專利名稱：一種氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法。
背景技術(shù)：
目前在我國不少鋼鐵加工單位使用鹽酸酸洗工藝，這部分廢酸目前尚未得到充分利用。 通常是將廢酸與鐵屑反應(yīng)形成氯化亞鐵，然后再與氯氣反應(yīng)生產(chǎn)三氯化鐵溶液。雖然氯化 鐵溶液是一種腐蝕性比較強的無機混凝劑，但是在鐵鹽系列混凝劑中是一種非常好的混凝 劑。
在將氯化亞鐵氧化形成氯化鐵的途徑中，目前國內(nèi)外廣泛使用氯氣與氯化亞鐵溶液反 應(yīng)的機理，例如
2 FeCl2+Cl2= 2FeCl:,(式1) 由于酸洗廢液中往往含有過量的鹽酸，因此為了降低形成氯化鐵中游離酸的含量，往往必 須中和掉過量的鹽酸，形成氯化亞鐵，然后再用氯氣氧化。 Fe + 2HC1 = FeCl2 (式2) 2 FeCl2 + Cl2 二 2FeCl:!(式3)
在處理廢液時，如果氯化鐵的市場容量比較大時這種方法比較理想，即解決了酸的污 染，同時增加了產(chǎn)量。但是加入鐵屑或者鐵刨花等勢必增加氯化鐵的產(chǎn)量和廢液的處理量， 同時可以保證氯化鐵溶液中游離酸的含量在比較低的水平。如果市場容量比較小時，最理 想的方式是處理廢液，消耗掉過量鹽酸，氧化氯化亞鐵形成氯化鐵。
采用氯氣氧化具有很大的優(yōu)勢，例如氯氣氧化亞鐵離子的速度非?？?，不存在引入雜 質(zhì)問題，但是氯氣是劇毒的一級危險品，對儲運和使用過程有嚴(yán)格的要求，我國每年都發(fā) 生幾十次氯氣運輸和使用過程中漏氣的事故，小事故引起局部空氣污染和人員中毒，大的 事故往往造成成千上萬的居民或者員工的轉(zhuǎn)移，因此氯氣的使用存在非常大的隱患。
氯化亞鐵的氧化可以采用很多氧化劑，例如過氧化氫、氯酸鈉、氯酸鉀、次氯酸鹽、 硝酸等等，亞鐵離子的氧化過程要求氧化劑氧化速度快、價格低廉，只有這樣才能廣泛地 用于生產(chǎn)。我們以前曾經(jīng)報道過采用氧氣氧化和氮氧化物催化的方式制備聚合氯化鐵。其 反應(yīng)機理如下(聚合氯化鐵制備方法工業(yè)水處理1999， No. 6李風(fēng)亭，劉遂慶) HC1 + MN02= HN02 + MC1 (式4) 2HC1 + HN02+ 2FeCl2 = 2FeCl:, + 2N0+2H20 (式5)2N0+02 =N02(式3-43)
2HC1 + N02+2FeCl2 =2FeCl3 + NO亇+H20 (式6) 總反應(yīng)總式為
4FeCl2 +4HC1+ 02 = 4FeCl:, + 2H20 (式7) 式中M是堿金屬離子或堿土金屬離子
上述反應(yīng)機理完全可行，而且可以制備穩(wěn)定的氯化鐵溶液。由于氧氣的穩(wěn)定性和儲運 要求比較低，而且氧氣使用過程中的泄漏不存在二次污染問題，因此氧氣替代氯氣是一種 非常好的方法。另外從化合價態(tài)來看，氧氣分子量更小，可以從零價可以降低到負(fù)二價。 氧化1摩爾亞鐵離子需要1/4摩爾氧氣，約8g，而用氯氣氧化則需要1/2摩爾氯氣，約 17.5g。因此需要氯氣的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧氣。在內(nèi)以質(zhì)量計算氧氣和氯氣時，前者價格遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于后者，尤其是在采用液態(tài)氧的情況下。
由上述反應(yīng)式可以知道，氮氧化物催化氧化氯化亞鐵離子的反應(yīng)是一個典型的氣液反 應(yīng)，反應(yīng)速度的決定因素是NO的氧化速度和N02的溶解速度，而NO的氧化速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于后者，所以加快N02的溶解成為反應(yīng)速度的決定歩驟。加強氣體的溶解通常采用兩種方 法， 一是增大氣液的接觸表面積，另一種方法是增大氣液相的壓力。因此反應(yīng)的速度決定 了生產(chǎn)的效率。國內(nèi)外在解決氮氧化物催化氧化氯化亞鐵時，也是從這兩方面著手。上述 反應(yīng)中，催化劑不僅限于那些可與氯化亞鐵作用形成氮氧化物，在氯化亞鐵的混合液中可 溶的亞硝酸鹽和亞硝酸，硝酸鹽及硝酸對該反應(yīng)同樣具有催化作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目在于提出一種效果好、成本低的氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法。
本發(fā)明提出的氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，具體步驟如下
在室溫條件下，將氯化亞鐵和鹽酸的混合液加入到密封的反應(yīng)器中，利用循環(huán)泵從反 應(yīng)釜內(nèi)抽取液體，然后輸送到反應(yīng)器頂部的霧化器，霧化器在循環(huán)泵的壓力驅(qū)動或者電機 的驅(qū)動下，使液體霧化；在液體循環(huán)過程中，分別通過加氣管和加液管，向反應(yīng)器內(nèi)輸入 氧氣和亞硝酸鈉或者硝酸；由于重力的作用，在反應(yīng)器內(nèi)霧化顆粒液體下降，同時與氣相 中的氧氣和氮氧化物反應(yīng)，得到氯化亞鐵；其中，反應(yīng)進行和完成；氯化亞鐵、鹽酸、氧 氣和亞硝酸鈉或者濃硝酸的摩爾比為1: (0.9-1.1): (0.25-0.26): (0.01-0.08)。
本發(fā)明中，所述氧化亞鐵采用氯化亞鐵固體或來源于鋼鐵鹽酸酸洗廢液的氯化亞鐵。
本發(fā)明中，反應(yīng)在負(fù)壓條件下進行。本發(fā)明中，液體霧化過程采用加壓霧化或離心旋轉(zhuǎn)霧化中任一種，以保證液體顆粒在 10 — 500微米范圍內(nèi)就可以達到氧化的目的。加壓霧化時，壓力范圍為0. 3-l.OMPa，離心 旋轉(zhuǎn)霧化時，旋轉(zhuǎn)速度為3000 — 7000轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明中，反應(yīng)是在常溫下實施，當(dāng)然也可以采用加熱的方式。如果在室溫下實施反 應(yīng)，并采用絕熱的反應(yīng)器，氧化濃度11%的氯化亞鐵的溶液后，其溫度一般會上升40 — 60°C。
本發(fā)明中，所述反應(yīng)器可以采用反應(yīng)釜或反應(yīng)容器，材質(zhì)可以是搪玻璃、聚丙烯、聚 乙烯或ABS等耐腐蝕材料。所述循環(huán)泵可以是揚程在30米以上的離心泵或蠕動泵等，其 材質(zhì)與反應(yīng)器的材質(zhì)相同。
本發(fā)明中，反應(yīng)是在常溫下實施，當(dāng)然也可以采用加熱的方式。如果在室溫下實施反 應(yīng)，并采用絕熱的反應(yīng)器，氧化濃度11%的氯化亞鐵的溶液后，其溫度一般會上升40 — 60°C。
本發(fā)明的產(chǎn)品指標(biāo)為氯化鐵濃度5 — 16%，游離酸濃度低于O. 4%， Fe2+《0. 1%。
本發(fā)明的氯化亞鐵氧氣氧化方式具有快速、簡單、安全的特點，可以適用于氯化亞鐵 溶液、鋼鐵鹽酸酸洗溶液的氧化，用以制備和生產(chǎn)氯化鐵溶液，完全取代氯氣氧化法，具 有非常好的應(yīng)用價值和經(jīng)濟價值。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
生產(chǎn)時首先將含有氯化亞鐵和鹽酸的混合液加入反應(yīng)器中。從反應(yīng)器上半部抽取液 體，使之循環(huán)到反應(yīng)器頂部的霧化器，通過霧化器，液體分散成霧狀。同時，向反應(yīng)釜內(nèi) 通入氧氣和亞硝酸鈉溶液或者硝酸溶液。反應(yīng)過程中通過循環(huán)泵使液體在霧化器和反應(yīng)器 之間不斷循環(huán)，使亞鐵離子不斷氧化，直至亞鐵完全氧化。如果在室溫下開始反應(yīng)，反應(yīng) 結(jié)束后，溫度會上升40 60°C。氯化鐵指標(biāo)Fe'+: 5 16%;游離酸幼.4%; FeU。
實施例l:采用離心霧化的方式，氧化氯化亞鐵。霧化器的轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘。以
鋼鐵鹽酸酸洗廢液為原料制備氯化鐵溶液。鋼鐵酸洗廢液的指標(biāo)為Fe2+: 8.5%;游離
酸5.4%; Fe:'+ : 0. 4%,混合液起始溫度23°C。在6升玻璃容器中加入上述液體6公斤，開 啟循環(huán)泵，同時向玻璃容器內(nèi)連續(xù)加入氧氣和亞硝酸鈉水溶液。反應(yīng)20分鐘后，亞鐵離 子完全氧化(Fe"小于0.OP/。)，反應(yīng)液最終溫度61。C。消耗l: 2亞硝酸鈉溶液52g，氧氣 76g。
實施例2:采用壓力式霧化的方式，氧化氯化亞鐵。以鋼鐵鹽酸酸洗廢液為原料制備
氯化鐵溶液。鋼鐵酸洗廢液的指標(biāo)為Fe2+: 9.5%;游離酸10.4%; Fe:i+ : 0.4%，混合液起始溫度20。C。在6升玻璃容器中加入上述液體5.7kg，開啟循環(huán)泵，同時向反應(yīng)釜內(nèi)連 續(xù)加入氧氣和亞硝酸鈉水溶液。反應(yīng)18min后，亞鐵離子完全氧化(Fe3+小于0.01。/。)，反 應(yīng)液最終溫度64。C。消耗l: 2亞硝酸鈉溶液47g，氧氣82g。
權(quán)利要求
1.一種氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，其特征在于具體步驟如下在室溫條件下，將氯化亞鐵和鹽酸的混合液加入到密封的反應(yīng)器中，利用循環(huán)泵從反應(yīng)釜內(nèi)抽取液體，然后輸送到反應(yīng)器頂部的霧化器，霧化器在循環(huán)泵的壓力驅(qū)動或者電機的驅(qū)動下，使液體霧化；在液體循環(huán)過程中，分別通過加氣管和加液管，向反應(yīng)器內(nèi)輸入氧氣和亞硝酸鈉或者硝酸；由于重力的作用，在反應(yīng)器內(nèi)霧化顆粒液體下降，同時與氣相中的氧氣和氮氧化物反應(yīng)，得到氯化亞鐵；其中，反應(yīng)進行和完成；氯化亞鐵、鹽酸、氧氣和亞硝酸鈉或者濃硝酸的摩爾比為1∶(0.9-1.1)∶(0.25-0.26)∶(0.01-0.08)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，其特征在于所述氧 化亞鐵采用氯化亞鐵固體或來源于鋼鐵鹽酸酸洗廢液的氯化亞鐵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，其特征在于反應(yīng)在負(fù)壓條件下進行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，其特征在于液體霧 化過程采用加壓霧化或離心旋轉(zhuǎn)霧化中任一種，加壓霧化時，壓力范圍為0.3-l.OMPa，離 心旋轉(zhuǎn)霧化時，旋轉(zhuǎn)速度為3000 — 7000轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氯化亞鐵快速氧化制備氯化鐵的方法，具體步驟為在室溫條件下，將氯化亞鐵溶液晶體與鹽酸的混合液，或者鋼鐵的鹽酸酸洗液，在反應(yīng)器內(nèi)攪拌均勻，利用噴射器和循環(huán)泵使液體處于循環(huán)狀態(tài)，然后在常壓條件下，加入氧氣、亞硝酸鈉或者硝酸，從而實現(xiàn)氯化亞鐵溶液的氧化反應(yīng)，得到液體氯化鐵溶液。如果進一步濃縮，可以進一步得到固體氯化鐵晶體。本發(fā)明制備方法簡單，不需要使用氯氣作氧化劑，具有安全高效的特點；同時原料易得，成本低，具有廣泛的開發(fā)價值和應(yīng)用前景。
文檔編號C02F1/52GK101514034SQ20091004779
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者琪 周, 張冰如, 李風(fēng)亭 申請人:同濟大學(xué)