CN1110475A - 氯化铁的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及只用盐酸作为氯的来源以制备氯化
铁。本发明的方法包括用盐酸与氧将氯化亚铁氯氧
化成氯化铁，然后将一部分氯化铁循环与铁反应，将
氯化铁转化成氯化亚铁。
Description
本发明涉及一种制备氯化铁的方法，更具体地讲，本发明涉及一种在水处理中用作絮凝剂的氯化铁水浓溶液的制备方法。
经典的制备氯化铁溶液的方法是第一步用HCl与铁作用，生成氯化亚铁：
然后，通过氯化作用将上面得到的氯化亚铁转化成氯化铁：
氯化铁的浓度是35-45%（重量）。
以该申请人名义申请的欧洲专利EP 340069、EP 340070和EP 340071中描述过这种方法。
还可以回收清洗液，这些清洗液是由稀氯化亚铁和盐酸组成。因为氯化铁溶液加热时会分解，所以不可能将其溶液浓缩。因此要对浓的氯化亚铁溶液进行氯化。例如，为了制取40%（重量）氯化铁溶液，若只是加氯时，则应使用34.25%（重量）氯化亚铁溶液。这样，这需要首先用铁粉与盐酸反应，将其浓缩，然后用氯气将其氯化成氯化铁。在US 4066748中描述过这种方法。US 2096855描述过由铁和氯而不用盐酸制备氯化铁。氯化亚铁与氯气反应生成氯化铁，将一部分氯化铁循环与铁反应，其反应如下：
所有这些方法都必须使用氯气。
本发明涉及一种制备氯化铁的方法，该方法使用铁和仅使用盐酸作为氯的来源。盐酸是许多有机合成的副产物，此外，盐酸比气态或液态氯更容易存放，使用起来也更方便。
本发明的原理是通过用HCl和O2或空气进行氯氧化作用将氯化亚铁转化成氯化铁：
再使2摩尔氯化铁循环使用以便将铁转化成氯化亚铁，其反应为：
用盐酸与氧将氯化亚铁进行氯氧化的反应原理是已知的，但其目的不是制备能处理水的氯化铁。
例如，US 3682592描述过含氯化亚铁、盐酸和许多杂质的清洗液的处理。在氯氧化后得到的溶液在250°F以上分解以便得到铁的氧化物和盐酸气。然后用水吸收这种盐酸，得到新的清洗液。这样可以将废清洗液中几乎全部的氯加以回收。优选地，在诸如氯化铜和氯化铵之类的催化剂存在下，待氯氧化的氯化亚铁浓度为22%（重量）时进行该反应。这与本发明的目的毫不相关，本发明中氯化亚铁溶液纯度应尽可能高，并且应充分被浓缩，以便使氯化铁溶液的浓度达到35-45%（重量）。氯氧化清洗液不能制备水处理所要求的足够纯度与浓度的氯化铁溶液。
在现有技术中，US 4066748指出应首先除去清洗液中的盐酸，将其浓缩，然后氯化，得到能用于水处理的氯化铁。
本发明的目的是一种用盐酸和铁制备氯化铁的方法，其特征在于：
a）使氯化亚铁与盐酸和氧发生反应，直至盐酸基本消耗完，
b）让一部分（ⅰ）由步骤a）得到的溶液与铁反应，以便将氯化铁和铁转化成氯化亚铁，再将这种溶液循环到步骤a），
c）另一部分（ⅱ）由步骤a）得到的溶液（该溶液主要由氯化铁组成，并可能含有氯化亚铁）可能需要与氧和足够量的盐酸反应以便将氯化亚铁转化成氯化铁。
至于“氧”，人们还可理解为空气、富含氧的空气或含氧的气体。
氯化亚铁可在HCl介质中用O2或空气将其转化成氯化铁：
氧化作用可在压力1-20绝对巴下进行，而使用空气时最好使用更高的压力以便达到有效的氧分压。
使用的氧或空气应较好地分散在溶液中，如采用快速搅拌系统，以保证使两相间的接触面积大。
氧化的最佳温度取决于使用的压力。在大气压下，其温度优选为90-100℃，在较高的压力下，其温度可增加直至150℃。可以采用较低的温度，但这样会降低反应速度。
在步骤a）中，可调节将氯化亚铁转化成氯化铁时供给的氯的盐酸的量。在步骤a）结束时，有利地是转化全部的盐酸，这样，步骤b）中使用的氯化铁溶液与铁反应时就不会放出氢气。
氧化反应速度与氯化亚铁浓度的二次方成正比，最好按两步，甚至三步进行转化，这样就不用使用过大体积的反应器。
如果在步骤a）结束时还有未转化成氯化铁的氯化亚铁，则在步骤c）中进行另一次氯氧化。
调整盐酸用量，以使得到的氯化铁不含氯化亚铁和盐酸。
由步骤a）循环过来的溶液中的氯化铁在步骤b）中与铁作用。其反应如下：
因此，这样制备氯化铁的过程中，不会产生氢气，也不会引起由气体而产生的气泡。
采用高温、高浓度氯化铁和提高铁的表面积有利于氯化铁与铁的反应。
这一反应可在20～100℃的温度下进行，较高的温度有利于提高反应速度，但是这又会造成的水蒸汽压力增高，因而可生成气泡。反应温度优选为40-70℃。
有利地，从反应器出来的“铁的浓度”不要超过在操作温度下氯化亚铁的溶解度。因此，反应温度为40-70℃时，加入到反应器中的氯化铁的浓度应该在30-45%（重量）之间，优选为35-40%（重量）之间。
在将氯化亚铁溶液输送到步骤a）之前，最好过滤此溶液，以除去可能悬浮在溶液中的铁的细小颗粒。这些细小铁颗粒在氧化时可能与加入的HCl反应生成氢，氢与氧接触会产生爆炸。过滤还能除去可能悬浮在溶液中的杂质。
实施例
实施例1
向1升反应器中装入500克尺寸约为2-3厘米的铁片。这些铁占体积约为400厘米3。通过在该反应器夹套中循环载热流体使反应器加热到60℃。
然后，往该反应器中加入700克浓度为35%（重量）的FeCl3溶液（约500厘米3），并用蠕动泵以流量为8升/小时的速度使这些FeCl3溶液循环通过反应器。
这种操作对一批料进行1小时。在反应过程中取出溶液试样进行分析，并计算出FeCl3向FeCl2转化的转化率。所得结果列如下：
时间，分 转化率，%
5 54
15 83
20 93
30 96
60 99.5
该反应在1小时后几乎完全。所制得的氯化亚铁浓度为39%（重量）。
实施例2
重复实施例1，但本实施例的反应温度为95℃，FeCl3溶液浓度为41%（重量）。
得到的结果如下：
时间，分 转化率，%
5 90
15 98.5
30 99.5
60 99.9
该反应比在60℃时快得多;在约15分钟后结束其反应。得到的氯化亚铁浓度为45%（重量），在室温下有少量结晶。
实施例3
实施例2得到的氯化亚铁于80℃在précouche de clarcel上过滤，除去呈悬浮状态的细颗粒。回收滤液，并将700克（500厘米3）滤液装入第二个反应器中。该反应器带有夹套、烧结玻璃底，在反应器底部有一气体进口、在反应上面有一水冷凝器、还有一插入反应介质中的热电偶。该反应器由夹套中循环的载热流体加热。
向氯化亚铁中加入245克37%的HCl。所得溶液的铁的浓度为14.5%。
氧压为1.1巴，并且以100升/小时的流量从反应器底部通氧。氧经过烧结玻璃，能非常好地分散在氯化亚铁溶液中。将反应器的温度保持在95℃。
FeCl2的氧化以间歇方式进行，并在反应过程中取样进行分析，计算出转化率。所得结果如下：
时间，分 转化率，%
15 52.5
30 70
60 83
120 91
240 96
360 98
480 99
所得FeCl3溶液浓度为42%。
实施例4
重复实施例3，但本实施例使用较稀的FeCl2溶液（20%），其中加入106克浓度为37%的HCl。
所得结果如下：
时间，分 转化率，%
30 54.5
60 70.5
120 82.5
240 90.5
360 93.5
480 95
由此可看出，氧化速度在稀溶液中要慢得多。
Claims (1)
1、由盐酸和铁制备氯化铁的方法，其特征在于：
a)让氯化亚铁与盐酸和氧反应，直至盐酸基本消耗完，
b)让一部分(i)由步骤a)得到的溶液与铁反应以便将氯化铁和铁转化成氯化亚铁，这一溶液再循环到步骤a)，
c)另一部分(ii)由步骤a)得到的主要由氯化铁组成并可能含有氯化亚铁的溶液可能需要与氧和足够量的盐酸进一步反应，以便将氯化亚铁转化成氯化铁。
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