一種高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置的製作方法

2023-06-29 10:47:41

專利名稱：一種高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於水處理的淨水劑、催化劑、吸收劑和砷解毒劑以及顏料、藥物的高活性超微粒氫氧化鐵的製備裝置，屬於氫氧化鐵製備技術領域。
背景技術：
目前，氫氧化鐵的製備通常採用如下方法①利用狗3+的水解反應因溫度升高而加強的原理，將飽和三氯化鐵溶液滴入沸水中， 繼續煮沸至溶液呈紅褐色即製得氫氧化鐵膠體，其化學反應式為Fe3+ + 3H20 — Fe (OH) 3 I + 3H+ ；②可溶性鹼和1 3+鹽溶液反應製取氫氧化鐵，例如氫氧化鈉和硫酸鐵反應生成氫氧化鐵膠體，其化學反應式為6Na0H + Fe2 (SO4) 3 — 2Fe (OH) 3 I + 3Na2S04③由可溶性1 3+鹽溶液加氨水沉澱製取氫氧化鐵膠體，例如三氯化鐵、硝酸鐵溶液加入氨水沉澱生成氫氧化鐵，其化學反應式為FeCl3 +3 NH3 + 3H20 = Fe (OH) 3 I + 3 NH4Cl上述幾種製備方法得到的氫氧化鐵，其化學式Fe (OH) 3,深棕色絮狀沉澱，相對密度為 3. 4 3. 9，加熱時逐漸分解而成氧化鐵。氫氧化鐵具有兩性，但其鹼性強於酸性，新製得的氫氧化鐵易溶於無機酸和有機酸，亦可溶於熱濃鹼。但新鮮的氫氧化鐵經放置或加熱過程 (即使是短時間的)很容易發生性質變化，表現為其在酸中的溶解度下降，特別隨著放置時間的延長，其越難溶於酸。
因此，現有氫氧化鐵製備方法存在問題(1)由於上述幾種製備方法得到的氫氧化鐵的組成是可變的，通常以狗203 · IIH2O(水合氧化鐵)表示，當n=3時其主要以狗(OH) 3形式存在，當n=l時其主要以FeO (OH)(羥基氧化鐵)形式存在。製備獲得的氫氧化鐵在放置沉澱和受熱過程中η值變小，η值變小伴隨兩種性質的改變，①沉澱顏色加深；②較難溶解於酸(或鹼)，化學活潑性相對減弱。該現象也就是氫氧化鐵的陳化現象，該陳化作用最終導致氫氧化鐵的化學活潑性下降，對氫氧化鐵在水處理過程中作為淨水劑、催化劑、吸收劑和砷解毒劑等作用能力與效率產生不利影響。
(2)上述幾種氫氧化鐵製備方法均需利用反應釜等專用設備，不僅存在設備複雜、 生產效率低與生產過程的熱量、藥品的損失問題，而且無法實現製備後氫氧化鐵的快速使用，尤其氫氧化鐵在轉運、存儲過程中不可避免地出現陳化現象，氫氧化鐵膠體凝結沉澱， 影響最終的使用的效果。發明內容
本發明針對現有氫氧化鐵製備技術存在的問題，在傳統氫氧化鐵製備原理與方法的基礎上，提供一種高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置，該裝置不僅解決了傳統氫氧化鐵製備過程化學藥劑混合控制問題，而且可以實現在線實時製備與即時使用，避免氫氧化鐵製備後存儲陳化導致的反應效率下降問題。
本發明的高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置採用以下技術解決方案該氫氧化鐵的快速製備裝置，包括鐵鹽藥劑進藥管、鹼性藥劑進藥套管、鹼性藥劑進藥管和離心泵，鹼性藥劑進藥套管套裝在鐵鹽藥劑進藥管上並固定連接在一起，兩者的內壁之間存在間隙，鹼性藥劑進藥套管的一端與離心泵的進口端連接，鐵鹽藥劑進藥管伸入離心泵的泵腔內，鐵鹽藥劑進藥管處於鹼性藥劑進藥套管外部的一段上設有鐵鹽藥劑控制閥，鹼性藥劑進藥套管上設有與其連通的鹼性藥劑進藥管，鹼性藥劑進藥管上安裝有鹼性藥劑控制閥。
所述鐵鹽藥劑進藥管中心線、鹼性藥劑進藥套管中心線和離心泵進口端中心線三線重合。
所述鐵鹽藥劑進藥管伸入離心泵泵腔內一端的端面與離心泵的葉輪鎖定件之間的距離為5mm 10mm。
應用時，鐵鹽藥劑溶液和鹼性藥劑溶液兩者按相應的投藥量比例進入離心泵，在離心泵旋轉葉輪的帶動下充分混合，發生化學反應，合成氫氧化鐵，氫氧化鐵溶液由離心泵出口排出，可以直接應用。
本發明利用鐵鹽藥劑與鹼性藥劑在離心泵泵腔葉輪內的混合實現高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備，實現了連續投藥，不僅解決了傳統氫氧化鐵製備過程化學藥劑混合控制問題，而且可以實現在線實時製備與即時使用，避免氫氧化鐵製備後存儲陳化導致的反應效率下降問題，製備的氫氧化鐵膠體為無定形超微粒一次粒子(約5nm)的集合體，具有超微粒高分散性；同時由於製備過程的快速反應，減少了氫氧化鐵膠體形成過程的陳化作用，具有非常高的化學活潑性。


圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖中1、鐵鹽藥劑進藥管，2、鐵鹽藥劑控制閥，3、連接法蘭盤，4、鹼性藥劑進藥套管，5、離心泵，6、離心泵進口法蘭，7、離心泵出口，8、離心泵泵腔，9、離心泵葉輪，10、葉輪鎖定件，11、鹼性藥劑進藥管，12、鹼性藥劑控制閥，a、鐵鹽藥劑進藥管端面與葉輪鎖定件距1 O具體實施方式
如圖1所示，本發明的高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置是利用鐵鹽藥劑與鹼性物質在離心泵泵腔葉輪內的混合作用實現氫氧化鐵的快速製備，包括鐵鹽藥劑進藥管 1、鹼性藥劑進藥套管4、鹼性藥劑進藥管11和離心泵5。離心泵5採用防腐耐磨離心泵，為現有技術，離心泵葉輪9處於離心泵泵腔8內，安裝在泵軸一端，並由葉輪鎖定件10軸向固定在泵軸上。鹼性藥劑進藥套管4套裝在鐵鹽藥劑進藥管1上，兩者的內壁之間具有一定間隙。鹼性藥劑進藥套管4的兩端均設有法蘭，其中一端與離心泵進口法蘭6連接，使鹼性藥劑進藥套管4連接在離心泵5的進口端。鐵鹽藥劑進藥管1上設有連接法蘭盤3和鐵鹽藥劑控制閥2，連接法蘭盤3與鹼性藥劑進藥套管4另一端的法蘭連接，使鐵鹽藥劑進藥管1與鹼性藥劑進藥套管4連接在一起。鐵鹽藥劑進藥管1中心線、鹼性藥劑進藥套管4中心線和離心泵進口法蘭7中心線三線重合。鐵鹽藥劑進藥管1伸入離心泵泵腔8內。鐵鹽藥劑控制閥2設在鐵鹽藥劑進藥管1位於鹼性藥劑進藥套管4外部的一段上。如圖2所示， 鹼性藥劑進藥套管4上設有與其連通的鹼性藥劑進藥管11，鹼性藥劑進藥管11上安裝有鹼性藥劑控制閥12。鐵鹽藥劑進藥管1、鹼性藥劑進藥套管4、鹼性藥劑進藥管5及控制閥等各部件均為抗酸鹼防腐材質，各部件的連接處採用防腐密封材料密封，避免酸鹼滲漏。
鐵鹽藥劑進藥管1與鹼性藥劑進藥套管4的管徑均按照輸送液體藥劑(分別為液體鐵鹽藥劑與液體鹼性藥劑)流速不小於1. Om/s控制。
同時，鐵鹽藥劑進藥管1伸入離心泵泵腔8內一端的端面與葉輪鎖定件10之間的距離a (參見圖1)為5mm 10mm，具體距離由鐵鹽藥劑的流量確定，一般保證鐵鹽藥劑溶液在鐵鹽藥劑進藥管端面與葉輪鎖定件10的間隙內的流速不小於1. Om/s。
當鐵鹽藥劑採用三氯化鐵，鹼性藥劑採用碳酸氫鈉時，上述氫氧化鐵的快速製備裝置，遵循如下化學反應方程式FeCl3 + 3NaHC0s = 3NaCl + Fe(OH)3 I + 3C02 個其中，為有效控制三氯化鐵與碳酸氫鈉化學反應強度，需將三氯化鐵濃度、碳酸氫鈉濃度分別控制在15%與2. 60%以內，兩者進入離心泵的投藥量的比例為體積比1:9，由此生成氫氧化鐵含量為10%的高活性超微粒氫氧化鐵膠體溶液。三氯化鐵與碳酸氫鈉藥劑消耗及氫氧化鐵產生量見下表。
權利要求
1.一種高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置，包括鐵鹽藥劑進藥管、鹼性藥劑進藥套管、鹼性藥劑進藥管和離心泵，其特徵是鹼性藥劑進藥套管套裝在鐵鹽藥劑進藥管上並固定連接在一起，兩者的內壁之間存在間隙，鹼性藥劑進藥套管的一端與離心泵的進口端連接，鐵鹽藥劑進藥管伸入離心泵的泵腔內，鐵鹽藥劑進藥管處於鹼性藥劑進藥套管外部的一段上設有鐵鹽藥劑控制閥，鹼性藥劑進藥套管上設有與其連通的鹼性藥劑進藥管，鹼性藥劑進藥管上安裝有鹼性藥劑控制閥。
2.根據權利要求1所述的高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置，其特徵是所述鐵鹽藥劑進藥管中心線、鹼性藥劑進藥套管中心線和離心泵進口端中心線三線重合。
3.根據權利要求1所述的高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置，其特徵是所述鐵鹽藥劑進藥管伸入離心泵泵腔內一端的端面與離心泵的葉輪鎖定件之間的距離為5mm IOmm0
全文摘要
本發明提供一種高活性超微粒氫氧化鐵的快速製備裝置，包括鐵鹽藥劑進藥管、鹼性藥劑進藥套管、鹼性藥劑進藥管和離心泵，鹼性藥劑進藥套管套裝在鐵鹽藥劑進藥管上並固定連接在一起，兩者的內壁之間存在間隙，鹼性藥劑進藥套管的一端與離心泵的進口端連接，鐵鹽藥劑進藥管伸入離心泵的泵腔內，鐵鹽藥劑進藥管處於鹼性藥劑進藥套管外部的一段上設有鐵鹽藥劑控制閥，鹼性藥劑進藥套管上設有與其連通的鹼性藥劑進藥管，鹼性藥劑進藥管上安裝有鹼性藥劑控制閥。本發明利用鐵鹽藥劑與鹼性藥劑在離心泵內的混合快速製備氫氧化鐵，可以實現在線實時製備與即時使用，減少了氫氧化鐵膠體形成過程的陳化作用，具有非常高的化學活潑性。
文檔編號C01G49/02GK102502862SQ201110340638
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉長青, 張峰, 張波, 畢學軍, 程麗華 申請人:青島理工大學