[发明专利]一种煤系硫铁矿催化氧化生产聚铁和铁黄的方法和装置

说明书

本发明涉及一种煤系硫铁矿(也适合非煤系)湿法生产絮凝净水剂聚合硫酸铁和氧化铁黄颜料的方法和装置。

我国煤系硫铁矿资源十分丰富，几乎遍及各个矿区。煤系硫铁矿无需单独开采，采煤的同时，大多作矸石长期堆放，引起矸石山自燃，严重污染环境，目前仅有少量加工成硫精砂，用于生产H₂SO₄(含碳量小于5％)，但大多煤系硫铁矿因含碳量高，而不能利用；原来有少量土法炼硫也因污染环境，现国家已明令禁止。可见开发一种综合利用煤系硫铁矿资源的技术十分重要。

聚合硫酸铁(PFS)是八十年代开发推广应用的一种新型无机高分子絮凝净水剂，现已广泛应用于饮用水、工业用水、污泥脱水等水质处理上。它的生产方法可分两大类：一是利用强氧化剂H₂O₂、NaClO₃等氧化一定酸度FeSO₄溶液来生产，但该方法原料成本高，很难工业化生产；二是在催化剂作用下，利用空气或O₂氧化一定酸度FeSO₄溶液来生产PFS。目前工业上采用催化剂主要是NaNO₂，该工艺反应时间长(17～18h)，并且反应过程放出NOx污染环境。为了加快反应速度，增大气液接触面积，专利CN2158872Y公开了一种PFS气液快速反应装置，但该反应装置使用了价格较昂贵的催化剂NaNO₂，并且催化剂不能回收利用。专利CN1053322A公开了一种以HNO₃为催化剂的方法，该方法在5h内完成，但该方法生产盐基度低，反应过程HNO₃消耗量大，放出NOx污染环境；日本专利JP95054704公开了一种利用NOx催化机理生产硫酸铁和聚合硫酸铁的反应装置，它将NOx引入H₂SO₄和FeSO₄混合液中，然后用泵将液体送入喷射器，使液体分散在循环管内，在喷射器和反应罐之间安置气体联通管，反应中所需要的O₂通过接在联通道上供氧管提供，这样通过喷射器作用使液体在气相中充分分散，加强气液的接触和吸收，以达到提高反应速度的目的；但该方法生产PFS中NOx含量高，并且催化剂未作循环使用。

本发明的目的是提出一种以煤系硫铁矿为原料，利用HNO₃催化氧化来生产PFS和氧化铁黄颜料的生产方法和装置；该方法充分利用硫铁矿中硫、铁资源，利用系统中产生的NOx作催化剂来加速FeS₂氧化，从而使PFS、铁黄合成和FeS₂分解速度大大加快。本发明为煤系硫铁矿的综合利用和聚合硫酸铁及氧化铁黄颜料生产找到一条新途径。

本发明的技术实施方案包括两个方面：

一是硫铁矿湿法综合利用的新方法：

在FeS₂氧化反应器(6)中进行各种复杂氧化反应，其目的是制备H₂SO₄和FeSO₄并为Fe²⁺氧化提供催化剂NOx；在该反应器中进行反应可分两类：

其一是HNO₃氧化分解FeS₂其反应为：

其二是待HNO₃基本反应完后，主要进行的是Fe³⁺及NOx+O₂氧化FeS₂反应，其反应为：