聚合硫酸鐵(PFS)的制備方法

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[制備方法]聚合硫酸鐵的生產(chǎn)路線較多，有空氣氧化催化法，硫鐵礦渣加壓酸溶法，氯酸鉀氧化法，四氧化三鐵礦石酸溶氧化法等。

(1)利用鈦白粉副產(chǎn)物生產(chǎn)PFS在用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的過(guò)程中，有副產(chǎn)物硫酸亞鐵生成。將酸性溶液中的硫酸亞鐵，在NO催化下用空氣氧化為三價(jià)鐵離子，然后加入氫氧化鈉中和，調(diào)整堿化度，使其發(fā)生聚合反應(yīng)，可得到鹽基度為65.85%的產(chǎn)品。李風(fēng)亭等報(bào)道了用氮氧化物催化氧化的新工藝，該法是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的生產(chǎn)聚合硫酸鐵的新工藝。此法的反應(yīng)原理為：

2NO+O2→2NO2

4FeSO4+(2-n)H2SO4+NO2→Fe2(OH)m(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O

(2)以工業(yè)硫酸廢液為原料，亞硝酸鈉為催化劑，廢硫酸與硫酸亞鐵的原料配比為(0.3～0.5)：1，在密閉容器中通入純氧，于55～90℃反應(yīng)1.5～2.0h，即得產(chǎn)品。該法是一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)相對(duì)溫和，但氧化時(shí)間長(zhǎng)，催化劑的價(jià)格高、用量大，反應(yīng)時(shí)還伴有氮氧化物的排出而造成環(huán)境污染。此外由于亞硝酸鈉的毒性而限制了該法的推廣使用。

(3)將硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)和硫酸依次加入反應(yīng)釜中，加水在攪拌下配成18%～20%的水溶液。升溫至50℃通入氧氣，使反應(yīng)壓力達(dá)到3.03×105Pa。然后分批加入亞硝酸鈉(相當(dāng)于投加量的0.4%～1.0%)、碘化鈉作助催化劑，反應(yīng)2～3h。冷卻出料即為液體產(chǎn)品。液體產(chǎn)品經(jīng)減壓蒸發(fā)，過(guò)濾，干燥，粉碎得固體。

反應(yīng)方程式為：

4FeSO4+(2-n)H2SO4+O2→2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O+mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→[Fe2(OH)m(SO4)3-n/2]m

式中，0<n<2，m=f(n)。

(4)反應(yīng)塔法制備聚合硫酸鐵

目前國(guó)內(nèi)多采用反應(yīng)釜法生產(chǎn)聚合硫酸鐵，存在反應(yīng)周期長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，日常維修任務(wù)重等缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題，山東建筑工程學(xué)院提出了反應(yīng)塔生產(chǎn)聚合硫酸鐵新工藝，用于生產(chǎn)，取得了良好的效果。

目前國(guó)內(nèi)多采用反應(yīng)釜法生產(chǎn)聚合硫酸鐵，該工藝存在反應(yīng)周期長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，日常維修任務(wù)重等缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題，山東建筑工程學(xué)院提出了反應(yīng)塔生產(chǎn)聚合硫酸鐵新工藝，用于生產(chǎn)，取得了良好的效果。具體制備方法如下。

根據(jù)氧氣氧化硫酸亞鐵反應(yīng)的特點(diǎn)，采用了耐腐蝕材料制成的反應(yīng)塔，利用混合液在塔內(nèi)流動(dòng)時(shí)形成的巨大比表面積，加強(qiáng)氣體的吸收，從而加快反應(yīng)速度。利用反應(yīng)塔進(jìn)行生產(chǎn)既可以在常壓，也可以在加壓條件下進(jìn)行。反應(yīng)方程式為：

4FeSO4+(2-n)H2SO4+O2→2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O+mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→Fe2(OH)m(SO4)3-n/2

式中：0<n<2，m=f(n)

聚合硫酸鐵的生產(chǎn)過(guò)程如下：按比例將硫酸亞鐵、硫酸和水加入溶解槽中，升溫至硫酸亞鐵溶解后，注入儲(chǔ)罐，用耐腐泵將溶液打入反應(yīng)塔內(nèi)，調(diào)節(jié)液體流量，同時(shí)向塔內(nèi)加入氧氣和催化劑，混合液即發(fā)生催化氧化聚合反應(yīng)。生產(chǎn)過(guò)程中不斷對(duì)溶液中的亞鐵離子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，等亞鐵離子完全氧化后，反應(yīng)結(jié)束，將液體聚合硫酸鐵成品用泵打入成品池。反應(yīng)后剩余的催化劑和氧氣可以留待下次生產(chǎn)繼續(xù)使用。

(5)氯酸鉀氧化法

氯酸鉀是一種氧化劑，在酸性介質(zhì)中其氧化性更強(qiáng)，氧化反應(yīng)式：

6FeSO4+KCIO3+3H2SO4→3Fe(SO4)3+KCl+3H2O

該法制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)相對(duì)溫和，氧化劑用量少，且無(wú)有害氣體產(chǎn)生，但氯酸鉀價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，而且鉀鹽雜質(zhì)的夾入也影響產(chǎn)品質(zhì)量。

制備方法 2 硝酸催化氧化

將一定量的硫酸亞鐵、硫酸、硝酸和水加入反應(yīng)釜中攪拌，控制反應(yīng)溫度在60～90℃，同時(shí)通入空氣進(jìn)行氧化。硝酸用量約為物料總量的4.0%，反應(yīng)時(shí)間5h左右。由于硝酸價(jià)格較低，對(duì)人畜毒性較低，制得的聚鐵可用于工業(yè)廢水、生活用水等的凈化處理，但是硝酸用量大，生產(chǎn)過(guò)程伴隨氮氧化物的排出而污染環(huán)境。

反應(yīng)原理如下：

例如：以鐵屑、鐵礦粉或鐵礦熔渣粉為原料，與硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，然后再通入O2和硝酸(作催化劑)進(jìn)行聚合，生成液體PFS。該法的生產(chǎn)流程如圖2-15所示

圖2-15 聚合硫酸鐵工藝流程

PFS固體產(chǎn)品：一般由液體聚鐵經(jīng)噴霧干燥制得，也有在氧化聚合反應(yīng)后經(jīng)調(diào)聚、固化、陳化、粉碎等工藝制備。

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