[发明专利]一种聚合硫酸铁及其制备方法

说明书

本发明公开一种聚合硫酸铁及其制备方法和装置，包括：将重量配比为40％‑50％的七水硫酸亚铁和重量配比为60％‑50％钛白粉废硫酸输送到混配池中进行物料混配，并调配钛白粉废硫酸H₂SO₄浓度范围21％‑23％，得到混配好的反应物料；将反应物料送入反应塔中，并在反应物料进入反应塔的过程中，加入硫酸盐复合稀土溶液作为反应助催化剂；将反应塔内温度控制在40‑60℃，并待混配好的物料全部进入反应塔后，加入亚硝酸钠溶液作为反应催化剂；往反应塔中持续加入氧气，使其与所述反应物料在所述助催化剂和催化剂作用下进行氧化、水解和聚合反应，待所述物料中Fe⁺²离子有效转化为Fe⁺³离子后，得到液体聚合硫酸铁。本发明可大大提高生产效率、减少环境危害、并达到更加突出的净水混凝效果。

技术领域

本发明涉及环保水资源再生技术，尤其涉及一种聚合硫酸铁及其制备方法。

背景技术

聚合硫酸铁(PFS)的形态性状是淡黄色无定型粉状固体，极易溶于水，其10％(重量)的水溶液为红棕色透明溶液，吸湿性好，可广泛应用于饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理。

1974年日本铁矿业株式会社首先取得制备聚合硫酸铁的专利。该技术以硫酸亚铁和硫酸为原料，以亚硝酸钠为催化剂，经过17小时空气氧化，最终可得到棕色聚合硫酸铁溶液。该工艺有一定的缺陷，如合成过程中产生的废气必须利用其它设备进行处理，反应时间过长，不利于生产。此后，日本及我国冶金部建筑研究院、天津化工研究所对此工艺提出了大量的改进方法，并相继投入生产，取得了较好的经济效益和社会效益。我国1983年以来开展了PFS的研究，目前我国PFS的生产技术已达到了国际水平，且广泛用于净水处理和污水处理。

聚合硫酸铁的生产线路较多，有空气氧化催化法，硫铁矿渣加压酸溶法，氯酸钾氧化法，四氧化三铁矿石酸溶氧化法等。

利用钛白粉副产物生产PFS，在硫酸法生产钛白粉的过程中，有副产物硫酸亚铁生成。将酸性溶液中的硫酸亚铁在NO催化下用空气氧化为三价铁离子，然后加入氢氧化钠中和，调整碱化度，使其发生聚合反应，可得到盐基度为65.85％的产品。国内专家曾报道用氮氧化物催化氧化的新工艺，该法是一种经济实用的生产聚合硫酸铁的新工艺。此法的反应原理为：

2NO+O₂→2NO₂

4FeSO₄+(2-n)H₂SO₄→Fe₂(OH)_m(SO₄)_3-n/2+2(1-n)H₂O

(2)以工业硫酸废液为原料，亚硝酸钠为催化剂，废硫酸与硫酸亚铁的原料配比为(0.3-0.5)：1，在密闭容器中通入纯氧，在55-90℃反应1.5～2.0h，即得到产品。

将硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)和硫酸依次加入反应釜中，加水在搅拌下配成18％-20％的水溶液。升温至50℃通入氧气，使反应压力达到3.03×10⁵Pa。然后分批加入亚硝酸钠(相当于投加量的0.4％-1.0％)、碘化钠做助催化剂，反应2～3h。冷却出料即为液体产品。液体产品经减压蒸发、过滤、干燥、粉碎得到固体。

反应塔法制备聚合硫酸铁

目前国内多采用反应釜法生产聚合硫酸铁，该工艺存在反应周期长，设备腐蚀严重，日常维修任务重等缺陷。针对上述问题，山东建筑工程学院提出了反应塔生产聚合硫酸铁新工艺，用于生产，取得了良好的效果。具体制备方法如下：

根据氧气氧化硫酸亚铁反应的特点，采用了耐腐蚀材料制成的反应塔，利用混合液在塔内流动时形成的巨大比表面积，加强气体的吸收，从而加快反应速度。利用反应塔进行生产既可以在常压，也可以在加压条件下进行。反应方程式为：