專利名稱：低品位菱鐵礦石生產(chǎn)聚硫酸鐵新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到水處理中一種新型無機(jī)高分子凈水劑的生產(chǎn)工藝。
七十年代中期，在水處理方法中，應(yīng)用最廣泛的無機(jī)高分子絮凝劑堿式氧化鋁(BAC)正逐漸被一種新型無機(jī)高分子絮凝劑-聚硫酸鐵(PFS)所取代，聚硫酸鐵由于凈化能力強(qiáng)，無毒和價(jià)廉的特點(diǎn)，正愈來愈受到國內(nèi)外水處理部門、環(huán)保部門和其它工業(yè)部門的廣泛重視，日、美、歐、蘇等國都在相繼應(yīng)用。1974年日本日鐵礦業(yè)公司首先建立了20噸/月聚硫酸鐵的中試裝置(《中氮肥》1988.6期)，1975年日本專利特開昭50-106897報(bào)道了液體聚硫酸鐵的實(shí)驗(yàn)室方法，以FeSO4·7H2O和H2SO4為原料，以NaNO2為催化劑的催化氧化法制備聚硫酸鐵的方法，1976年，日本專利特許公報(bào)昭51-17516報(bào)道了在NaNO2催化劑的存在下，用空氣將FeSO4·7H2O直接氧化為聚硫酸鐵的方法，也可以用H2O2、MnO2等氧化劑氧化硫酸亞鐵。1980年日本專利特許公報(bào)昭55-104925報(bào)道了用二氧化鈦生產(chǎn)中的廢硫酸及副產(chǎn)品硫酸亞鐵制取聚硫酸鐵的方法(二段氧化法)，即先將廢酸中的亞鐵在NO催化劑的存在下，用空氣氧化為高鐵，然后在得到的硫酸鐵溶液中加入硫酸亞鐵和氧化劑，而獲得聚硫酸鐵。國內(nèi)于八十年代初開始聚硫酸鐵的研制開發(fā)，1983年天津化工研究院與天津第一發(fā)電廠聯(lián)合報(bào)道了，他們自己研制成功聚硫酸鐵并在發(fā)電廠進(jìn)行水處理的文章，其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到日本同類指標(biāo)(《工業(yè)水處理》1983年第3期)。此外，沈陽化工學(xué)院、上海冶金設(shè)計(jì)研究院、華東化工學(xué)院都相繼報(bào)道了研制文章，但是迄今為止，生產(chǎn)聚硫酸鐵的原料路線不外乎是(1)直接用硫酸亞鐵;(2)鈦白生產(chǎn)的副產(chǎn)品硫酸亞鐵及廢酸;(3)鋼鐵酸洗廢液;(4)廢鐵和酸。工業(yè)上硫酸亞鐵的來源實(shí)際是(2)、(3)、(4)種路線，原料來源都很有限，難以滿足水處理劑日益增長的需要，例如，僅成都市就年需凈水劑4萬噸。同時(shí)，上述工藝路線中，添加氧化劑、催化劑或助催化劑，而使工藝復(fù)雜，能耗增大。
本發(fā)明的目的是根據(jù)我國貧鐵礦產(chǎn)資源的情況，提出一種與上述原料路線不同的，原材料豐富易得，工藝流程簡單，能耗低的生產(chǎn)液體聚硫酸鐵的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理與方法是這樣的，我國低品位菱鐵礦石資源十分豐富(含鐵量20～30%)，分布較廣，但是目前貧鐵礦選冶困難，成本高，鋼鐵工業(yè)不能利用。本發(fā)明提出的利用菱鐵礦生產(chǎn)凈水劑，正是一條適合我國國情的生產(chǎn)聚硫酸鐵的新方法，本發(fā)明的措施是首先將硫酸、硝酸、水按比例混合，然后與一定塊度的菱鐵礦石作用。菱鐵礦與混酸中的硫酸反應(yīng)，生成亞鐵，放出CO2，硫酸亞鐵與混酸中的硝酸反應(yīng)，生成硫酸鐵放出NO，正是NO參與和改變了亞鐵被氧化的過程，降低了反應(yīng)的活化能，使得酸性介質(zhì)穩(wěn)定的很難被空氣中氧氧化的亞鐵變得容易被氧化，硝酸在反應(yīng)過程中既是氧化劑又提供催化劑，菱鐵礦石既提供鐵元素，又起到鹽基度調(diào)節(jié)劑的作用，其化學(xué)反應(yīng)式可簡單示意如下FeCO3+H2SO4+HNO3→[Fe2(OH)n(SO4)3- (n)/2 ]m具體地講，以菱鐵礦石為基本原料，與硫酸、硝酸混合酸反應(yīng)，生成聚硫酸鐵的方法，其主要特征是，選用適宜塊度的菱鐵礦石與一定比例的水、硫酸、硝酸混合酸反應(yīng)，其菱鐵礦石塊徑為4～7厘米，水、硫酸、硝酸體積比是100∶15～25∶3～7，反應(yīng)過程初始溫度控制在18℃～40℃，反應(yīng)時(shí)不必加熱，也無須攪拌，反應(yīng)過程產(chǎn)生的CO2等氣體本身起著適度攪拌作用。本發(fā)明中菱鐵礦石是大大過量的，其塊徑大小很重要，起著控制反應(yīng)速度的作用，混合酸的配制比例對(duì)于制備符合要求的聚硫酸鐵和保證化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行起著重要作用，除此之外，混酸的初始溫度和礦石塊徑大小，對(duì)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度與反應(yīng)溫度起著關(guān)鍵的作用。反應(yīng)過程中，酸度逐漸降低，而高鐵離子濃度逐漸增加，48小時(shí)后經(jīng)取樣達(dá)到規(guī)定指標(biāo)時(shí)，即獲得本發(fā)明所說方法獲得的產(chǎn)品-聚硫酸鐵。本發(fā)明所說方法制備的產(chǎn)品，經(jīng)技術(shù)測(cè)試部門分析，其指標(biāo)如下
從表中可以看出，本發(fā)明所說方法獲取的產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，由于受低品位菱鐵礦的品位制約(含鐵量20～30%)及共生、伴生礦物存在，個(gè)別指標(biāo)略低于國外標(biāo)準(zhǔn)樣品指標(biāo)，但是，有著其重金屬含量非常之低的優(yōu)點(diǎn)。使用效果表明，特別適用于生活飲用水的凈化處理，這是利用硫酸亞鐵為原料的其它工藝所生產(chǎn)聚硫酸鐵所達(dá)不到的。本發(fā)明與已知工藝路線相比，優(yōu)點(diǎn)是十分突出的，具體表現(xiàn)在(1)原料礦石不必磨細(xì)，酸解與氧化聚合均無須加熱、攪拌，故能耗低;(2)原料豐富易得，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);(3)菱鐵礦直接與混合酸反應(yīng)，方法簡單;(4)為我國菱鐵礦的合理利用開辟了一條新途徑。完全達(dá)到了本發(fā)明的目的。
附圖及說明

圖1是日本日鐵礦業(yè)公司生產(chǎn)聚硫酸鐵工藝流程。
圖2是本發(fā)明所說的生產(chǎn)聚硫酸鐵工藝流程。
圖1說明(1.1)硫酸亞鐵，(1.2)催化劑溶液，(1.3)水，(1.4)濃硫酸，(1.5)氧氣，(1.6)一級(jí)反應(yīng)器，(1.7)二級(jí)反應(yīng)器，(1.8)產(chǎn)品儲(chǔ)槽，P泵，F(xiàn)I流量計(jì)。
圖2說明(2.1)菱鐵礦石，(2.2)混酸池，(2.3)反應(yīng)器，(2.4)產(chǎn)品儲(chǔ)槽，P泵。
從圖1、圖2可以看出，本發(fā)明所說工藝與已知工藝相比，不僅原材料不同，而且反應(yīng)步驟僅一步反應(yīng)生成聚硫酸鐵，不加熱，無攪拌，無專門添加催化劑或氧化劑，整個(gè)工藝流程簡單，能耗低，而且原材料豐富易得。下面給出本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例一，將過量菱鐵礦石3000公斤破碎至3～7厘米塊徑大小，置于反應(yīng)器(2.3)內(nèi)，在混酸池(2.2)內(nèi)按照水、硫酸、硝酸的體積比為100∶15∶3的比例配制0.4立方米混酸，其中水需0.339立方米，硫酸0.051立方米，硝酸(濃度40～50%)0.01立方米，混合后注意溫度，然后緩緩流入反應(yīng)器(2.3)內(nèi)，并注意控制反應(yīng)的初始溫度在18℃～40℃，若反應(yīng)速度過快溫度上升，可適當(dāng)調(diào)節(jié)混酸的混合比例，或添加塊徑大的菱鐵礦石，反之可添加塊徑小的礦石或調(diào)節(jié)混酸比例，以保證反應(yīng)的初始溫度在18℃～40℃左右。二十四小時(shí)后，每隔12小時(shí)取樣一次，48小時(shí)后，取樣達(dá)到所說的產(chǎn)口技術(shù)指標(biāo)后，即可用泵抽至產(chǎn)品儲(chǔ)槽(2.4)內(nèi)，其產(chǎn)出率可達(dá)90%以上，即獲得所說的聚硫酸鐵。
實(shí)施例二，由于第一個(gè)生產(chǎn)周期后，3000公斤菱鐵礦石仍然過量，故可繼續(xù)注入0.4立方米的混酸置反應(yīng)器(2.3)內(nèi)，混酸中水、硫酸、硝酸的體積比可調(diào)整到100∶25∶7，具體講需水0.30立方米，硫酸0.076立方米，硝酸0.021立方米，注意控制反應(yīng)的初始溫度，24小時(shí)后開始取樣，每隔12小時(shí)取樣一次，48小時(shí)后取樣到產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)即可出料。這樣經(jīng)過3～4個(gè)生產(chǎn)周期后，菱鐵礦石明顯減少，約50%時(shí)，可添加菱鐵礦石1000～1500公斤，然后再加混酸繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。運(yùn)用本發(fā)明所生產(chǎn)的聚硫酸鐵凈水劑，對(duì)成都平原天然河水取樣進(jìn)行凈化水處理后送省衛(wèi)生防疫站檢測(cè)，取樣水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家規(guī)定的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.以菱鐵礦石為基本原料，與硫酸、硝酸混合酸反應(yīng)，生成聚硫酸鐵的工藝路線，其特征是，選用適宜塊度的菱鐵礦石與一定比例的硫酸、硝酸混合酸作用，其菱鐵礦石塊徑為4～7厘米，混酸中水、硫酸、硝酸的體積比是100∶15～25∶3～7，反應(yīng)初始溫度控制在18℃～40℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及到水處理中一種新型無機(jī)高分子凈水劑的生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)C01G49/14GK1048205SQ9010585
公開日1991年1月2日 申請(qǐng)日期1990年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月10日
發(fā)明者劉萬昌, 劉增春 申請(qǐng)人:西南冶金地質(zhì)勘探公司科學(xué)研究所