[发明专利]低品位菱铁矿石生产聚硫酸铁新工艺

说明书

本发明属化工技术领域，尤其涉及到水处理中一种新型无机高分子净水剂的生产工艺。

七十年代中期，在水处理方法中，应用最广泛的无机高分子絮凝剂碱式氧化铝（BAC）正逐渐被一种新型无机高分子絮凝剂-聚硫酸铁（PFS）所取代，聚硫酸铁由于净化能力强、无毒和价廉的特点，正愈来愈受到国内外水处理部门、环保部门和其它工业部门的广泛重视，日、美、欧、苏等国都在相继应用。1974年日本日铁矿业公司首先建立了20吨/月聚硫酸铁的中试装置（《中氮肥》1988.6期），1975年日本专利特开昭50-106897报道了液体聚硫酸铁的实验室方法，以FeSO₄·7H₂O和H₂SO₄为原料，以NaNO₂为催化剂的催化氧化法制备聚硫酸铁的方法，1976年，日本专利特许公报昭51-17516报道了在NaNO₂催化剂的存在下，用空气将FeSO₄·7H₂O直接氧化为聚硫酸铁的方法，也可以用H₂O₂、MnO₂等氧化剂氧化硫酸亚铁。1980年日本专利特许公报昭55-104925报道了用二氧化钛生产中的废硫酸及副产品硫酸亚铁制取聚硫酸铁的方法（二段氧化法），即先将废酸中的亚铁在NO催化剂的存在下，用空气氧化为高铁，然后在得到的硫酸铁溶液中加入硫酸亚铁和氧化剂，而获得聚硫酸铁。国内于八十年代初开始聚硫酸铁的研制开发，1983年天津化工研究院与天津第一发电厂联合报道了，他们自己研制成功聚硫酸铁并在发电厂进行水处理的文章，其产品质量指标达到日本同类指标（《工业水处理》1983年第3期）。此外，沈阳化工学院、上海冶金设计研究院、华东化工学院都相继报道了研制文章，但是迄今为止，生产聚硫酸铁的原料路线不外乎是：（1）直接用硫酸亚铁;（2）钛白生产的副产品硫酸亚铁及废酸;（3）钢铁酸洗废液;（4）废铁和酸。工业上硫酸亚铁的来源实际是（2）、（3）、（4）种路线，原料来源都很有限，难以满足水处理剂日益增长的需要，例如，仅成都市就年需净水剂4万吨。同时，上述工艺路线中，添加氧化剂、催化剂或助催化剂，而使工艺复杂，能耗增大。

本发明的目的是根据我国贫铁矿产资源的情况，提出一种与上述原料路线不同的，原材料丰富易得，工艺流程简单，能耗低的生产液体聚硫酸铁的方法。

实现本发明的原理与方法是这样的，我国低品位菱铁矿石资源十分丰富（含铁量20～30%），分布较广，但是目前贫铁矿选冶困难，成本高，钢铁工业不能利用。本发明提出的利用菱铁矿生产净水剂，正是一条适合我国国情的生产聚硫酸铁的新方法，本发明的措施是首先将硫酸、硝酸、水按比例混合，然后与一定块度的菱铁矿石作用。菱铁矿与混酸中的硫酸反应，生成亚铁，放出CO₂，硫酸亚铁与混酸中的硝酸反应，生成硫酸铁放出NO，正是NO参与和改变了亚铁被氧化的过程，降低了反应的活化能，使得酸性介质稳定的很难被空气中氧氧化的亚铁变得容易被氧化，硝酸在反应过程中既是氧化剂又提供催化剂，菱铁矿石既提供铁元素，又起到盐基度调节剂的作用，其化学反应式可简单示意如下：

具体地讲，以菱铁矿石为基本原料，与硫酸、硝酸混合酸反应，生成聚硫酸铁的方法，其主要特征是，选用适宜块度的菱铁矿石与一定比例的水、硫酸、硝酸混合酸反应，其菱铁矿石块径为4～7厘米，水、硫酸、硝酸体积比是100∶15～25∶3～7，反应过程初始温度控制在18℃～40℃，反应时不必加热，也无须搅拌，反应过程产生的CO₂等气体本身起着适度搅拌作用。本发明中菱铁矿石是大大过量的，其块径大小很重要，起着控制反应速度的作用，混合酸的配制比例对于制备符合要求的聚硫酸铁和保证化学反应的顺利进行起着重要作用，除此之外，混酸的初始温度和矿石块径大小，对调节反应速度与反应温度起着关键的作用。反应过程中，酸度逐渐降低，而高铁离子浓度逐渐增加，48小时后经取样达到规定指标时，即获得本发明所说方法获得的产品-聚硫酸铁。本发明所说方法制备的产品，经技术测试部门分析，其指标如下：

项目 TFe⁺³Fe⁺²pH 比 As Cd Hg Pb Cr

（g/l）    （g/l）    重    ppm    ppm    ppm    ppm    ppm