一個液相法工藝流程生產氧化鐵及硫酸鉀、氯化銨的製作方法
2023-05-25 12:23:26
專利名稱：一個液相法工藝流程生產氧化鐵及硫酸鉀、氯化銨的製作方法
技術領域：
本發明屬化工生產領域，涉及工業化的氧化鐵及硫酸鉀、氯化銨的生產方法(工藝流程)。1.工業氧化鐵是生產鐵氧體磁性材料最基礎的原料，而後者廣泛用於各種通信、廣播電視、計算機及其它電子工業；硫酸鉀主要用於忌氯的經濟作物，如菸草、茶葉、果樹、葡萄、馬鈴薯、 藥材、高檔蔬菜等。因此，無論工業氧化鐵，還是硫酸鉀，市場前景均非常廣闊。2.國內外生產工業氧化鐵和硫酸鉀的工藝路線2.1生產工業氧化鐵的工藝路線2.1.1硫酸亞鐵在稀鹼(NaOH)溶液中通入O2進行氧化，生成α-鐵的氫氧化物[α-(FeO)OH]，再經高溫焙燒生成α-Fe2O3。2.1.2硫酸亞鐵在濃鹼(NaOH)溶液中加O2生成Fe(OH)3和Fe(OH)2，高溫下焙燒生成α-Fe2O3。2.1.3氯化亞鐵(FeCl2)在濃鹼(NaOH)溶液中通入O2氧化生成鐵的氫氧化物，高溫還原條件下生成Fe3O4，再經200-300℃下氧化生成α-Fe2O3。(以上參考1、Penniman RS，Zoph NM.1921，US.Patent，1368784；2、Camras M.1954，US.Patent，2694695；3、Van Oosterhout GW.1965，Proc.Int.Conf.on Magnetism，Nottingham，P.529；4、Yamamoto N.1968，Buil.Inst.Chem.Res.Kyoto Uaiv.，46，28；5、Leutner B，et al.1973，US.Patent，3769087；6、Umano S.1975，Japan Patent，7580499；7、Koster EG，et al.1976，Ger Patent，2447386；8、Лукащина，Е.Н.Технология химии，1980(1)8-109、蘇聯專利，CCCP，1975，47804210、Wohlfarth主編.劉增屯等譯.鐵磁性材料—磁有序物質特性手冊.卷II.
北京電子工業出版社，1993，266-336)2.1.4上述工藝路線的共同特點①中間產物均是生成鐵的氫氧化物膠體，很難過濾，也無法用水充分衝洗除去雜質；②由於在NaOH溶液中反應，在氫氧化鐵膠體表面必將包敷含硫酸鈉或氯化鈉的水膜，因此影響氧化鐵的質量；③均有廢料硫酸鈉或氯化鈉。2.2硫酸鉀生產的工藝路線2.2.1曼海法(Mannheim，又稱硫酸法)目前世界上硫酸鉀總產量的一半系此法生產，該方法的反應分兩步進行
每生產1噸硫酸鉀副產27％鹽酸1.5噸。2.2.2複分解法生產原料有Na2SO4、(NH4)2SO4、CaSO4、MgSO4等。鉀的轉化率較低，僅為28.9％-84％，而且有副產品NaCl、CaCl2、MgCl2等，難以處理。2.2.3締置法原料和化學反應與曼海姆法相同，不同之處是加入有機醇和有機胺締合劑，代替了曼海姆法需高溫才能進行的第二步反應。2.2.4溶劑萃取法以色列IMI公司最推崇的方法，利用萃取劑可完成Mannheim法第二步需高溫才能完成的反應。腐蝕性降低，設備投資約減少一半，但萃取劑價格高，所以生產成本較高。
以上方法的主要問題是有廢物(廢渣或廢液)產生或生產成本太高。
(以上部分參考1、潘長華主編.實用小化工生產大全.第一卷無機化工產品·復混肥料·農藥·獸藥，化學工業出版社，1996，415-4202、汪家銘.國內外硫酸鉀的生產狀況與市場前景.化工商品科技情報，1995(2)26-303、童義平.國外K2SO4生產綜述.海湖鹽與化工，1995，24(2)42-444、寇麗華.國內外硫酸鉀生產與消費情況.湖北化工，1995，(3)11-145、董萬森.我國硫酸鉀生產概況.化工科技動態，1995，(7)4-56、楊金習.生產硫酸鉀新工藝的研究.海湖鹽與化工，1995，24(2)1-37、張夫道.我國硫酸鉀生產技術的新突破.土壤肥料，1997，(1)468、專利一種製取硫酸鉀的方法，CN10936799、專利manufacture of potassium sulfate and ammunium potassium sulfatefrom potassium chloride and waste iron(II)sulfate，CA104170872u10、專利Use waste iron(II)sulfate for preparation of ammunium potassiumsulfate and iron oxides，CA11426639n)3.本發明人曾於1994-1996年與南京暢暢技術化學有限公司合作，用固相化學配位法生產硫酸鉀及副產品氧化鐵和氯化銨。該固相法的特點是在固相條件下，Fe3+與SO42-配合轉變為穩定的Fe2O(SO4)2配位體，用適量硫酸溶解，加氨生產硫酸銨和氫氧化鐵。
鑑於目前國內外在工業化氧化鐵生產中存在的問題，本發明擬找到一種在常溫常壓下將生產氧化鐵的主要化學反應步驟在溶液狀態下完成的工藝方法，其生產過程中副產品都具有明顯的工業價值。
本發明將生產工業氧化鐵和硫酸鉀、氯化銨有機地結合在一起，一套工藝流程生產三個產品。本發明明顯的具有以下特點即本發明是利用鈦白粉廠、鋼鐵廠、油脂化工廠等廠的廢料硫酸亞鐵為原料，是對工業廢料的綜合利用，整個生產過程物盡其用，沒有廢料排出，達到了清潔化生產的要求；本發明生產工業氧化鐵的中間產物是FeCO3沉澱，可充分衝洗去雜，產品穩定，鐵的轉化率高，達95％以上；本技術採用特殊介質將硫酸鉀與氯化銨分離，分離完全，鉀的轉化率高，可達98％以上，氨的回收率可達99％。三個產品質量均符合國家的有關標準，其中，工業氧化鐵符合我國電子工業部SJ/T10383-93一等品規定的指標，農用硫酸鉀符合國家標準ZB/TG21006-89優等品規定的指標，農用氯化銨符合國家標準GB2946-92優等品規定的指標。為區別於本發明人1994-1996年與南京暢暢技術化學有限公司合作、用固相化學配位法生產硫酸鉀及副產品氧化鐵和氯化銨的技術，故將本發明生產氧化鐵、硫酸鉀及氯化銨的方法稱為液相法。本發明主要工藝路線1.硫酸亞鐵溶解去雜本技術利用其它工業的廢料硫酸亞鐵，因含雜質較多，需去雜。除了用Fe粉NH3，pH 2-8(優化範圍pH4-6)之外，還在低溫條件下(10-20℃)將硫酸亞鐵重結晶。重結晶後的硫酸亞鐵再重新溶解成硫酸亞鐵溶液。2.碳酸亞鐵的生成在常溫範圍內(大於1℃，小於100℃。優化溫度範圍50-80℃)，在以上重新溶解的硫酸亞鐵溶液中加入碳酸鹽(碳酸鉀、碳酸銨及其他碳酸鹽)等，並通入液氨，在氧化劑(通空氣、KOH、高錳酸鉀等氧化劑)的協助下，生成碳酸亞鐵沉澱。3.焙燒製取氧化鐵碳酸亞鐵在900-950℃下焙燒，生成α-氧化鐵。4.硫酸鉀和氯化銨的生產製取碳酸亞鐵沉澱後的上清液(硫酸銨溶液)加入氯化鉀，進行複分解反應，生成硫酸鉀和氯化銨，加NH3，使硫酸鉀沉澱，再經離心甩水機分離硫酸鉀，烘乾後即為成品。分離出硫酸鉀後的溶液為氯化銨母液，蒸發後冷卻，氯化銨沉澱，經離心後即為成品。
本發明採用的工藝流程見附
圖1。附圖1為本發明的工藝流程圖。
本發明的生產方法，將氧化鐵和硫酸鉀的生產過程結合在同一套工藝過程中，不僅如此，在此過程中還得到具有工業價值、其質量達到國家有關標準的氯化銨。在本發明的工藝過程中，硫酸亞鐵重結晶再溶解後溶液中加入碳酸鹽生成碳酸亞鐵沉澱，這樣就克服了以往生產過程(包括固相法)中形成膠體鐵的氫氧化物帶來難於過濾和難於衝洗除去雜質的難題，使生產過程簡化，節省了大量的水資源和勞動力，當然也降低了生產成本。
本發明的終產品收率高，鐵的轉化率高達95％以上；鉀的轉化率高達98％以上，氨的回收率可達99％。
本發明是利用鈦白粉廠、鋼鐵廠、油脂化工廠等廠的廢料硫酸亞鐵為原料，是對工業廢料的綜合利用，整個生產過程物盡其用，沒有廢料排出，達到了清潔化生產的要求，本發明是屬環保項目。
權利要求
1，一種工業化氧化鐵的生產方法(工藝流程)，其特徵在於生產全過程除生產出主產品氧化鐵外，還同時生產出具有工業價值的副產品硫酸鉀及氯化銨，以上產品均達到國家有關質量標準。
2，根據權利要求1所述的氧化鐵的生產方法，其特徵是在於反應過程中有如下一步，即硫酸亞鐵溶液中加入碳酸鹽，直接生成碳酸亞鐵沉澱。
3，根據權利要求1所述的氧化鐵的生產方法，其特徵是該生產方法中包括副產品硫酸鉀及氯化銨在內的主要的化學反應步驟都是在常溫常壓下、於溶液中進行並完成。
全文摘要
本發明涉及工業化的氧化鐵及硫酸鉀、氯化銨生產方法。特別是在一個液相法工藝流程中生產出氧化鐵及硫酸鉀、氯化銨三個產品,且這三個產品都具有明顯的工業價值,其產品質量均符合國家有關標準。
文檔編號C01D5/00GK1208019SQ9810256
公開日1999年2月17日 申請日期1998年7月1日 優先權日1998年7月1日
發明者張夫道 申請人:中國農業科學院土壤肥料研究所