聚合氯化鐵的製備方法
2023-05-23 17:06:46
專利名稱：聚合氯化鐵的製備方法
技術領域：
本發明涉及水處理劑的製備方法，尤其涉及一種聚合氯化鐵的製備方法。
背景技術：
在工業化生產過程中，企業每天排放大量廢液、固體廢棄物。這些廢 棄物直接排放，既汙染了環境，又浪費了大量資源。為此，如何對這些廢 棄物中進行選擇性的綜合循環利用，實現"變廢為寶"正日益受到整個社 會的關注。
目前水處理劑只有三氯化鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等製備方法， 尚無聚合氯化鐵這種水處理劑的製備方法，但經過研究發現，其處理效果 要優於三氯化鐵，三氯化鐵是一種簡單的無機物，而聚合氯化鐵是一種高 分子無機物，對水質的淨化效果好。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種聚合氯化鐵的製備方法，採用含鐵酸 洗液或廢鹽酸及鐵粉、鐵屑生產聚合氯化鐵的方法實現降低生產成本，變 廢為寶，以及廢物的資源綜合利用。
本發明的另一個目的在於提供一種聚合氯化鐵的製備方法，將採用該 方法製得的產品應用於水質的淨化，水經聚合氯化鐵處理後，效果優於三 氯化鐵。
本發明所述的一種聚合氯化鐵的製備方法為
將含鐵酸洗液或廢鹽酸置於反應釜裝置中，同時加入鐵粉或鐵屑，酸 與鐵反應產生氯化亞鐵和氯化鐵溶液，經過過濾裝置，再加入催化劑並通 入氧氣，然後開啟循環裝置，使反應液循環3 — 5小時，待聚合反應完全； 將反應液轉入沉澱槽沉澱或以過濾方式對產品進行分離和富集。
反應釜裝置包括反應釜本體1、管道水力噴射器2、循環泵3及其連接管道。管道水力噴射口 4與氧化反應釜本體1的頂端開口 5相連接；循 環泵3位於氧化反應釜本體1的底端出口和管道水力噴射器進口 6之間； 管道水力噴射器側面開口7與氧化反應釜本體頂端一側開口8通過管道連 接。限流閥12為液體流量限制；反應完全後，反應液通過出口 13轉移到
沉澱槽或過濾裝置。出口 13的設置的具體位置不作為限定本發明的依據。 催化劑通過反應釜本體頂端一側催化劑加入口 9加入。氧氣經由反應 釜本體頂端一側氧氣通入口 IO通入。鐵粉或鐵屑經由反應釜本體頂端一 側加入口 11加入。所述的催化劑加入口 9、氧氣通入口 IO和鐵粉或鐵屑 加入口 11均為本體1頂端的一側開口，其作用是起到加料的作用，其各 自的具體位置及其開後的具體作用不作為限定本發明的依據。
含鐵酸洗液或廢鹽酸源自於工業生產的含鹽酸廢水，主要成分為氯化 亞鐵、氯化鐵、鹽酸及鐵，鐵元素主要以鐵離子的形式存於廢鹽酸液中。 含鐵酸洗液或廢鹽酸與鐵粉或鐵屑發生放熱反應，產生的熱能對物料起到 預加熱的作用。
催化劑亞硝酸鹽選自於NaN02或KN02。
催化劑用量為每噸反應液2.5 — 6.0kg，進一步選擇3.5 — 5.0 kg，優先 選擇4.5kg。
氧氣通入量為每噸反應液960 — 2400L，進一步選擇1440 — 2160L， 優先選擇1920L。
過濾裝置對含鐵酸洗液或廢鹽酸與鐵粉或鐵屑反應後的溶液起到過 濾作用，可以使用濾紙過濾、砂芯漏鬥過濾或沉澱等多種方式，如板框過 濾或過濾泵過濾。
循環裝置使得反應液在體系中得到循環流動，具體為循環泵。
反應釜由防酸材料(如聚丙烯)製成，可以使用搪瓷反應釜或者使
用鋼砼結構貼防酸材料(如石塊、耐酸瓷磚等)。
鐵粉或鐵屑為鐵生產企業廢料或冶煉過程中產生的廢料等。 鐵粉或鐵屑的用量根據廢酸中含鐵量具體確定鐵粉或鐵屑的加入量，
使得反應後得到的聚合氯化鐵中含有10% (W/W)全鐵百分量。生產10% (W/W)的聚合氯化鐵產品，含鐵酸洗液廢鹽酸中含鐵量.(指全鐵百分量)
X% (w/w)，則需每噸補充含鐵量(指全鐵百分量)10% —X% (w/w)。若鐵粉或鐵屑的含量(指全鐵百分量)為Y% (W/W)，損耗係數為10%， 則需每噸補充的
鐵粉或鐵屑=(10%-X%)x1000xll
Y%
X根據實測所得數值確定；Y根據實測所得數值確定。含鐵量的測定
方法可以參照國家標準GB14591—2006，本發明測定選用三氯化鈦法， 其具體方法如下
(1) 方法
在酸性榕液中，滴加三氯化鈦溶液將三價鐵離子還原為二價；過量的 三氯化鈦進一步將鎢酸鈉指示液還原生成"鉤藍"，使溶液呈藍色。在有 銅鹽的催化下，藉助水中的溶解氧，，化過量的三氯化鈦，待溶液的藍色 消失後，即以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定。
反應方程式為
iV++773+ =&2+ +774+
(2) 試劑和材料
① 鹽酸溶液濃鹽酸加入等體積水稀釋(1 + 1)
② 硫酸溶液濃硫酸加入等體積水稀釋(1 + 1)
③ 磷酸溶液濃磷酸/水為15 : 85，體積比
④ 硫酸銅溶液5g/L。
⑤ 三氯化鈦溶液量取25mL15。/。的三氯化鈦溶液，加人20mL鹽酸， 用水稀釋至100mL，混勻，貯於棕色瓶中，溶液上面加一薄層液體石蠟 保護，可用15天左右。
⑥ 鎢酸鈉指示劑25g/L。
稱取2.5g鎢酸鈉，溶解於70mL水中，加人7mL磷酸，冷卻後用水 稀釋至100mL,混勻，jfc於棕色瓶中。
⑦ 重鉻酸鉀標準滴定溶液c( 1 /6K2Cr2O7)=0.01 mol/L 。
⑧ 二苯胺磺酸鈉溶液5g/L。
(3) 分析步驟
5稱取約0.2g 0.3g試樣，精確至0.0002g。置於250mL錐形瓶中，加 鹽酸溶液10mL，硫酸溶液lOmL和鉤酸鈉指示劑lmL。在不斷搖動下， 逐滴加人三氯化鈦溶液直至溶液剛好出現藍色為止。用水衝洗錐形瓶內 壁，並稀釋至約150mL，加人2滴硫酸銅溶液，充分搖動，待溶液的藍 色消失後，加人磷酸溶液10mL和2滴二苯胺磺酸鈉指示劑，立即用重鉻 酸鉀標準滴定溶液滴定至紫色(30s不褪)即為終點。 (4)結果的計算
全鐵含量以質量分數W2計，數值以％表示，按式(2)計算
formula see original document page 6
(2)
式中
V—滴定時消耗重鉻酸鉀標準滴定溶液體積的數值，單位為毫升 (mL);
C—重絡酸鉀標準滴定溶液濃度的準確數值，單位為摩爾每升 —l/L);
M—鐵的摩爾質量的數值(55.85); m—試料質量的數值，單位為克(g)。 (5)允許差
取平行測定結果的算術平均值為測定結果，平行測定結果的絕對差值 不大於0.1%。
開啟循環裝置後，隨著液體的流動反應釜內形成負壓，料液和氧氣能 充分混合接觸。反應液循環的時間根據反應液的鹽基度加以確定，鹽基度 為40 — 80%時終止反應。
鹽基度的測定方法可以參照國家標準GB14591 — 2006，本發明測定 鹽基度的具體方法如下
(1) 方法
在試樣中加入定量鹽酸溶液，再加氟化鉀掩蔽鐵，然後用氫氧化鈉標 準滴定溶液滴定。
(2) 試劑和材料① 鹽酸溶液濃鹽酸加入三倍體積水稀釋(1+3)。
② 氫氧化鈉溶液4g/L
③ 鹽酸標準溶液c(HCl一O.l mol/L
④ 氟化鉀溶液500g/L
稱取500 g氟化鉀，以200mL不含二氧化碳的蒸餾水溶解後，稀釋 到400mL。加人2mL酚酞指示劑並用氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液調節溶液 至微紅色，濾去不溶物後貯存於塑料瓶中。
(D氫氧化鈉標準滴定溶液c(NaOH) = 0.1 mol/L。
⑥酚酞指示劑10g/L乙醇溶液。
(3) 分析步驟
稱取約(1.2 1.3) g試樣，精確至0.0002g，置於400mL聚乙烯燒 杯中，用移液管加人25mL鹽酸標準溶液，加20mL煮沸後的蒸餾水，搖 勻，蓋上表面皿。在室溫下放置10min，再加人氟化鉀溶液10mL，搖勻， 加5滴酚酞指示劑，立即用氫氧化鈉標準滴定溶液滴定至淡紅色(30s不褪) 為終點。同時用煮沸後冷卻的蒸餾水代替試樣做空白試驗。
(4) 結果的表述 鹽基度含量以質量分數W5計，數值以％表示，按式(4)計算
藤17.0環...................(4)
18.62
式中
Vo—空白消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積的數值，單位為毫升(mL); V—試樣消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積的數值，單位為毫升(mL);
c一氫氧化鈉標準滴定溶液濃度的準確數值，單位為摩爾每升
(mol/L);
M—氫氧根摩爾質量的數值，單位為克每摩爾(g/mol)[M(OH)-17.0];
W4—試樣中三價鐵的質量分數，WfW!—W3或W4=W2 — W3;
18.62—鐵摩爾質量M(l/3Fe) , g/mol;
M—試料質量的數值，單位為克(g)。
(5) 允許差取平行測定結果的算術平均值為測定結果，平行測定結果的絕對差值 不大於0.2%。
反應釜利用循環泵和管道水力噴射器將料液和氧氣充分混合接觸反 應，不需要通入蒸汽和使用攪拌裝置攪拌，節能環保。
反應完全後採用自然沉澱的方法分離聚合氯化鐵、使用板框壓濾機壓 濾的方式或將自然沉澱的方法與板框壓濾機壓濾聯合使用。
本發明技術方案實現的有益效果
本發明採用鐵粉或三氯化鐵為原料，生產成本低。採用含鐵酸洗液或 廢鹽酸為反應液，酸的濃度低，反應溫和，不產生汙染環境的廢氣，實現 了廢棄資源的綜合利用。利用酸和鐵的放熱反應對反應原料進行預加熱， 實現了反應化學能的充分利用，節省了後續能源消耗，然後經循環泵及管 道噴射器循環3 — 5小時，使料液和氧氣充分混合接觸反應，進一步節省 了能源消耗。
圖1為本發明反應釜裝置一實施 1表示氧化反應釜本體 2表示管道水力噴射器 3表示循環泵 4表示管道水力噴射口 5表示氧化反應釜本體的頂端開口 6表示管道水力噴射器進口 7表示管道水力噴射器側面開口
:勺結構圖。
8表示氧化反應釜本體頂端一側開口
9表示催化劑加入口
10表示氧氣通入口
11表示鐵粉加入口
12表示限流閥
13表示出口
具體實施例方式
以下結合附圖詳細描述本發明的技術方案，本發明實施例僅用以說明 本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說 明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對發明的技術方案進行修改或 者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發 明的權利要求範圍中。實施例1
圖1為本發明所述製備方法中反應釜裝置的結構圖。如圖1所示，本
發明所述的反應釜裝置包括反應釜本體1、管道水力噴射器2、循環泵3
及其連接管道。
管道水力噴射口 4與氧化反應釜本體1的頂端開口 5相連接；循環泵
3通過管道將氧化反應釜本體1的底端出口和管道水力噴射器進口 6相連 接，形成閉合循環體系；管道水力噴射器側面開口 7與氧化反應釜本體頂 端一側開口 8通過管道連接。限流閥12為液體流量控制閥；反應完全後， 反應液通過出口 13轉移到沉澱槽或過濾裝置。
催化劑通過反應釜本體頂端一側催化劑加入口 9加入。氧氣經由反應 釜本體頂端一側氧氣通入口 IO通入。鐵粉或鐵屑經由反應釜本體頂端一 側加入口 11加入。
實施例2
鹽酸廢酸液加入耐酸反應釜中，根據原料的含鐵量換算加入鐵屑(全 鐵百分量為90%)，使得產品中含鐵量為10% (w/w)，與鹽酸發生放熱 反應產生的熱量進行預加熱，同時加入催化劑NaN03。然後利用循環泵 和管道水力噴射器循環3小時，將料液和總量為1920L氧氣充分混合接 觸反應，再進入沉澱槽，經自然沉澱分離所得產物為聚合氯化鐵。
實施例3
含鐵量(指含全鐵百分量)7.0% (w/v)的廢鹽酸酸洗液加入耐酸反 應釜中，再向每噸廢液中加入含鐵量(指全鐵百分量90%)的鐵粉約 48.9kg，酸和鐵產生反應，產生的熱量進行預加熱，同時加入催化劑NaN03 和通入1920L氧氣，利用循環泵和管道水力噴射器循環4小時，將料液 和氧氣充分混合接觸反應，進入中間池，再經板框壓濾機壓濾分離所得濾 液即為含鐵量(指含全鐵量)為10%的聚合氯化鐵產品。
權利要求
1、一種聚合氯化鐵的製備方法，包括如下步驟將含鐵酸洗液或廢鹽酸置於反應釜裝置，加入鐵粉或鐵屑，然後加入催化劑亞硝酸鹽並通入氧氣，再開啟循環裝置，使反應液循環3—5小時，待聚合反應完全；將反應液轉入沉澱槽沉澱或以過濾方式對產品進行分離和富集。
2、 根據權利要求1所述的的聚合氯化鐵的製備方法，其特徵在於所 述的催化劑用量為每噸反應液2.5 — 6.0kg。
3、 根據權利要求1所述的聚合硫酸鐵的製備方法，其特徵在於所述 的催化劑用量為每噸反應液4.5kg。
4、 根據權利要求1所述的的聚合氯化鐵的製備方法，其特徵在於所 述的氧氣通入量為每噸反應液960—2400L。
5、 根據權利要求1所述的聚合硫酸鐵的製備方法，其特徵在於所述的氧 氣通入量為每噸反應液1920L。
6、 根據權利要求1所述的聚合氯化鐵的製備方法，其特徵在於所述 的反應釜裝置包括氧化反應釜本體(1)、管道水力噴射器(2)和循環泵(3);管道水力噴射口 (4)與氧化反應釜本體(1)的頂端開口 (5)相連 接；循環泵(3)位於氧化反應釜本體(1)的底端出口和管道水力噴射 器進口 (6)之間；管道水力噴射器側面開口 (7)與氧化反應釜本體頂 端一側開口 (8)通過管道連接，限流閥(12)為液體流量控制閥；反應 完全後，反應液通過出口 (13)轉移到沉澱槽或過濾裝置。
7、 根據權利要求6所述的聚合氯化鐵的製備方法，其特徵在於所述的 反應釜本體頂端一側加入口 (9)加入催化劑，加入口 (10)通入氧氣，加入 口 (11)加入鐵粉。
8、 根據權利要求l所述的聚合氯化鐵的製備方法製得的產品，在水質 的淨化中的應用。
全文摘要
一種聚合氯化鐵的製備方法，將含鐵酸洗液或廢鹽酸置於反應釜裝置中，同時加入鐵粉或鐵屑，酸與鐵發生放熱反應產生的熱能對物料預加熱，然後加入催化劑並通入氧氣，再開啟循環泵，使反應液循環3-5小時，待聚合反應完全；將反應液轉入沉澱槽沉澱或以過濾方式對產品進行分離和富集。採用含鐵酸洗液或廢鹽酸生產聚合氯化鐵的方法降低生產成本，實現廢物的資源綜合利用。
文檔編號C01G49/10GK101462776SQ20091004498
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者金月祥 申請人:金月祥