[发明专利]聚合硫酸铁的生产新工艺

说明书

本发明涉及用于处理工业废水、城市污水、工业用水及生活饮用水等的絮凝剂的生产新工艺，更准确地说是涉及用于处理工业废水、城市污水、工业用水及生活饮用水等的无机高分子絮凝剂-聚合硫酸铁的生产新工艺。

聚合硫酸铁是近几年发展起来的一种无机高分子絮凝剂。聚合硫酸铁与传统的絮凝剂如三氯化铁、硫酸铝、氯化硫酸铁等相比，具有生产成本低、且净化过程的投加量少、适用pH范围广、杂质（浊度、COD、悬浮物等）去除率高、残留物浓度低、矾花沉降速度快，脱色效果好等优点。聚合硫酸铁的生产方法多种多样，但都包括了氧化、水解和聚合等过程。若按氧化方式的不同来划分，聚合硫酸铁的生产方法主要可分为二大类：（1）直接氧化法，即采用强氧化剂（如H₂O₂、NaClO、KClO₃和MnO₂等）直接将亚铁离子氧化为铁离子，再经水解和聚合而得到聚合硫酸铁;（2）催化氧化法，即在催化剂的作用下，利用空气或氧气将亚铁离子氧化为铁离子，同样经水解和聚合而得到聚合硫酸铁。直接氧化法因为氧化剂消耗量很大，成本过高，加之由氧化剂而引进的残留物的分离费用较大，不分离又将影响产品的质量，所以难以工业化生产。

目前，国内外生产液体聚合硫酸铁普遍采用催化氧化法，主要选用亚硝酸钠、硝酸或硝酸盐作为催化剂。例如日本特许公开昭51-17516公开了一种聚合硫酸铁的生产方法，是以硫酸亚铁为原料，在一定温度、压力下，以亚硝酸钠为催化剂，用空气进行氧化，经水解和聚合得到液体聚合硫酸铁。公开号为CN1040505A（1990年）的中国专利，申请公开的方法是以亚硝酸钠为催化剂，硫酸亚铁用空气氧化后与硫酸反应即制得了液体聚合硫酸铁。公开号为CN1053322A（1991年）的中国专利，申请公开的方法是以硝酸为催化剂和氧化剂，硫酸亚铁在硫酸存在的条件下经氧化、水解和聚合后制得了液体聚合硫酸铁。

由于液体聚合硫酸铁的pH值较低，对金属具有一定的腐蚀作用，长途运输颇为不便，所以生产固体聚合硫酸铁就显得很有必要。固体聚合硫酸铁的生产主要有二种方法：一种是由液体聚合硫酸铁直接干燥而制得，此法能耗太大，成本高;另一种是将硫酸亚铁脱水，再在回转窑内通过强氧化剂氧化，然后加入催化剂和配比量的硫酸，用湿热空气将物料吹至完全固化而制得。该法能耗虽不太高，但反应时间长（非均相反应），生产工序多，氧化剂消耗量大，成本也很高，且氧化不完全，只有80%左右，产品盐基度低，只有5-8%。可见，要高效益地生产高质量的固体聚合硫酸铁，现有的技术还很不成熟。

总括目前国内外业已开发的生产聚合硫酸铁的各项技术，大多侧重于方法的完善，工艺的改进则仍是一片空白。传统工艺就是将所有的物料依照一定的配比量同时加入反应釜中，然后充氧或空气，加温加压（或不加压）反应，经氧化、水解和聚合等过程即制得液体聚合硫酸铁产品。这些生产技术普遍存在如下缺点：

（1）反应时间太长，慢的需17小时以上，快的也需2-3小时，致使生产效率及设备利用率很低，生产成本较高;

（2）这些生产方法对酸度都存在极大的依赖性，即酸的投加量必须很大才能保证最终的产品混合物中不出现氢氧化铁沉淀，而酸的投加量增大必然降低产品的盐基度，从而影响其絮凝效果;

（3）由于这些生产方法都会产生较多的氮的氧化物，而且都是在反应结束前的一个短时间内迅速产生，既污染了环境，又危害了安全生产。为了安全起见，反应釜往往在低负荷运行，致使设备效率低;

（4）用以生产固体聚合硫酸铁时，产品盐基度低、能耗（及氧化剂消耗量）大、（氧化率低、）成本高。

聚合硫酸铁的分子式一般可表示为[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，其对应的盐基度＝n/6×100%，聚合硫酸铁的盐基度越高，即n值越大，产品聚合度m也越高，其形成的矾花越大，絮凝效果越好，絮体的沉降速度越快。我国规定聚合硫酸铁一级品的盐基度必须达到12%以上，日本标准样品的盐基度规定为8.33-16.67%，而盐基度超过16.67%的聚合硫酸铁产品至今未见报导。因此，设法提高聚合硫酸铁的盐基度就成为改善产品质量的一条重要途径。

本发明的目的在于提供一种聚合硫酸铁的生产新工艺，缩短反应时间，提高生产效率和设备利用率，降低生产成本。

本发明的目的还在于提供一种聚合硫酸铁的生产新工艺，使反应过程对酸度的依赖性大为降低，从而能显著提高产品的盐基度，大大改善产品的絮凝效果。