CN116102072A - 一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于含氯废弃塑料回收技术领域,具体涉及一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法。包括如下步骤:S1:将铁的氧化物与含氯塑料在弱还原性气氛下350‑600℃反应,得到中间产物;所述铁的氧化物为四氧化三铁或三氧化二铁;所述弱还原性气氛包含氢气;S2:于氧化性气氛下,将所述中间产物反应,分离,得到所述氯化铁。本发明采用含氯废弃塑料的脱氯产物制备氯化铁,既减轻了环境负担又增加了经济效益,而且由于是固相反应过程,免却了溶液过程中的水蒸发环节,降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于含氯废弃塑料回收技术领域,具体涉及一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法。
背景技术
塑料制品中,只有9%被回收利用。绝大多数塑料最终都进入了垃圾填埋场或焚化炉。相比废纸和废钢铁的回收利用率,我国塑料的回收比例非常低,大多数塑料废弃物只能走向垃圾填埋场。塑料废弃物中含有大量毒素(研究表明,一次性食品包装可能含有超过100000种化学物质),急需有效的回收循环手段来处理废弃塑料。
塑料的化学回收和再利用主要通过气化和高温分解等化学处理过程将塑料高分子分解成小分子单体。这些小分子单体可以被用来生产新的同种塑料高分子材料,或者进一步生产不同种类的高分子材料。但在大多数情况下,废弃塑料只是被简单地燃烧,这种处理方式会释放很多碳化合物如一氧化碳、二氧化碳和二恶英到空气中。因此如果处理不当不仅会导致气候问题,同时也会造成健康问题。
化学回收是目前被认为是极其有效的一门回收废弃塑料技术。相对机械回收,化学回收具有如下优势:
(1)机械回收废弃PET塑料制成新产品需要纯度高、透明的塑料材料,然而化学回收可以处理纯度不高的废弃塑料材料,可处理范围更广泛。
(2)热解化学回收比脱聚合技术有着更强的处理低纯度原材料的能力。在低氧条件和超过400℃的温度下,可以实现热解裂长聚合物链成柴油和石脑油等短链碳氢化合物。
含氯塑料废弃物中由于氯元素的存在危害更甚。安全有效的化学回收过程的开发至关重要。含氯废弃塑料回收技术的经济效益也是衡量其实用价值的重要指标之一。在发明专利“一种含氯塑料的脱氯方法”(ZL201610846123.6)中采用氧化铁将含氯废弃塑料中的氯以氯化铁的形式固定,后续予以水洗使氯化铁与废弃塑料脱氯产物多烃以及固相残余氧化铁分离,达到了清洁脱除含氯废弃塑料中有害元素氯的目的。增加脱氯产物附加值是提高该技术经济效益的有效手段。
氯化铁FeCl3为重要的化工原料,广泛应用于水处理工业、印染行业、有机合成、矿物浸出、医药制造等等各行各业。目前的氯化铁主要通过利用硫铁矿烧渣或铁屑与盐酸(部分盐酸酸洗废液)之间的反应获得,需要一定的原料成本。在制备时需要加入双氧水或在催化剂与氧气的共同作用下使混杂的FeCl2转化为FeCl3。由于反应在溶液中进行,必须将溶液中的水分蒸发制取含结晶水的FeCl3,这进一步增加了制备成本。另一种干式制备方法采用干燥的氯气与铁屑反应,虽然无需水蒸发步骤,但存在毒性大、成本高的劣势。
发明内容
现有技术中需要使用盐酸/氯气及铁屑等工业原料,不可避免地产生原料成本;湿法制备过程通过水溶液介质进行,后续的水蒸发环节耗能较大;干法制备过程的氯气毒性大,制备过程存在安全隐患。本发明意图采用含氯废弃塑料的脱氯产物制备氯化铁,既减轻了环境负担又增加了经济效益,而且由于是固相反应过程,免去了溶液过程中的水蒸发环节,降低了成本。
为了解决上述存在的技术问题,采用氧化铁以及铁矿石与含氯废弃塑料混后使铁与氯元素结合生成氯化铁,达到无害化处理含氯废弃塑料的目的。脱氯产物的氯化铁主要成分为FeCl2及少量FeCl3,需要转化为单一组分的FeCl3。本发明提供如下技术方案:本发明提供了一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,包括如下步骤:
S1:将铁的氧化物与含氯塑料在弱还原性气氛下350-600℃反应,得到中间产物;
所述铁的氧化物为四氧化三铁或三氧化二铁;
所述弱还原性气氛包含氢气;
S2:于氧化性气氛下,将所述中间产物反应,分离,得到所述氯化铁。
FeCl2的熔点为674℃、沸点为1023℃而FeCl3的熔点为308℃、沸点为316℃,因此在350–600℃温度范围内FeCl2为固相而FeCl3为气相。本发明人研究发现在氧化铁脱除含氯塑料中氯元素的脱氯阶段会产生少量的挥发分(占塑料总量的5%左右),为避免生成的挥发分与目标产物FeCl3混杂,将处理过程分为脱氯S1及氧化S2两个阶段。
优选的,所述铁的氧化物中的铁原子和含氯塑料中的氯原子的摩尔比为1-3:1。
优选的,所述步骤S1中,加热反应的时间为20-40min。
优选的,所述步骤S1中,弱还原性气氛的通入流量为0.1-1L/min。
优选的,所述弱还原性气氛还包含惰性气体或氮气。
优选的,所述弱还原性气氛中,氢气的体积分数为1-10%。
优选的,所述氧化性气氛为干燥空气。
优选的,所述步骤S2中,加热反应的温度比步骤S1中反应的温度低20-50℃。
优选的,所述步骤S2中,氧化性气氛的通入流量为0.1-1L/min。
优选的,所述步骤S1或S2中,反应均于竖式炉中进行。
优选的,所述步骤S2中,分离的方法为冷凝。
具体的,一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,包括如下步骤:
S1:将铁的氧化物与含氯塑料在弱还原性气氛下350-600℃反应20-40min,得到中间产物;
所述铁的氧化物为四氧化三铁或三氧化二铁;
所述弱还原性气氛包含氢气和惰性气体;
S2:于干燥空气气氛下,将所述中间产物于低于步骤S1反应温度20-50℃反应,冷凝,得到所述氯化铁。
本发明将制备过程分为两个阶段:脱氯阶段与氧化阶段。在脱氯阶段以固相存在的FeCl2更有利于与挥发分分开,因此采用弱还原性气氛促进FeCl2的生成而抑制FeCl3的生成。脱氯阶段结束后生成的FeCl2均匀分散于含氯塑料脱氯后的另一个产物多烃上,经由塑料裂解后生成的多烃比表面积大且具有无数的反应活性点,有利于促进FeCl2的氧化。由于初始混合物中铁元素相对于氯元素过量,反应结束后过量的氧化铁以FeO形式存在。脱氯阶段的反应可概括为:
含氯塑料(Cl)+氧化铁(Fe)+H2→FeCl2+多烃+H2O+FeO+少量挥发分;
生成的水分及挥发分作为尾气排出反应体系。固相产物FeCl2、多烃以及FeO留存于反应区。
在氧化阶段,反应体系由弱还原性转换为氧化性气氛,反应温度略低于脱氯阶段20-50℃。分散于多烃骨架的FeCl2与气氛中的氧发生如下反应被氧化成气相FeCl3逸出并随气氛导入冷却系统冷凝成固相便于收集。
FeCl2(分散于多烃骨架)+O2→FeCl3+Fe2O3;
采用竖式炉使气氛气体由底部导入上部排出,并在炉上部连接开关可控的冷凝装置。装置示意图如图1所示。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点:
增加利用氧化铁脱除含氯废弃塑料中氯元素过程的经济效益,降低氯化铁的制备成本。
本发明采用含氯废弃塑料的脱氯产物制备氯化铁,既减轻了环境负担又增加了经济效益,而且由于是固相反应过程,免去了溶液过程中的水蒸发环节,降低了成本。
附图说明
图1为利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
四氧化三铁与PVC粉末以Fe:Cl摩尔比2.5:1均匀混和后称取25g于竖式炉中在400℃、2%H2+N2气氛下反应30min后切换至干燥空气气氛于350℃反应并将尾气导入冷却装置,获得了暗红色FeCl3粉末。气氛流量0.2L/min。脱氯阶段PVC中98.6%氯元素固定于FeCl2中,氧化阶段由FeCl2至FeCl3的转化率为96%。
实施例2
三氧化二铁与PVC粉末以Fe:Cl摩尔比2.5:1均匀混和后称取25g于竖式炉中在400℃、2%H2+Ar气氛下反应30min后切换至干燥空气气氛于350℃反应并将尾气导入冷却装置,获得了暗红色FeCl3粉末。气氛流量0.2L/min。脱氯阶段PVC中96.2%氯元素固定于FeCl2中,氧化阶段由FeCl2至FeCl3的转化率为97%。
实施例3
四氧化三铁与PVC粉末以Fe:Cl摩尔比1:1均匀混和后称取25g于竖式炉中在450℃、2%H2+N2气氛下反应30min后切换至干燥空气气氛于400℃反应并将尾气导入冷却装置,获得了暗红色FeCl3粉末。气氛流量0.2L/min。脱氯阶段PVC中94%氯元素固定于FeCl2中,氧化阶段由FeCl2至FeCl3的转化率为96%。
实施例4
四氧化三铁与PVC粉末以Fe:Cl摩尔比3:1均匀混和后称取25g于竖式炉中在600℃、2%H2+N2气氛下反应30min后切换至干燥空气气氛于550℃反应并将尾气导入冷却装置,获得了暗红色FeCl3粉末。气氛流量0.2L/min。脱氯阶段PVC中99%氯元素固定于FeCl2中,氧化阶段由FeCl2至FeCl3的转化率为97%。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将铁的氧化物与含氯塑料在弱还原性气氛下350-600℃反应,得到中间产物;
所述铁的氧化物为四氧化三铁或三氧化二铁;
所述弱还原性气氛包含氢气;
S2:于氧化性气氛下,将所述中间产物加热反应,分离,得到所述氯化铁。
2.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述铁的氧化物中的铁原子和含氯塑料中的氯原子的摩尔比为1-3:1。
3.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述步骤S1中,加热反应的时间为20-40min。
4.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述步骤S1中,弱还原性气氛的通入流量为0.1-1L/min。
5.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述弱还原性气氛还包含惰性气体或氮气。
6.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述弱还原性气氛中,氢气的体积分数为1-10%。
7.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述氧化性气氛为干燥空气。
8.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述步骤S2中,加热反应的温度比步骤S1中反应的温度低20-50℃。
9.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述步骤S2中,氧化性气氛的通入流量为0.1-1L/min。
10.如权利要求1所述的利用含氯废弃塑料制备氯化铁的方法,其特征在于,所述步骤S2中,分离的方法为冷凝。
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US4994255A (en) * | 1986-07-24 | 1991-02-19 | Scm Chemicals, Inc. | Oxidation of ferrous chloride directly to chlorine in a fluid bed reactor |
JPH08290147A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-11-05 | Mitsubishi Materials Corp | 含塩素プラスチック廃材の処理方法 |
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2022
- 2022-12-19 CN CN202211654332.2A patent/CN116102072B/zh active Active
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Title |
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李泰霖;叶霖海;洪澜;: "PVC与氧化铁氧化硅混合氧化物共热解过程解析", 有色金属(冶炼部分), no. 06, 12 June 2020 (2020-06-12) * |
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