CN111646517B - 一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法和装置，方法包括以下步骤：1)将氨法脱硫废液过滤除去其中的固体颗粒，并将过滤后的液体送至容器中；2)将容器中加入一定量的铁盐，并搅拌均匀得到混合溶液；3)加入一定量的氨水，经过搅拌得到黑色沉淀；4)利用磁选分离技术获得磁性产物即为四氧化三铁。本发明将氨法脱硫废液的资源化利用与具有高附加值的磁性四氧化三铁制备工艺相结合，不仅实现了氨法脱硫废液的资源化利用，得到了可作为氮肥的硫酸铵溶液，还获得了以四氧化三铁为主的磁性材料。通过以上资源化技术，可间接降低反应的运行成本。

Description

一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法和装置
技术领域
本发明涉及磁性材料的制备领域，具体涉及一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法和装置。
背景技术
磁性四氧化三铁在工业上有极大的应用前景。磁性四氧化三铁因其物料性质稳定、微粒尺寸小、比表面积大及其光学特性，而在生物医药、磁性液体、催化剂载体、微波吸波材料等方面得到了广泛应用并取得极大进展。磁性四氧化三铁的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等，但物理方法所制备的样品颗粒存在产品纯度不高、易被氧化等弊端而在工业生产和实验方面很少应用。目前被普遍应用的是化学方法，包括共沉淀法、微乳液法、分解法、水热法等。
而氨法脱硫废液是焦炉煤气在氨法脱硫过程中伴随产生的废液，而氨法脱硫废液需要通过结晶法或者膜分离法或者萃取法或者氧化法以及吸附法进行提出盐分，作为化肥原料使用。上述四氧化三铁磁性材料的制作以及氨法脱硫废液的处理属于不同类的资源，需要分别单独进行处理，成本较高。因此，需要利用资源化技术将二者结合利用，以降低运行的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法，以实现磁性材料制作以及氨法脱硫废液二者资源整合利用以降低运行成本的目标；同时，本发明的目的还在于提供一种实施上述方法的利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置。
为实现上述目的，本发明的一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法采用如下技术方案：一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法，包括以下步骤：
1)将氨法脱硫废液过滤除去其中的固体颗粒，并将过滤后的液体送至容器中；
2)将容器中加入一定量的铁盐，并搅拌均匀得到混合溶液；
3)加入一定量的氨水，经过搅拌得到黑色沉淀；
4)利用磁选分离技术获得磁性产物即为四氧化三铁。
在步骤2)中铁盐的用量取决于铁元素与氨法脱硫废液中亚硫酸根离子二者的物质的量比，该比例为3-8。
在步骤3)中，氨水的加入量取决于混合溶液的PH值，加入氨水后，使整体混合溶液的PH值位于6-11之间。
本发明的一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置采用如下技术方案：一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置，包括氨法脱硫废液过滤系统、铁源溶液配制系统、碱性溶液配制系统和磁性材料选择系统；
氨法脱硫废液过滤系统包括固液分离器，固液分离器连通有第一管道，第一管道上设置有第一泵；
铁源溶液配制系统包括用于盛放铁盐的储盐罐，还包括第一储液罐，储盐罐与第一储液罐之间设置有第一输送机用于将铁盐输送至第一储液罐中，铁源溶液配制系统还包括用于盛放水的第二储液罐，第二储液罐用过第二管管道与第一储液罐连通，第二管道上设置有第二泵，第一储液罐连通有第三管道，第三管道上设置有第三泵；
碱性溶液配制系统包括用于盛放氨水的第三储液罐，第三储液罐连通有第四管道，第四管道上设置有第四泵；
磁性材料选择系统包括第一沉淀池和第二沉淀池，第一沉淀池和第二沉淀池连通，第二沉淀池连通有第五管道用于将第二沉淀池中的上层溶液输送走而留下沉淀物，磁性材料选择系统还包括磁选分离器，第二沉淀池与磁选分离器之间设置有第二输送机用于将第二沉淀池中的沉淀物输送至磁选分离器中；
其中，第一管道与第一沉淀池连通，第三管道与第一沉淀池连通，第四管道与第二沉淀池连通。
所述第一沉淀池通过第六管道与第二沉淀池连通，第六管道上设置有第五泵。
所述第一沉淀池中设置有第一搅拌器。
所述第二沉淀池中设置有第二搅拌器。
本发明的有益效果：本发明将氨法脱硫废液的资源化利用与具有高附加值的磁性四氧化三铁制备工艺相结合，采用氨法脱硫的废液作为还原剂原位还原铁盐中的部分Fe3+，进而通过与氨水反应产生具有较高附加值的四氧化三铁颗粒，实现了对于脱硫废液的分级利用及其高附加值的资源化回收利用，其制备过程绿色的特点使其具备良好的工业应用前景。本发明通过简单的工艺操作即可获得具有较高附加值的四氧化三铁颗粒，可以扩大工厂的效益。同时，其反应条件温和，无需投入大量高温设备，节约投资成本。本发明不仅实现了氨法脱硫废液的资源化利用，得到了可作为氮肥的硫酸铵溶液，还获得了以四氧化三铁为主的磁性材料。通过以上资源化技术，可间接降低反应的运行成本。
附图说明
图1是本发明的一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置的一个实施例的结构示意图；
图2是实验例中黑色产物的XRD检测的图谱。
具体实施方式
本发明的一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的方法的实施例，包括以下步骤：
1)将氨法脱硫废液过滤除去其中的固体颗粒，并将过滤后的液体送至容器中；
2)将容器中加入一定量的铁盐，并搅拌均匀得到混合溶液；
3)加入一定量的氨水，经过搅拌得到黑色沉淀；
4)利用磁选分离技术获得磁性产物即为四氧化三铁。
其中，在步骤2)中铁盐的用量取决于铁元素与氨法脱硫废液中亚硫酸根离子二者的物质的量比，该比例为3-8。
在步骤3)中，氨水的加入量取决于混合溶液的PH值，加入氨水后，使整体混合溶液的PH值位于6-11之间。
在步骤1)中过滤装置采用20-300目的的滤网进行过滤。
在步骤2)中铁盐可为硫酸铁、硝酸铁和氯化铁中的其中一种，也可以为其中任意两种的混合物，也可以为三种的混合物。
在步骤1)中氨法脱硫废液中主要成分为为0.5mol/L亚硫酸铵。
本发明的一种实施上述方法的利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置的实施例，包括氨法脱硫废液过滤系统Ⅰ、铁源溶液配制系统Ⅱ、碱性溶液配制系统Ⅲ和磁性材料选择系统Ⅳ。
氨法脱硫废液过滤系统包括固液分离器1，固液分离器1连通有第一管道2，第一管道2上设置有第一泵3，第一泵3采用离心泵。固液分离器1连通有第一储渣罐4，用于存放过滤出来的固体颗粒。
铁源溶液配制系统包括用于盛放铁盐的储盐罐5，还包括第一储液罐7，储盐罐5与第一储液罐7之间设置有第一输送机6用于将铁盐输送至第一储液罐7 中，第一输送机采用刮板式输送机。铁源溶液配制系统还包括用于盛放水的第二储液罐10，第二储液罐用过第二管管道11与第一储液罐7连通，第二管道上设置有第二泵12，第二泵采用计量泵。第一储液罐7连通有第三管道8，第三管道8上设置有第三泵9，第三泵也采用计量泵。
碱性溶液配制系统包括用于盛放氨水的第三储液罐13，第三储液罐13连通有第四管道14，第四管道14上设置有第四泵15，第四泵也采用计量泵。
磁性材料选择系统包括第一沉淀池16和第二沉淀池18，第一沉淀池和第二沉淀池对应上述方法实施例中的步骤1)中的容器。第二沉淀池18连通有第五管道22用于将第二沉淀池中的上层溶液输送走而留下沉淀物，上层溶液通过第五管道送至脱硫装置进行脱硫处理。第一沉淀池16通过第六管道20与第二沉淀池 18连通，第六管道上设置有第五泵21，第五泵采用计量泵。磁性材料选择系统还包括磁选分离器，第二沉淀池18与磁选分离器之间设置有第二输送机23用于将第二沉淀池中的沉淀物输送至磁选分离器中，本实施例中第二输送机也采用刮板式输送机。磁选分离器为现有技术，本实施例中不再详述其具体结构，简单来说包括盛放由第二沉淀池中输送出来的黑色沉淀产物的分离器24，分离器的一侧设置有强磁装置25。分离器中四氧化三铁磁性物质在强磁装置的吸附力作用下，被吸附在分离器壁上，其他非磁性产物被排出，最后关闭或移开强磁装置，使分离器中四氧化三铁磁性物质排出并储存在储物罐26中。
其中，第一管道2与第一沉淀池16连通，第三管道8与第一沉淀池16连通，第一沉淀池16中设置有第一搅拌器17，使得过滤后的氨法脱硫废液与铁盐溶液在第一沉淀池中进行搅拌混合得到混合溶液。第四管道14与第二沉淀池18连通，第二沉淀池18中设置有第二搅拌器19，使得氨水和氨法脱硫废液与铁盐溶液的混合液在第二沉淀池中完成反应，生成黑色沉淀物即四氧化三铁。本实施例中，第二澄清池和第二搅拌器均采用聚四氟乙烯材料。本实施例中，第一泵采用离心泵，其他泵均采用计量泵。
实验例一
取模拟氨法脱硫废液(主要成分为0.5mol/L亚硫酸铵)4.3ml到250ml容量瓶中定容稀释，倒入烧杯中并加热至60℃，取2.602g的无水氯化铁加入模拟脱硫废液，此时溶液中铁元素与亚硫酸根离子的物质的量比是6，搅拌均匀1小时后，降温至30℃并加入氨水调至pH为9，此时烧瓶中黑色沉淀即为四氧化三铁，用磁铁将黑色沉淀分离，转移至小烧杯中，用去离子水、无水乙醇分别清洗3次。将洗涤后的黑色沉淀置于60℃干燥箱中，干燥24小时即得干燥的四氧化三铁颗粒。其中反应过程为：
2Fe3++SO3 2-+H2O＝2Fe2++SO4 2-+2H+
Fe2++2Fe3++8NH3·H2O＝Fe3O4+8NH4++4H2O
将样品(四氧化三铁颗粒)进行X射线衍射(XRD)检测后，图谱结果如图2 所示，在2θ＝30.1°，35.454°，43.088°，56.983°，62.574°的位置出现，与Fe3O4的特征峰一致，表明所制备的Fe3O4颗粒有较完整的尖晶石结构，平均粒径为12nm。
在本发明的其他实施例中，在步骤2)中，铁盐的用量取决于铁元素与氨法脱硫废液中亚硫酸根离子二者的物质的量比，该比例可以为3，也可以为8；在步骤3)中，氨水的加入量取决于混合溶液的PH值，加入氨水后，使整体混合溶液的PH值为6，也可以为11；第一沉淀池和第二沉淀池也可以上下设置，而不通过管道连通，在重力作用下，第一沉淀池中的混合溶液可以直接落入第二沉淀池中。

Claims (4)

1.一种利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置，其特征在于：包括氨法脱硫废液过滤系统、铁源溶液配制系统、碱性溶液配制系统和磁性材料选择系统；
氨法脱硫废液过滤系统包括固液分离器，固液分离器连通有第一管道，第一管道上设置有第一泵；
铁源溶液配制系统包括用于盛放铁盐的储盐罐，还包括第一储液罐，储盐罐与第一储液罐之间设置有第一输送机用于将铁盐输送至第一储液罐中，铁源溶液配制系统还包括用于盛放水的第二储液罐，第二储液罐通 过第二管 道 与第一储液罐连通，第二管道上设置有第二泵，第一储液罐连通有第三管道，第三管道上设置有第三泵；
碱性溶液配制系统包括用于盛放氨水的第三储液罐，第三储液罐连通有第四管道，第四管道上设置有第四泵；
磁性材料选择系统包括第一沉淀池和第二沉淀池，第一沉淀池和第二沉淀池连通，第二沉淀池连通有第五管道用于将第二沉淀池中的上层溶液输送走而留下沉淀物，磁性材料选择系统还包括磁选分离器，第二沉淀池与磁选分离器之间设置有第二输送机用于将第二沉淀池中的沉淀物输送至磁选分离器中；
其中，第一管道与第一沉淀池连通，第三管道与第一沉淀池连通，第四管道与第二沉淀池连通。
2.根据权利要求1所述的利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置，其特征在于：所述第一沉淀池通过第六管道与第二沉淀池连通，第六管道上设置有第五泵。
3.根据权利要求1所述的利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置，其特征在于：所述第一沉淀池中设置有第一搅拌器。
4.根据权利要求1所述的利用氨法脱硫废液制备磁性材料的装置，其特征在于：所述第二沉淀池中设置有第二搅拌器。
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