莆田復(fù)合聚合硫酸鐵
(8)一步合成法:一步合成法是將雙氧水、氯酸鉀等氧化劑溶于堿性或中性含鉀化合物中制成氧化劑溶液;在沸點(diǎn)溫度下控制pH值,加熱攪拌FeSO4懸浮液, 制成一定濃度的FeSO4溶液;將制備的氧化劑溶液加入到FeSO4溶液中,可制得粒徑0.2～0.7nm的固體PFS[13]。
1.3 研究開發(fā)意義
聚合硫酸鐵在水中能產(chǎn)生高效聚合鐵絡(luò)離子,與類似的其它凈水劑相比,用量少、成本低、效果好。目前已廣泛用于原水凈化,污水處理,油水分離,廢銀回收,以及醫(yī)藥、制革、制糖、 釀酒等行業(yè)的廢水凈化處理,聚鐵生產(chǎn)方法有磁鐵礦法、硫酸亞鐵法、廢鐵屑法、鋼鐵廠廢酸法、硫酸廠硫鐵礦渣法等[14]。南京油脂化工廠、武鋼供水廠、成都化工三廠、鞍鋼給排水公司、山東滕州凈水劑廠等是主生產(chǎn)廠。近年國內(nèi)對聚鐵的研究開發(fā)取得很大進(jìn)展 ,用硫鐵礦渣為原料,用常壓低溫焙燒工藝制聚鐵已成功;用鈦白粉廠副產(chǎn)硫酸亞鐵一步法制固體聚鐵產(chǎn)品的新技術(shù),是國家建設(shè)部、環(huán)保總局的重點(diǎn)科技推廣成果。聚鐵有強(qiáng)大市場競爭力,開發(fā)應(yīng)用前景廣闊
因具有優(yōu)越的凈水性能倍受水處理界的青睞，已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廢水和城市污水處理。相比傳統(tǒng)的鋁系絮凝劑而言，PFS 在反應(yīng)過程中無離子水相轉(zhuǎn)移和殘留積累，使用更方便、價格更便宜、用量更省。但現(xiàn)在工業(yè)上催化氧化生產(chǎn)PFS,由于技術(shù)落后、設(shè)備簡陋,污染大。研究表明：優(yōu)化制備工藝條件,并且研究出一種成本低廉的聚合硫酸鐵生產(chǎn)工藝有廣泛的應(yīng)用前景[3] 。
1.2 聚合硫酸鐵的制備
聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法[4]。大多數(shù)PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設(shè)備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)備成本，但這種生產(chǎn)工藝必須依賴于氧化劑，如：H2O2、KClO3、HNO3等無機(jī)氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法[5,6,7,8,9]:
（1）雙氧水氧化法：雙氧水(H2O2)在酸性環(huán)境中是一種強(qiáng)氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵從而制得聚合硫酸鐵:
2FeSO4 + H2O2 + (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2 + (2-n)H2O
制備過程中,按照生產(chǎn)量和所需要的鹽基度,在反應(yīng)釜中加入硫酸亞鐵、水和硫酸混合,當(dāng)溫度升高到30~45℃時,在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢加入H2O2。H2O2很快將亞鐵氧化成三價鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規(guī)定濃度時,停止反應(yīng)。
利用本法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,具有設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)不用催化劑、產(chǎn)品不含雜質(zhì)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但反應(yīng)過程中, 有H2O2在分解時形成O2氣放出在無催化劑時,起不到氧化作用。要減少O2的產(chǎn)生,需要控制H2O2的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產(chǎn)效率。H2O2成本比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
（2）氯酸鉀(鈉)氧化法：氯酸鉀是廣泛應(yīng)用于炸藥和火柴工業(yè)的強(qiáng)氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價鐵:
6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 —→ 3?Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2? + 3(1-n)H2O + KCl
制備時,將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應(yīng)釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中加入氯酸鉀。檢驗亞鐵離子減少到規(guī)定濃度即可結(jié)束。
該法生產(chǎn)工藝簡單,設(shè)備投資少,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,反應(yīng)效率高,無空氣污染。產(chǎn)品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時,由于氯酸鉀價格昂貴,產(chǎn)品成本高。
