本發(fā)明涉及一種聚合氯化硫酸鐵的合成方法。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)鈦白粉產(chǎn)量和鋼鐵的產(chǎn)量居世界前列，但是工藝較落后，鈦白粉多采用硫酸法生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量含鐵廢硫酸；在鋼鐵電鍍行業(yè)采用鹽酸進(jìn)行除銹，產(chǎn)生大量含鐵廢鹽酸。目前的解決方法多為用堿進(jìn)行中和，產(chǎn)生大量廢渣，并且成本很高。部分企業(yè)為節(jié)約成本而偷排，造成環(huán)境污染。
目前在我國(guó)的污水處理領(lǐng)域，鐵系水處理藥劑是最主要的藥劑。聚合硫酸鐵、三氯化鐵等單一凈水藥劑均在各種紙漿廢水、印染廢水、市政污水等領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。目前這二種產(chǎn)品主要采用鐵礦酸溶法和亞鐵氧化法進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較高，容易產(chǎn)生污染，制約著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。
中國(guó)專(zhuān)利CN02128373.7《聚合氯化硫酸鐵凈水劑的生產(chǎn)新工藝》公開(kāi)的方法是：用硫酸亞鐵、氯氣為原材料，用氣液帶壓式內(nèi)循環(huán)方式混合吸收氧化。此方法采用劇毒的?；仿葰庾鳛檠趸瘎?，反應(yīng)不易控制，對(duì)設(shè)備的要求高，如果操作不當(dāng)造成氯氣泄漏容易造成中毒。
中國(guó)專(zhuān)利CN201510202784.0《一種酸洗廢液制備聚合氯化硫酸鐵的方法》公開(kāi)的方法是：用鋼鐵酸洗廢液、硫酸亞鐵或鐵粉及濃鹽酸、濃硫酸為原材料，加入固體穩(wěn)定劑磷酸鹽，然后加熱到60-100℃，您加入硝酸鈉、碘化鉀作為催化劑，氧氣作為氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，涉及的設(shè)備有循環(huán)反應(yīng)器、氣體分部器、塔式反應(yīng)器等，總反應(yīng)時(shí)間13-31小時(shí)。該方法操作繁瑣，需要額外能耗加熱，引入太多雜質(zhì)離子，設(shè)備復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)中幾乎不具備可操作性。
中國(guó)專(zhuān)利CN200910068445.2《一種用雙氧水氧化制備聚合氯化硫酸鐵的工藝》公開(kāi)的方法是：以硫酸亞鐵和鹽酸為原料，用過(guò)氧化氫進(jìn)行氧化，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)堿化度，并在老化槽中熟化10天。該方法耗時(shí)太長(zhǎng)，成本偏高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中含鐵廢水處理成本高，效果不理想的缺陷，提供一種聚合氯化硫酸鐵的制備方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
一種聚合氯化硫酸鐵的合成方法，包括以下步驟：
1)、在第一攪拌池里加入含鐵廢硫酸，通過(guò)投加七水硫酸亞鐵和硫酸，使溶液中的Fe2+的含量≥4.5wt％，H2SO4的含量≥6.0wt％，得到復(fù)配含鐵廢硫酸；
2)、在第二攪拌池里加入含鐵廢鹽酸，通過(guò)投加七水硫酸亞鐵和鹽酸，使溶液中的Fe2+的含量≥11wt％，HCl的含量≥6.0wt％，得到復(fù)配含鐵廢鹽酸；
3)、在第三攪拌池內(nèi)按照質(zhì)量比為1：0.25～1：1.39～1.49加入復(fù)配含鐵廢硫酸、復(fù)配含鐵廢鹽酸和七水硫酸亞鐵，打入循環(huán)氧化反應(yīng)釜，打開(kāi)循環(huán)泵開(kāi)始循環(huán)；
4)、將氯酸鈉配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～50wt％的氯酸鈉溶液；
5)、向循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)加入氯酸鈉溶液，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)釜內(nèi)物料升溫10～15℃，氯酸鈉溶液的總投加時(shí)間為5min，氯酸鈉溶液的總投加量與循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)含鐵廢鹽酸、復(fù)配含鐵廢硫酸和七水硫酸亞鐵總質(zhì)量的質(zhì)量比為0.0075～0.0094：1；
6)、將亞硝酸鈉配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～25wt％的亞硝酸鈉溶液；
7)、向循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)緩慢加入亞硝酸鈉溶液，同時(shí)通入氧氣，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力為0.15～0.30MPa，亞硝酸鈉溶液總投加時(shí)間為1.5～3.0h；亞硝酸鈉溶液的總投加量與循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)含鐵廢鹽酸、復(fù)配含鐵廢硫酸和七水硫酸亞鐵總質(zhì)量的質(zhì)量比為0.0144～0.0288:1；
8)、當(dāng)反應(yīng)溫度到達(dá)75±5℃，且物料溫度和循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)壓力10分鐘內(nèi)無(wú)明顯變化時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，檢驗(yàn)合格后，制得聚合氯化硫酸鐵成品。
進(jìn)一步的，含鐵廢鹽酸中Fe2+含量1.5～4.5wt％，硫酸含量13.0～24.0wt％；含鐵廢鹽酸中Fe2+含量6.0～11.0wt％，鹽酸含量1.5～6.0％。
進(jìn)一步的，所述步驟7)中氧氣的投加量與亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為0.6～0.75：1。
進(jìn)一步的，化驗(yàn)合格指產(chǎn)品中全鐵含量為10.0～11.5wt％，F(xiàn)e2+≤0.1wt％，鹽基度為4～16％。
進(jìn)一步的，所述七水硫酸亞鐵的有效成分≥85.0wt％，硫酸有效成分為90.0～98.0wt％，鹽酸有效成分30.0～32.5wt％；氯酸鈉、亞硝酸鈉和氧氣的有效成分≥99wt％。
進(jìn)一步的，所述的循環(huán)氧化反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜主體、循環(huán)噴射器和循環(huán)泵等組成的一整套設(shè)備。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：
一、本發(fā)明利用含鐵廢鹽酸和含鐵廢鹽酸制備聚合氯化硫酸鐵，降低了廢酸對(duì)環(huán)境的污染，變廢為寶，所得產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，綜合利用了資源。
二、本發(fā)明先采用氯酸鈉作為氧化劑，提升了氧化反應(yīng)的初始速度，使整個(gè)系統(tǒng)溫度上升，節(jié)省了額外升溫的能耗，對(duì)后續(xù)催化氧化具有促進(jìn)作用；然后使用氧氣為氧化劑，避免了使用氯氣或雙氧水的危害，同時(shí)節(jié)省成本；反應(yīng)過(guò)程無(wú)需額外加入其他催化劑和穩(wěn)定劑，不引入其他雜質(zhì)離子，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
三、整個(gè)反應(yīng)只需2～4小時(shí)，氧化反應(yīng)過(guò)程平穩(wěn)有序，無(wú)突然升溫降溫過(guò)程，安全可靠，密閉反應(yīng)，無(wú)有害氣體出來(lái)，設(shè)備和工藝簡(jiǎn)便、可行，設(shè)備投入低，操作簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。所得的聚合氯化硫酸鐵與傳統(tǒng)聚合硫酸鐵相比，穩(wěn)定性好，絮凝效果更好，生產(chǎn)成本更低，生產(chǎn)周期明顯縮短，節(jié)約能耗，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例
一種聚合氯化硫酸鐵的合成方法，包括以下步驟：
1)、在第一攪拌池里加入5.25t含鐵廢硫酸，含鐵廢鹽酸中Fe2+含量為4.0wt％，硫酸含量為20wt％，然后投加0.35t七水硫酸亞鐵和0.4t硫酸，得到復(fù)配含鐵廢硫酸；
2)、在第二攪拌池里加入含鐵廢鹽酸，含鐵廢鹽酸中Fe2+含量為8wt％，鹽酸含量為3％。，然后投加0.35t七水硫酸亞鐵和0.4t硫酸，得到復(fù)配含鐵廢鹽酸；
3)、將復(fù)配含鐵廢硫酸、復(fù)配含鐵廢鹽酸打入第三攪拌池內(nèi)，加入七水硫酸亞鐵8.94t，攪拌均勻后，打入循環(huán)氧化反應(yīng)釜，打開(kāi)循環(huán)泵開(kāi)始循環(huán)；
4)、將氯酸鈉配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～50wt％的氯酸鈉溶液；
5)、向循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)加入氯酸鈉溶液，同時(shí)升溫10～15℃，氯酸鈉溶液的總投加時(shí)間為5min，氯酸鈉溶液的總投加量為188kg；
6)、將亞硝酸鈉配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～25wt％的亞硝酸鈉溶液；
7)、向循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)緩慢加入亞硝酸鈉溶液，同時(shí)通入氧氣，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力為0.15～0.30MPa，亞硝酸鈉溶液總投加時(shí)間為1.5～3.0h；亞硝酸鈉溶液的總投加量為335kg；通入氧氣總計(jì)251kg。
8)、當(dāng)反應(yīng)溫度到達(dá)75±5℃，且物料溫度和循環(huán)氧化反應(yīng)釜內(nèi)壓力10分鐘內(nèi)無(wú)明顯變化時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，分析成分。
9)、分析成分，產(chǎn)品中全鐵含量為10.0～11.5wt％，F(xiàn)e2+≤0.1wt％，鹽基度為4～16％。
將實(shí)施例的聚合氯化硫酸鐵產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)聚合硫酸鐵、標(biāo)準(zhǔn)三氯化鐵的凈水效果對(duì)比，具體如下：
取本實(shí)施例的聚合氯化硫酸鐵產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)聚合硫酸鐵、標(biāo)準(zhǔn)三氯化鐵各0.6mL，投入1L某紙漿廠制漿廢水二沉池出水中，進(jìn)行混凝攪拌試驗(yàn)，結(jié)果如下表所示：
由上表可以看出，本發(fā)明的聚合氯化硫酸鐵產(chǎn)品在化學(xué)需氧量、色度、懸浮物的去除率上均較普通的聚合硫酸鐵和三氯化鐵有明顯的優(yōu)勢(shì)。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。