聚合硫酸鐵的七種制備方法

聚合硫酸鐵是一種優(yōu)良的混凝劑，混凝性能優(yōu)良，礬花密實(shí)，沉降速度快;凈水效果優(yōu)良，水質(zhì)好，不含鋁、氯及重金屬離子等有害物質(zhì)，亦無(wú)鐵離子的水相轉移，無(wú)毒，無(wú)害，安全可靠;適應水體PH值范圍寬為4—11，較佳PH值范圍為6-9，凈化后原水的PH值與總堿度變化幅度小，對處理設備腐蝕性小;對微污染、含藻類(lèi)、低溫低濁原水凈化處理效果顯著(zhù)，對高濁度原水凈化效果尤佳，投藥量小，成本低廉，處理費用可節省20%-50%。正因為聚合硫酸鐵的這一系列優(yōu)點(diǎn)，在我國20世紀80年代就得到了推廣應用，聚合硫酸鐵的制備方法有很多，主要有以下幾種:

1、鐵礦石酸溶氧化法

這種礦石主要是含四氧化三鐵的礦石。1000g含Fe3+58%、Fe2+11%的礦石與濃度為420g/L的硫酸混合,調整SO4/Fe比值為1.3-1.4,在90C使氧化物溶解30分鐘,98-99%的氧化鐵可以溶解。然后將上述反應液在氮氧化物的催化下,用空氣、氧氣或過(guò)氧化氫等氧化就可以制成聚合硫酸鐵。

2、以硫酸亞鐵、硫酸、氧氣為原料,硝酸為催化劑的合成法

硝酸為催化劑,其特點(diǎn)是在硫酸、硫酸亞鐵和水的混合液中加入少量的硝酸，還原產(chǎn)物一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮再氧化亞鐵離子，如此不斷循環(huán)直至亞鐵離子完全氧化。這種方法屬于氣液反應。較近美國也有利用類(lèi)似原理生產(chǎn)聚合硫酸鐵的專(zhuān)利。其生產(chǎn)過(guò)程是在70-1509C、-定的壓力及氮氧化物的催化下，用氧氣將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子。其工藝是將硫酸亞鐵和硫酸的混合液以噴射的方式注入反應器。在溶液的噴射過(guò)程中，它與氣相中的NO、NO2和O2反應，較后生成聚合硫酸鐵。

3、硝酸氧化-堿中和法

生產(chǎn)原料配比:硫酸亞鐵(FeSO4.7H2O(100%)100g;硫酸(H2S04)(98%)8.2ml;硝酸(HNO3)18.0ml;水214.5ml;碳酸氫鈉(0.5N)214.0ml。

加熱板的反應器內加入硫酸亞鐵、硫酸和水，升溫到60C,在劇烈攪拌下緩慢加入硝酸,升溫至90C,并持續攪拌直到99%的亞鐵離子氧化完全,反應時(shí)間為2h。然后降溫到50C,在攪拌條件下緩慢加入碳酸氫鈉溶液，30分鐘內加完。冷卻后測定樣品指標如下:Fe3+=40g/l,Fe2+0.2g/l,OH/Fe=0.3,pH=0.9-1.1。

目前在國內生產(chǎn)聚合硫酸鐵沒(méi)有采用加堿的方式。氫氧根與鐵離子的比值完全可以通過(guò)硫酸亞鐵和硫酸的加料比來(lái)控制，這樣可以減少生產(chǎn)工序和降低生產(chǎn)成本。

4、直接氧化法直接制備固體聚合硫酸鐵

硫酸亞鐵于氧化爐中在100--300C條件下加熱脫水氧化,生成堿式硫酸鐵,再與噴霧狀的硫酸反應生成固體聚合硫酸鐵。具體方法:在旋轉爐中加入500g硫酸亞鐵于空氣中,在.200C加熱3小時(shí)，得到300g固體堿式硫酸.鐵,將其粉碎與88g霧化狀硫酸反應,就可以制得固體聚合硫酸鐵。這種方法國內也有報道，此工藝簡(jiǎn)單，但存在亞鐵離子氧化率低的缺陷。

5、溶解加壓氧化法

將4000kg一水硫酸亞鐵(鐵含量為32%)和1165kg96%硫酸加入高壓反應釜中,升溫到1209C,然后向反應釜中通入氧氣(壓力為3巴),并不斷攪拌,當溶液中二價(jià)鐵離子的濃度低于0.1%時(shí),反應結束,將物料冷卻后,測定產(chǎn)品含鐵23.9%,其中不溶物含量低于0.1%。

將5000kg七水硫酸亞鐵(鐵含量為16.5%)和770kg93%硫酸加入高壓反應釜中，升溫到60C,然后通入氧氣(壓力為10巴)，并不斷攪拌，當溶液中二價(jià)鐵離子的濃度低于0.1%時(shí)，反應結束,將物料冷卻后,測定產(chǎn)品含鐵14%,其中不溶物含量低于0.1%。

6、氯酸鹽氧化法

將氯酸鹽或過(guò)氯酸鹽以固體的形式加入硫酸亞鐵含量為45--80%的懸浮液中。這種方法可以提高溶液中三價(jià)鐵離子的濃度。

合成方法:結晶硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)600份與150份水,105份濃硫酸混合,然后加入80份氯酸鈉。反應完畢可以得到含Fel(1I)200份,氯酸鹽50份的產(chǎn)品。此溶液是一種有效的混凝劑和殺菌劑，處理水時(shí)如以10份的劑量投加,凈化后每立方水中含2.5份氯酸鹽，這一含量對于殺菌是足夠的。這種方法將鐵鹽和殺菌劑的生產(chǎn)進(jìn)行了復合，使產(chǎn)品能起到混凝和殺菌的雙重作用,但此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品的鹽基度為零。這種方法在我國應用也很廣泛，不同的是我們生產(chǎn)時(shí),聚合硫酸鐵中不含有氯酸鹽,并且要有一定的鹽基度。此方法速度快,安全,但與氮氧化物催化法相比成本較高。

7、硫鐵礦法

在硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中，將粉碎硫鐵礦在高溫下用空氣氧化,生成二氧化硫和礦灰。礦灰中含有大量的三氧化二鐵(40--80%)，即三價(jià)鐵離子,故完全可以用于聚合硫酸鐵的生產(chǎn)。合成方法是將質(zhì)量濃度為35--45%的硫.酸與硫鐵礦礦灰(Fe203含量80%)按照化學(xué)計量值的110%混合，在105-110C反應至消耗掉90-100%的硫酸。過(guò)濾除去剩余固體,濾液用水稀釋至硫酸鐵含量為40--45%。這種方法可以制備穩定的聚合硫酸鐵溶液。