效果好：加入与污酸中重金属等当量的纳米硫化亚铁反应后，剩下的重金属离子浓度小于20mg/L。 (硫化碱加入过量200%后，剩下的重金属离子浓度通常不小于100mg/L)。
3.安全环保：利用本方法生产纳米硫化亚铁，生产过程中无三废排放，使用时优先与污酸中的重金属离了反应生成硫化物沉淀，加入过量之前无硫化氢气体放出。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为Fe-As-S系的E-pH关系图（a=1，T=25℃）。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
一种纳米硫化亚铁的合成方法，由以下步骤组成：
（1）硫磺放入到有机溶剂中，搅拌加热致60-80℃致硫磺溶解，有机溶剂中硫磺含量45-55g/L，
（2）向有机溶剂中加入铁粉，持续加热搅拌，保持机溶剂60-80℃3.5-4.5H，让机溶剂的Fe和S充分反映生成FeS。
（3）冷却有机溶剂，过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为92-94%，颗粒直径为10-30um。
所述铁粉的含铁量为98%。
硫磺放入到有机溶剂中溶解后，有机溶剂中硫磺含量50g/L。
过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为93.26%。
一种纳米硫化亚铁其在冶炼污酸除砷中的应用，搅拌冶炼产生的污酸，加入纳米硫化亚铁到ORP为10mv为止，继续搅拌10-20 分钟，过滤得到硫化砷渣。
利用对单质硫溶解度较大，沸点高，低毒，不燃烧的有机溶剂作溶剂，加温溶解一定量的硫磺后与单质铁反应生成硫化亚铁。得到的硫化亚铁去除溶剂后保存在水中，以水混合物的形式加入待处理污酸中，至一定氧化还原电位后，污酸中的砷、铜、鋸等重金属绝大部分以硫化物形式除去，进入溶液的铁离子及溶液中微量的重金属离了在下一步氧化中和深度净化过程中除去，得到的净化污水可以达标排放或循环使用。
如图1所示，本发明所述的把50g硫磺加入到1升特定的有机溶剂中，搅拌加热到60-80℃,待硫磺全部溶解后。加入铁粉(金属铁含量98) 60g，保持上述温度搅拌反应4小时，冷却后滤去有机溶剂，得到纳米硫化亚铁，其FeS含量为93.26%，颗粒直径为10-30um。
把冶炼污酸(其中As 20.56g/L，Cu 3.12g/L，Cd 0.76g/L，H2SO4 125.36g/L) 2升加入到烧杯中，搅拌，加入上述制得的纳米硫化亚铁到ORP为10mv为止，继续搅拌10 分钟，过滤，滤液成分为As13mg/L，Cu 0.12 mg/L, Cd 0.19 mg/L，H2SO4 121.41g/L整个反应过程无硫化氢气体放出。
除砷过成中铁盐凝聚作用是不容忽视的，如图2所示，固相分析表明，FeS除As( V )随着在空气中放置时间的延长,除砷效果增加。由于AS（V）与FeS发生了氧化还原作用，生成了 As2S3，同时也提高了生成Fe(OH)3的速率，使凝聚除砷效果大大提高。此外FeAsO4,As2S3,Fe(OH)3，S等沉淀的生成互相促进，提髙了反应速率。
此外，在除砷过程中，发生的砷、硫，铁的有关的氧化还原反应和沉淀反应对废水的 pH 值起到了中和调节作用（以上反应大都消耗H+），这是反应出水的pH维持在中性范围的主要原因。
因此，用FeS处理含砷废水不会产生有毒的AsH3。
FeS除砷是由五个共存的反应综合的结果，即：沉淀、沉淀转化、氧化-还原、吸附共沉淀和中和等五个作用。
生产成本低：比液相中用可溶性盐类合成得到的纳米硫化亚铁生产成本低得多。以有效硫计，吨成本比现在的工业硫化碱还低，为工业化应用提供了便利条件。
净化效果好：加入与污酸中重金属等当量的纳米硫化亚铁反应后，剩下的重金属离子浓度小于20mg/L。 (硫化碱加入过量200%后，剩下的重金属离子浓度通常不小于100mg/L)。
安全环保：利用本方法生产纳米硫化亚铁，生产过程中无三废排放，使用时优先与污酸中的重金属离了反应生成硫化物沉淀，加入过量之前无硫化氢气体放出。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式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，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种纳米硫化亚铁的合成方法，其特征在于，由以下步骤组成：
（1）硫磺放入到有机溶剂中，搅拌加热致60-80℃致硫磺溶解，有机溶剂中硫磺含量45-55g/L，
（2）向有机溶剂中加入铁粉，持续加热搅拌，保持机溶剂60-80℃3.5-4.5H，让机溶剂的Fe和S充分反映生成FeS，
（3）冷却有机溶剂，过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为92-94%，颗粒直径为10-30um。
2.如权利要求1所述的一种纳米硫化亚铁的合成方法，其特征在于，所述铁粉的含铁量为98%。
3.如权利要求2所述的一种纳米硫化亚铁的合成方法，其特征在于，硫磺放入到有机溶剂中溶解后，有机溶剂中硫磺含量50g/L。
4.如权利要求2所述的一种纳米硫化亚铁的合成方法，其特征在于，过滤等到纳米硫化亚铁，其FeS含量为93.26%。
5. 一种纳米硫化亚铁其在冶炼污酸除砷中的应用，其特征在于，搅拌冶炼产生的污酸，加入纳米硫化亚铁到ORP为10mv为止，继续搅拌10-20 分钟，过滤得到硫化砷渣。
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