[发明专利]一种新的聚合硫酸铁的生产方法

说明书

本发明涉及生产聚合硫酸铁的一种新的方法，更确切地说是用硫酸亚铁和硫酸在无催化剂的条件下制取纯净的聚合硫酸铁的生产方法。

聚合硫酸铁是一种无机高分子絮凝剂，对于污水中的某些重金属离子及污水中的COD（化学耗氧量）。BOD（生物耗氧量）、SS（固体悬浮物）、色度、恶臭、及乳化油等具有显著的去除效果。它对于工业用水、饮用水也是一种价廉、优良的净化剂。它与铝盐类絮凝剂相比具有很大的优越性。

日本专利文献特公昭51-17516曾提出了一种制备聚合硫酸铁的工艺方法，是以硫酸亚铁为原料，亚硝酸钠为催化剂，进行17小时的空气氧化，制得聚合硫酸铁溶液。该法催化剂投入量大，氧化水解聚合的时间长，这样生产周期加大，生产效率低，而且在生产过程中含有大量的二氧化氮的气体不断排出，造成环境的污染。

中国专利文献CN    86100483    A对日本专利文献特公昭51-17516的制取聚合硫酸铁的工艺方法进行改进。该中国专利文献的方法仍以亚硝酸钠为催化剂，用工业硫酸酸洗废液为原料，硫酸亚铁与硫酸的摩尔比为0.31-0.5，通入纯氧进行氧化，在55°-90℃，1.5-3.0千克/平方厘米的压力下进行氧化水解聚合反应，所用的催化剂亚硝酸钠的重量百分浓度为0.4-1%。该法与上述日本专利文献所提出的工艺方法相比具有利用了工业硫酸酸洗废液，氧化水解聚合的时间缩短（只需要1.5-2小时），提高了生产效率，催化剂的消耗量减少等优点。但是正由于利用了废液它也带来了缺点，由于硫酸酸洗废液中还含有一些铜、锰、镍、钴、铬等重金属杂质，所生成出来的产品或多或少地含有原料中的重金属等杂质，而且仍使用了亚硝酸钠为催化剂，又使产品中含有微量的亚硝酸钠、硫酸钠等无机盐。众所周知，亚硝酸根是严重的致癌物质，因此限制了该产品的应用范围，该产品只能用于污水的处理，不能净化饮用水。另外该法耗能高，用纯氧氧化增加了产品的成本，在一定的压力下进行反应，给操作带来不便。再者多余的一氧化氮仍需排入大气中造成大气的污染。

本发明的目的就在于研究出一种新的制备聚合硫酸铁的工艺方法，克服上述专利文献中生产聚合硫酸铁所存在的一些缺点，得到更为纯净的聚合硫酸铁，更加缩短生产周期，提高生产效率，使得所研究出的工艺方法可在常压状态下操作，操作方便，所生成的聚合硫酸铁用途广范，不但能净化污水，也能净化饮用水。

本发明的生产聚合硫酸铁的工艺方法是以硫酸亚铁、硫酸为原料，硫酸亚铁与硫酸的摩尔比为1∶0.32-0.613，以硝酸为氧化剂，所加入的硝酸的量，使硫酸亚铁与硝酸的摩尔比为1∶0.33-0.5，在常压的条件下于50°-100℃进行氧化、水解、聚合反应而生成聚硫酸铁。

为了充分利用原料的溶解热和反应热，减少能耗，所用的硫酸、硝酸以浓硫酸、浓硝酸为好，再加入适量的水，所加入的水量为硫酸亚铁（带有7个结晶水）和浓硫酸、浓硝酸总量的20-100%为佳。所用的浓硫酸、浓硝酸、硫酸亚铁可以是各种纯度的，但以工业级浓硫酸、工业级浓硝酸、工业级硫酸亚铁为佳。因为价格便宜，可降低产品成本。用稀硫酸作原料，以稀硝酸作为氧化剂亦可，但耗能高。所用的水可以是蒸馏水、离子交换水、自来水。

为了加速氧化、水解、聚合反应的进行，在进行氧化水解聚合反应时，以进行搅拌为好，尤其是以较缓慢地进行搅拌为佳，搅拌的速度控制在100-300/分为宜。

将硫酸亚铁、浓硫酸、浓硝酸按硫酸亚铁、硫酸、硝酸的摩尔比为1∶0.32-0.613∶0.33-0.50的配比放入耐酸搪瓷或不锈钢的反应釜中（或小的反应器中，例如三口烧瓶），进行较缓慢的搅拌，搅拌的速度控制在100-300转/分，加入硫酸亚铁（带7个结晶水）、浓硫酸、浓硝酸总重量的20-100%的水（若用稀硫酸、稀硝酸可不用另外加水，若用不带7个结晶水的硫酸亚铁可多加一些水，补上7个结晶水的量），由于充分利用了溶解热、反应热可使反应物的温度迅速提高到60℃左右，使硫酸亚铁迅速溶解，使氧化水解聚合反应迅速开始进行，这样减少了能耗。然后借助外部供给部分热量保温或升温（例如外部供热的方式可在反应釜的外部夹套中通入热的水蒸汽）使氧化水解聚合反应在50°-100℃的温度范围内进行，进行反应的时间在0.15小时以上，又以控制在0.2-1小时为好。生成的产品为深褐色油状的聚合硫酸铁。在进行氧化水解聚合反应时控制其温度在55°-90℃为佳，控制在70°-90℃更佳。温度控制的较低反应速度慢，生产周期会加长，硝酸赶不尽，温度控制的过高能量消耗多，产品成本增加。