高濃度穩定性聚合氯化鐵的製備方法
2023-05-23 17:12:01
專利名稱：高濃度穩定性聚合氯化鐵的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高濃度穩定性聚合氯化鐵絮凝劑及其生產方法。
混凝過程是國內外水處理工程中應用最廣泛，最普遍的單元操作技術之一，無論是城市給水和各種工業用水以及工業廢水處理，還是含油廢水以及汙泥處理，都往往把混凝處理作為眾多工藝流程中不可缺少的前置關鍵工藝技術。混凝處理效果的好壞，在很大程度上決定著後續流程的運行狀況，最終出水質量和成本費用。因此，混凝處理能否達到高效能的關鍵在於恰當地選擇和使用性能優良、安全的混凝劑。
聚合鐵絮凝劑是在鋁、鐵鹽傳統凝聚劑基礎上發展起來的一類新型無機高分子絮凝劑。同傳統鐵鹽凝聚劑相比，它具有凝聚速度快，形成的絮體顆粒大而密實，沉降速度快，對水質溫度、pH適應性廣等優點，同時對水中COD、BOD及色度的去除也均有明顯提高。尤其其近年來，隨著人們對飲用水質安全性的日益重視，人們對鋁鹽殘留毒性問題也更加關注，而聚合鐵絮凝劑無潛在毒性問題，因此它具有比鋁鹽絮凝劑更好的應用發展前景。
目前在聚合鐵類絮凝劑中，已有的大量專利及文獻報導主要是聚合硫酸鐵絮凝劑或其複合絮凝劑；如CN 1060278A，CN 1109027A等採用催化、氧化法，將硫酸亞鐵，硫鐵礦渣等原料經氧化聚合而製備的聚合硫酸鐵絮凝劑。CN1103850A等採用酸侵、氧化煤矸石、鐵礦石、高嶺石等原料製備的聚合硫酸鋁鐵。CN 1034909A、CN 1086195A等採用鋁土礦、鋁酸鈣，鹽酸與硫酸混合液等原料，並通過加入氧化劑氧化聚合而製備的聚合硫酸氯化鐵，聚合硫酸氯化鋁鐵等複合絮凝劑。儘管目前國內外都在研究開發聚合氯化鐵產品，但有關聚合氯化鐵的專利與文獻報導卻甚少，雖然一些文獻，如CA101，216128z，CA102，50654j，CA104，135765q等報導過實驗室製備的採用低濃度聚合氯化鐵淨水結果表明，聚合氯化鐵比聚合硫酸鐵具有更優異的絮凝效能，1984年日本特許公報昭59-116127也曾報導過將CaCO3懸濁液添加到三氯化鐵、硫酸鐵或硝酸鐵和磷酸混合溶液中製取穩定性聚合鐵的製備方法，該法主要採用磷酸一CaCO3懸濁液作為穩定劑和鹼化劑，其製品成本較高且化學穩定性差(在較大的P/Fe＞0.2，僅能穩定3個月)，尤其高濃度極易於發生沉澱反應，在聚合過程或聚合後幾小時至一周內水解聚合形態就會轉化成凝膠沉澱形態而導致淨水效果明顯降低，因此至今尚未能達到商品化。
作為一種新型商品化聚合鐵絮凝劑產品，必須應具備四個基本條件1)高濃度，即製品的有效濃度(以Fe3+計)至少應在8％以上；2)高效能，即新型絮凝劑要比同類絮凝劑淨水效能高且適用範圍廣；3)穩定性，即新型絮凝劑應具有穩定的化學性能，能較長時間儲存而不變質失效；4)經濟，即新型絮凝劑商業價格應相對低廉，淨水運行過程能節省藥耗費用。
本發明的目的就在於尋找一種原料易得，工藝製備過程簡單，絮凝效能優良，穩定性強的商品化高濃度穩定性聚合氯化鐵絮凝劑及其生產方法。
本發明所製備的聚合氯化鐵絮凝劑的有效濃度可高達16％以上，並可穩定存放1年而不失效。與同類產品聚合硫酸鐵相比，工藝設備少，操作簡單易行，無殘留毒害問題，且絮凝效能優於聚合硫酸鐵，沉降汙泥體積小而密實。在多種水質條件下，尤其在含油汙水，城市汙水深度淨化處理等進行了絮凝沉降試驗，均獲得良好的處理效果。
本發明目的通過以下實施方法與應用實例可得到更清楚，全面的說明實施例1稱取31％的工業三氯化鐵溶液1.31公斤，在攪拌狀態下，加入0.03公斤的磷酸氫鈉與磷酸胺複合聚合穩定劑，充分反應後將0.105公斤的固體碳酸氫鈉分批逐漸加入到溶液中，使三氯化鐵聚合。反應過程中，溶液顏色逐漸變紅，適當調整加料速度，以保證溶液中沒有沉澱產生。最終得到的Fe濃度為10.0％，鹼化度為16.5％的聚合氯化鐵製品在室溫下存放一年以上而無沉澱發生。實施例2稱取飽和的工業三氯化鐵溶液(Fe3+＝2.5～2.6mol/L)10升置於反應釜內，在加熱40℃並攪拌狀態下，加入400g磷酸氫鈣與磷酸胺複合穩定劑，在充分攪拌混合後，再分批逐次加入650g碳酸氫鈉與碳酸鈣複合聚合鹼化劑，反應30分鐘後放料置於室溫下存放一年而無沉澱產生，此聚合氯化鐵(PFC-A)的有效濃度(Fe3+)為140g/L，鹼化度為11.0％。實施例3稱取飽和的工業三氯化鐵溶液(Fe3+＝3.0mol/L)10升置於反應釜內，在加熱40℃並攪拌狀態下，加入500g磷酸氫鈣與磷酸胺複合穩定劑，在充分攪拌混合後，再分批逐次加入1200g碳酸氫鈉與碳酸鈣複合聚合鹼化劑，反應30分鐘後放料置於室溫下存放半年而無沉澱產生，此聚合氯化鐵(PFC-B)的有效濃度(Fe3+)為168g/L，鹼化度為18％。
利用實施例1所製備的聚合氯化鐵與市售聚合硫酸鐵進行灤河水和含油廢水淨化處理對比結果分別列於表1和表2。表1穩定性聚合氯化鐵(PFC)與聚合硫酸鐵(PFS)對灤河水的混凝處理效果
注原水濁度為4.0NTU，PFC與PFS絮凝劑濃度均為2.2mol/L。表2 聚合氯化鐵(PFC)與聚合硫酸鐵(PFS)對含油廢水的混凝處理效果
注原水濁度為40.7；含油量為78.7mg/l；含硫量為80mg/l；混凝劑濃度為2.18mol/l
利用實施例2所製備的聚合氯化鐵與三氯化鐵應用於微絮凝—直接深床過濾工藝過程淨化處理低濁水的試驗對比結果列於表3。
權利要求
1.一種高濃度穩定性聚合氯化鐵絮凝劑，其有效成分為Fe3+濃度為8～15％；鹼化度為8～30％；密度1.27～1.35g/ml。
2.如權利要求1所述的聚合氯化鐵絮凝劑，生產工藝特徵在於以工業氯化鐵為原料，加入穩定劑混合攪拌、充分反應後，在強烈攪拌條件下逐步注加聚合鹼化劑，再經過一定時間聚合反應後，即可得到高濃度穩定化聚合氯化鐵混凝劑。聚合反應可在常溫常壓下或在≤50℃進行。
3.如權利要求2所述的製備工藝，原料採用工業三氯化鐵，其聚合穩定劑為複合磷酸鹽或其復鹽類化合物，如磷酸氫鈉，磷酸氫鈣，磷酸氨等一種或兩種以上複合化合物，聚合鹼化劑為弱鹼碳酸鹽類複合化合物，如碳酸鈣，碳酸鎂，碳酸氫納，氨水等一種或兩種以上複合化合物。上述聚合穩定劑與聚合鹼化劑可以固體形式或溶液形式投加。
4.如權利要求2所述的製備工藝，其物料摩爾比聚合穩定劑/[Fe]T≥0.04；[P]/[Fe]≥0.05；聚合鹼化劑/[Fe]T≥0.1～1.0；[OH]/[Fe]＝0.3～1.5，鹼化度可超過20％。
5.如權利要求1～4所述製備聚合氯化鐵絮凝劑適用於給水淨化、廢水處理過程中的除濁、除油、脫色以及其它固液分離過程。
全文摘要
一種高濃度穩定性聚合氯化鐵絮凝劑及其製備方法,其特徵在於:以工業三氯化鐵作為主要原料,通過加入適量複合磷酸鹽穩定劑並在攪拌條件下逐步注加聚合鹼化劑,並在常溫常壓條件下製備成Fe
文檔編號C02F1/52GK1266818SQ99102959
公開日2000年9月20日 申請日期1999年3月11日 優先權日1999年3月11日
發明者湯鴻霄, 孟軍, 欒兆坤, 田寶珍 申請人:中國科學院生態環境研究中心