聚合硫酸铁的制备及应用

概述^[1][2]

聚合硫酸铁固体产品为淡黄色无定型的树脂状物。液体产品为红褐色或深红褐色的粘稠液。以铁屑、铁矿粉或铁矿熔渣粉或以钛白粉生产的副产物或钢铁硫酸酸洗废液中的硫酸亚铁为原料，经氧化聚合反应而得。聚合硫酸铁中存在有 [Fe₂(OH)₄]²⁺、 [Fe(H₂O)₆]³⁺和[Fe₈(OH)₂₀]⁴⁺等高价和多核络离子，因此，具有快速混溶、中和电荷、水解架桥、混凝沉淀等作用，广泛用于原水、饮用水、自来水、工业用水、工业废水及城市污水的处理。

制备^[2]

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。

CN94118535.4提供一种新工艺：在常温常压下，将900公斤工业硫酸亚铁、129.2公斤硫酸、45.8公斤亚硝酸钠及1253.4公斤水依次加入3M³反应釜中，总硫酸根与总铁的摩尔比为1.2224，初始氢离子浓度为1.9274M。启动搅拌机，使各组分迅速混和均匀;然后缓缓旋开氧气阀，将氧气流量调节在5.4M³/h，并开始加热;控制反应温度在110-125℃范围内，并通过调节放气阀将系统压力控制在1.2-4.0atm之间，系统压力经历升高、降低、再升高、再降低，如此三次循环;反应在62分钟内结束，即可制得一种均质、棕红色粘稠状、性能稳定、盐基度为20.68%、总铁含量为245.2g/l的聚合硫酸铁原液，检测不出亚铁离子。这些原液经加入690公斤水稀释后即制得2.04M³盐基度为20.68%、总铁含量为162g/l的液体聚合硫酸铁产品;原液经喷雾干燥即可制得约1090公斤固体聚合硫酸铁。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明提供的生产新工艺，缩短了反应时间，提高了生产效率和设备利用率，降低了生产成本。

（2）本发明提供的生产新工艺，使反应过程对酸度的依赖性大为降低，从而显著地提高了产品的盐基度，大大地改善了产品的絮凝效果。

（3）本发明提供的生产新工艺，减少了催化剂及氧化剂的用量，基本消除了反应过程中放出氮的氧化物，减少了环境污染。

（4）本发明提供的生产新工艺，用以生产固体聚合硫酸铁，能显著地提高产品的盐基度，大幅度降低能量消耗，从而大大地降低了生产成本。

应用^[3]

一种利用高纯度固体聚合硫酸铁进行水处理的方法， 其步骤为：

步骤一，选用纯度为含铁量在23%以上的高纯度固体聚合硫酸铁作为水处理的净化剂。

步骤二，对固体聚合硫酸铁的投加设备和工具进行改变，将原来适合于液体的投加设备和工具，改变成适合于固体的投加设备和工具。

步骤三，把固体聚合硫酸铁直接均匀地撒向所要处理的水面，事先无需将固体聚合硫酸铁投入溶矾池，注入自来水搅拌使之水解。

步骤四，对于已投放了固体聚合硫酸铁将要处理的水，无需搅动，固体聚合硫酸铁在溶解时，会产生动能与所处理的水充分接触。

步骤五，静置2-3天后，水处理完成。

本发明的有益效果。

（1）本发明可以杀死水中红线虫及一些微生物，通过固体聚合硫酸铁与所要处理的水相结合后发热的功效，杀死水中红线虫及一些微生物。

（2）投加的固体聚合硫酸铁用量小，水处理效果好。

（3）投加固体聚合硫酸铁的方法简单、均匀，无需在做前期的溶解工作和投入后的搅动工作。

（4）投药设备简单，省人省力省功。

（5）絮凝快，矾花时间长，凝聚功能强。  

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] CN94118535.4聚合硫酸铁的生产新工艺

[3] CN201310387083.X 一种利用固体聚合硫酸铁进行水处理的方法