專利名稱：聚合氯化鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理劑的制備方法，尤其涉及一種聚合氯化鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，企業(yè)每天排放大量廢液、固體廢棄物。這些廢 棄物直接排放，既污染了環(huán)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(huán)利用，實現(xiàn)"變廢為寶"正日益受到整個社 會的關(guān)注。
目前水處理劑只有三氯化鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等制備方法， 尚無聚合氯化鐵這種水處理劑的制備方法，但經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，其處理效果 要優(yōu)于三氯化鐵，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(zhì)的凈化效果好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種聚合氯化鐵的制備方法，采用含鐵酸 洗液或廢鹽酸及鐵粉、鐵屑生產(chǎn)聚合氯化鐵的方法實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，變 廢為寶，以及廢物的資源綜合利用。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種聚合氯化鐵的制備方法，將采用該 方法制得的產(chǎn)品應(yīng)用于水質(zhì)的凈化，水經(jīng)聚合氯化鐵處理后，效果優(yōu)于三 氯化鐵。
本發(fā)明所述的一種聚合氯化鐵的制備方法為
將含鐵酸洗液或廢鹽酸置于反應(yīng)釜裝置中，同時加入鐵粉或鐵屑，酸 與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氯化亞鐵和氯化鐵溶液，經(jīng)過過濾裝置，再加入催化劑并通 入氧氣，然后開啟循環(huán)裝置，使反應(yīng)液循環(huán)3 — 5小時，待聚合反應(yīng)完全； 將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入沉淀槽沉淀或以過濾方式對產(chǎn)品進行分離和富集。
反應(yīng)釜裝置包括反應(yīng)釜本體1、管道水力噴射器2、循環(huán)泵3及其連接管道。管道水力噴射口 4與氧化反應(yīng)釜本體1的頂端開口 5相連接；循 環(huán)泵3位于氧化反應(yīng)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(cè)面開口7與氧化反應(yīng)釜本體頂端一側(cè)開口8通過管道連 接。限流閥12為液體流量限制；反應(yīng)完全后，反應(yīng)液通過出口 13轉(zhuǎn)移到
沉淀槽或過濾裝置。出口 13的設(shè)置的具體位置不作為限定本發(fā)明的依據(jù)。 催化劑通過反應(yīng)釜本體頂端一側(cè)催化劑加入口 9加入。氧氣經(jīng)由反應(yīng) 釜本體頂端一側(cè)氧氣通入口 IO通入。鐵粉或鐵屑經(jīng)由反應(yīng)釜本體頂端一 側(cè)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(cè)開口，其作用是起到加料的作用，其各 自的具體位置及其開后的具體作用不作為限定本發(fā)明的依據(jù)。
含鐵酸洗液或廢鹽酸源自于工業(yè)生產(chǎn)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于廢鹽酸液中。 含鐵酸洗液或廢鹽酸與鐵粉或鐵屑發(fā)生放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱能對物料起到 預加熱的作用。
催化劑亞硝酸鹽選自于NaN02或KN02。
催化劑用量為每噸反應(yīng)液2.5 — 6.0kg，進一步選擇3.5 — 5.0 kg，優(yōu)先 選擇4.5kg。
氧氣通入量為每噸反應(yīng)液960 — 2400L，進一步選擇1440 — 2160L， 優(yōu)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(yīng)后的溶液起到過 濾作用，可以使用濾紙過濾、砂芯漏斗過濾或沉淀等多種方式，如板框過 濾或過濾泵過濾。
循環(huán)裝置使得反應(yīng)液在體系中得到循環(huán)流動，具體為循環(huán)泵。
反應(yīng)釜由防酸材料(如聚丙烯)制成，可以使用搪瓷反應(yīng)釜或者使
用鋼砼結(jié)構(gòu)貼防酸材料(如石塊、耐酸瓷磚等)。
鐵粉或鐵屑為鐵生產(chǎn)企業(yè)廢料或冶煉過程中產(chǎn)生的廢料等。 鐵粉或鐵屑的用量根據(jù)廢酸中含鐵量具體確定鐵粉或鐵屑的加入量，
使得反應(yīng)后得到的聚合氯化鐵中含有10% (W/W)全鐵百分量。生產(chǎn)10% (W/W)的聚合氯化鐵產(chǎn)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)，損耗系數(shù)為10%， 則需每噸補充的
鐵粉或鐵屑=(10%-X%)x1000xll
Y%
X根據(jù)實測所得數(shù)值確定；Y根據(jù)實測所得數(shù)值確定。含鐵量的測定
方法可以參照國家標準GB14591—2006，本發(fā)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，借助水中的溶解氧，，化過量的三氯化鈦，待溶液的藍色 消失后，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(yīng)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，貯于棕色瓶中，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，溶解于70mL水中，加人7mL磷酸，冷卻后用水 稀釋至100mL,混勻，jfc于棕色瓶中。
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。置于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(xiàn)藍色為止。用水沖洗錐形瓶內(nèi) 壁，并稀釋至約150mL，加人2滴硫酸銅溶液，充分搖動，待溶液的藍 色消失后，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(jié)果的計算
全鐵含量以質(zhì)量分數(shù)W2計，數(shù)值以％表示，按式(2)計算
<formula>formula see original document page 6</formula>
(2)
式中
V—滴定時消耗重鉻酸鉀標準滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升 (mL);
C—重絡(luò)酸鉀標準滴定溶液濃度的準確數(shù)值，單位為摩爾每升 —l/L);
M—鐵的摩爾質(zhì)量的數(shù)值(55.85); m—試料質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)。 (5)允許差
取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果，平行測定結(jié)果的絕對差值 不大于0.1%。
開啟循環(huán)裝置后，隨著液體的流動反應(yīng)釜內(nèi)形成負壓，料液和氧氣能 充分混合接觸。反應(yīng)液循環(huán)的時間根據(jù)反應(yīng)液的鹽基度加以確定，鹽基度 為40 — 80%時終止反應(yīng)。
鹽基度的測定方法可以參照國家標準GB14591 — 2006，本發(fā)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，然后用氫氧化鈉標 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后，稀釋 到400mL。加人2mL酚酞指示劑并用氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液 至微紅色，濾去不溶物后貯存于塑料瓶中。
(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，置于400mL聚乙烯燒 杯中，用移液管加人25mL鹽酸標準溶液，加20mL煮沸后的蒸餾水，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。同時用煮沸后冷卻的蒸餾水代替試樣做空白試驗。
(4) 結(jié)果的表述 鹽基度含量以質(zhì)量分數(shù)W5計，數(shù)值以％表示，按式(4)計算
藤17.0環(huán)...................(4)
18.62
式中
Vo—空白消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積的數(shù)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(shù)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(shù)值，單位為摩爾每升
(mol/L);
M—氫氧根摩爾質(zhì)量的數(shù)值，單位為克每摩爾(g/mol)[M(OH)-17.0];
W4—試樣中三價鐵的質(zhì)量分數(shù)，WfW!—W3或W4=W2 — W3;
18.62—鐵摩爾質(zhì)量M(l/3Fe) , g/mol;
M—試料質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)。
(5) 允許差取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果，平行測定結(jié)果的絕對差值 不大于0.2%。
反應(yīng)釜利用循環(huán)泵和管道水力噴射器將料液和氧氣充分混合接觸反 應(yīng)，不需要通入蒸汽和使用攪拌裝置攪拌，節(jié)能環(huán)保。
反應(yīng)完全后采用自然沉淀的方法分離聚合氯化鐵、使用板框壓濾機壓 濾的方式或?qū)⒆匀怀恋淼姆椒ㄅc板框壓濾機壓濾聯(lián)合使用。
本發(fā)明技術(shù)方案實現(xiàn)的有益效果
本發(fā)明采用鐵粉或三氯化鐵為原料，生產(chǎn)成本低。采用含鐵酸洗液或 廢鹽酸為反應(yīng)液，酸的濃度低，反應(yīng)溫和，不產(chǎn)生污染環(huán)境的廢氣，實現(xiàn) 了廢棄資源的綜合利用。利用酸和鐵的放熱反應(yīng)對反應(yīng)原料進行預加熱， 實現(xiàn)了反應(yīng)化學能的充分利用，節(jié)省了后續(xù)能源消耗，然后經(jīng)循環(huán)泵及管 道噴射器循環(huán)3 — 5小時，使料液和氧氣充分混合接觸反應(yīng)，進一步節(jié)省 了能源消耗。


圖1為本發(fā)明反應(yīng)釜裝置一實施 1表示氧化反應(yīng)釜本體 2表示管道水力噴射器 3表示循環(huán)泵 4表示管道水力噴射口 5表示氧化反應(yīng)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(cè)面開口
:勺結(jié)構(gòu)圖。
8表示氧化反應(yīng)釜本體頂端一側(cè)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(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明實施例僅用以說明 本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說 明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或 者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明的權(quán)利要求范圍中。實施例1
圖1為本發(fā)明所述制備方法中反應(yīng)釜裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本
發(fā)明所述的反應(yīng)釜裝置包括反應(yīng)釜本體1、管道水力噴射器2、循環(huán)泵3
及其連接管道。
管道水力噴射口 4與氧化反應(yīng)釜本體1的頂端開口 5相連接；循環(huán)泵
3通過管道將氧化反應(yīng)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(huán)體系；管道水力噴射器側(cè)面開口 7與氧化反應(yīng)釜本體頂 端一側(cè)開口 8通過管道連接。限流閥12為液體流量控制閥；反應(yīng)完全后， 反應(yīng)液通過出口 13轉(zhuǎn)移到沉淀槽或過濾裝置。
催化劑通過反應(yīng)釜本體頂端一側(cè)催化劑加入口 9加入。氧氣經(jīng)由反應(yīng) 釜本體頂端一側(cè)氧氣通入口 IO通入。鐵粉或鐵屑經(jīng)由反應(yīng)釜本體頂端一 側(cè)加入口 11加入。
實施例2
鹽酸廢酸液加入耐酸反應(yīng)釜中，根據(jù)原料的含鐵量換算加入鐵屑(全 鐵百分量為90%)，使得產(chǎn)品中含鐵量為10% (w/w)，與鹽酸發(fā)生放熱 反應(yīng)產(chǎn)生的熱量進行預加熱，同時加入催化劑NaN03。然后利用循環(huán)泵 和管道水力噴射器循環(huán)3小時，將料液和總量為1920L氧氣充分混合接 觸反應(yīng)，再進入沉淀槽，經(jīng)自然沉淀分離所得產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)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(huán)泵和管道水力噴射器循環(huán)4小時，將料液 和氧氣充分混合接觸反應(yīng)，進入中間池，再經(jīng)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(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種聚合氯化鐵的制備方法，包括如下步驟將含鐵酸洗液或廢鹽酸置于反應(yīng)釜裝置，加入鐵粉或鐵屑，然后加入催化劑亞硝酸鹽并通入氧氣，再開啟循環(huán)裝置，使反應(yīng)液循環(huán)3—5小時，待聚合反應(yīng)完全；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入沉淀槽沉淀或以過濾方式對產(chǎn)品進行分離和富集。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的聚合氯化鐵的制備方法，其特征在于所 述的催化劑用量為每噸反應(yīng)液2.5 — 6.0kg。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于所述 的催化劑用量為每噸反應(yīng)液4.5kg。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的聚合氯化鐵的制備方法，其特征在于所 述的氧氣通入量為每噸反應(yīng)液960—2400L。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于所述的氧 氣通入量為每噸反應(yīng)液1920L。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合氯化鐵的制備方法，其特征在于所述 的反應(yīng)釜裝置包括氧化反應(yīng)釜本體(1)、管道水力噴射器(2)和循環(huán)泵(3);管道水力噴射口 (4)與氧化反應(yīng)釜本體(1)的頂端開口 (5)相連 接；循環(huán)泵(3)位于氧化反應(yīng)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(cè)面開口 (7)與氧化反應(yīng)釜本體頂 端一側(cè)開口 (8)通過管道連接，限流閥(12)為液體流量控制閥；反應(yīng) 完全后，反應(yīng)液通過出口 (13)轉(zhuǎn)移到沉淀槽或過濾裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合氯化鐵的制備方法，其特征在于所述的 反應(yīng)釜本體頂端一側(cè)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(jù)權(quán)利要求l所述的聚合氯化鐵的制備方法制得的產(chǎn)品，在水質(zhì) 的凈化中的應(yīng)用。
全文摘要
一種聚合氯化鐵的制備方法，將含鐵酸洗液或廢鹽酸置于反應(yīng)釜裝置中，同時加入鐵粉或鐵屑，酸與鐵發(fā)生放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱能對物料預加熱，然后加入催化劑并通入氧氣，再開啟循環(huán)泵，使反應(yīng)液循環(huán)3-5小時，待聚合反應(yīng)完全；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入沉淀槽沉淀或以過濾方式對產(chǎn)品進行分離和富集。采用含鐵酸洗液或廢鹽酸生產(chǎn)聚合氯化鐵的方法降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者金月祥 申請人:金月祥