專利名稱：一種生產(chǎn)硫酸亞鐵及硫酸亞鐵銨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是以鐵泥為基本原料生產(chǎn)硫酸亞鐵及硫酸亞鐵銨的生產(chǎn)方法。
現(xiàn)有技術(shù)中主要有以下幾類生產(chǎn)硫酸亞鐵的方法(1)用硫與(廢)鐵屑反應(yīng)；(2)生產(chǎn)鈦白粉時(shí)的副產(chǎn)品，(3)從酸洗鋼鐵工件后的廢液中回收硫酸亞鐵，(4)用硫鐵礦燒渣或用鐵礦石粉與硫酸反應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)中還有將所得到的硫酸亞鐵或其溶液可進(jìn)一步制取硫酸亞鐵銨的。但是，從現(xiàn)有技術(shù)中，還找不到以鐵作為還原劑的化工過(guò)程中排放出的污染性廢棄物--鐵泥做為其基本原料生產(chǎn)硫酸亞鐵和硫酸亞鐵銨的方法。鐵泥是很多有機(jī)氧化還原過(guò)程中使用鐵粉做還原劑所產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，由于體系的不同，或即使是相同的體系也會(huì)由于不同的反應(yīng)反件，得到性狀差別很大的氧化鐵泥，所含有的吸附物質(zhì)，夾帶的溶劑及量也不同。這些鐵泥可硬化結(jié)成硬塊，損害土壤，并放出的吸附的物質(zhì)和夾帶的溶劑、其中的未反應(yīng)的鐵被丟棄，造或化學(xué)污染和經(jīng)濟(jì)損失。雖然再拿去煉鐵是一條出路，但溶劑的損失造成的污染和遠(yuǎn)途運(yùn)費(fèi)還是無(wú)法解決的。
本發(fā)明的目的在于提出一種以鐵泥為基本原料生產(chǎn)硫酸亞鐵及硫酸亞鐵銨的生產(chǎn)方法，這樣可使鐵在轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)的過(guò)程中多利用一次，同時(shí)可回收某些溶劑，減少因排放所引起的化學(xué)污染和損失，從而帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本發(fā)明的工作是按以下方法實(shí)現(xiàn)的向釜中加入催化劑濃鹽酸，攪拌下，分批加入鐵泥反應(yīng)，反應(yīng)10左右后，再將新配好的50％左右的熱硫酸攪拌下加入，當(dāng)溫度接近鐵泥中所夾帶的溶劑的沸點(diǎn)時(shí)，加入的速度以維持沸騰為宜，以回收溶劑，加完后，攪拌反應(yīng)30-50分鐘后，待取樣過(guò)濾達(dá)到所需的溶解程度時(shí)，補(bǔ)加鐵屑，攪拌進(jìn)行反歧化反應(yīng)，溫度控制在60-65℃，當(dāng)釜內(nèi)氣泡明顯減少時(shí)，取小樣分析其中三價(jià)鐵的含量，合乎要求時(shí)，趁熱壓濾。所得熱的硫酸亞鐵濾液經(jīng)放置冷卻至近于室溫，加入少量碎晶種加速結(jié)晶。待基本完全結(jié)晶，在離心分離后得到綠色七水硫酸亞鐵晶體，母液可循環(huán)使用多次，也可進(jìn)一步濃縮后，再結(jié)晶分離出七水硫酸亞鐵，也可制成其它含有不同數(shù)目結(jié)晶水的硫酸亞鐵。
要產(chǎn)生硫酸亞鐵銨，也可在上述工藝的濾液中加入Na2SO4和(NH4)2SO4加熱于95℃左右制成較高濃度的溶液，冷卻結(jié)晶，再經(jīng)離心分離，洗滌后，得到色彩鮮艷的藍(lán)綠色六水硫酸亞鐵銨晶體，母液可循環(huán)使用，待母液積累增多時(shí)，可再濃縮，結(jié)晶、分離出六水硫酸亞鐵銨，洗滌用水量小，可與濾液合并，另外，也可從鐵泥開(kāi)始，在制出硫酸亞鐵后，按水比濃硫酸比七水硫酸亞鐵比硫酸銨為1比0.0005-0.0001比1.1-1.3比0.4-0.6的重量比在85-95℃溶解反應(yīng)，冷卻結(jié)晶，得到六水硫酸亞鐵銨晶體，母液可循環(huán)使用。
對(duì)于特定的鐵粉還原化工過(guò)程而言，其每一批排放出鐵泥的凈重，及其所結(jié)合的氧量是可以由原還原過(guò)程的轉(zhuǎn)化率及鐵粉的投入量算出的，不管是生成三氧化二鐵或四氧化三鐵或其它形態(tài)與未反應(yīng)鐵粉的混合物多么復(fù)雜，其加入酸的量都可以如下計(jì)算，把氧化鐵泥看成由兩部分組成，氧全部以Fe2O3的形式存在，其它全視為Fe。理論上每一摩爾Fe2O3能與6個(gè)摩爾HCI，或3個(gè)摩爾的H2SO4完全反應(yīng)，每一摩爾Fe能與2個(gè)摩爾HCI或1個(gè)摩爾H2SO4反應(yīng)。實(shí)際酸的加入總量比理論都過(guò)量5-15％，再多也可以，但意義不大。鹽酸在總酸當(dāng)量中可占5-30％，其含量越大，反應(yīng)速度越塊，但也消耗的硫酸鈉越多，成本增高，因此這里存在一個(gè)時(shí)間和效益的問(wèn)題，需視具體情況而定，所需補(bǔ)加的鐵粉摩爾數(shù)理論上為鐵泥中Fe2O3的摩爾數(shù)減去鐵泥中未反應(yīng)鐵粉的摩爾數(shù)，實(shí)際投入量再過(guò)量5-15％，再多也可行，但意義不大。加入Na2SO4的摩爾數(shù)為CI摩爾數(shù)的1/2，(NH4)2SO4的加入量與生成的FeSO4、7H2O的摩爾數(shù)相等。
對(duì)于鐵泥中夾帶的沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑，可通過(guò)安裝冷凝器，利用新排出的鐵泥與酸生成鹽時(shí)放出的反應(yīng)熱蒸餾回收，對(duì)于鐵泥中夾帶的沸點(diǎn)較高，而又往往是比較昂貴的溶劑，可選用沸點(diǎn)在100℃以下，較便宜、毒性小、易分離的溶劑(例如乙醇)先洗，而沸點(diǎn)較低的溶劑再利用生成含鐵鹽時(shí)放出的反應(yīng)熱予以蒸餾回收。這樣既可使鐵泥所含雜質(zhì)量減小，又可以回收那些污染環(huán)境的化學(xué)溶劑，有時(shí)還可回收部分產(chǎn)品，也利用了反應(yīng)熱。而對(duì)用水蒸汽法分離出反應(yīng)產(chǎn)物后所排出的鐵泥，其雜質(zhì)及溶劑的含量就可降得很少，可直接使用，也不用考慮回收溶劑的問(wèn)題，即使有少量雜質(zhì)，也要在分離生成的含鐵鹽晶體后，很容分離出來(lái)。
為了有效地加速鐵泥與硫酸的反應(yīng)，本發(fā)明選用了濃HCI為催化劑，使得反應(yīng)速度明顯加快，其用量越大，反應(yīng)越快。
總之，本發(fā)明的工藝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不需用高壓釜，反應(yīng)時(shí)間又可大大縮短，兩種產(chǎn)品可共用同一套設(shè)備，使設(shè)備投資降低，生產(chǎn)效率大大提高，并回收某些溶劑，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
以下非限定實(shí)施舉例只是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而并不作為對(duì)本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)有的保護(hù)范圍由權(quán)利要求決定。
實(shí)施例1，七水硫酸亞鐵的合成將凈重為230公斤有少量夾帶水的棕黑色鐵泥攪拌下加入已加入160公斤濃鹽酸(35-36％)的反應(yīng)釜中，加完攪拌使糊裝混合物反應(yīng)5分鐘右左，再加入當(dāng)時(shí)配制的50％的熱硫酸640公斤，加入的速度以維持沸騰為宜，加完后保溫反應(yīng)5分鐘，取樣過(guò)觀察溶解情況，合乎要求后，加入60公斤鐵粉，攪拌反應(yīng)，補(bǔ)加水調(diào)溫度為60-65℃，加入水的量為125升，當(dāng)釜內(nèi)氣泡明顯減少時(shí)，取小樣分析三價(jià)鐵的含量，符合要求后，趁熱壓濾，濾液放置冷卻結(jié)晶，在平均溫度為25℃時(shí)，四天后，離心分離得七水硫酸鐵693公斤，按鐵泥為Fe3O4計(jì)第一單程收率為73％，室溫為25℃時(shí)，所得母液約71升，下次循環(huán)使用。或待母液積累到一定程度后，加入Na2SO4，濃縮結(jié)晶分離出七水硫酸亞鐵晶體。
實(shí)施例2，六水硫酸亞鐵銨的合成將實(shí)施例1中生產(chǎn)的1120公斤的七水硫酸亞鐵加入至含有0.5-1升濃硫酸的1000升水中加熱于約65℃，恒溫?cái)嚢枞芙?，溶解后，?24公斤(NH4)2SO4加入，繼續(xù)攪拌，待(NH4)2SO4完全溶解后，停止加熱，冷卻至22-23℃，離心過(guò)濾得到淺藍(lán)綠色的(NH4)2SO4.FeSO4.6H2O晶體約1210公斤，第一單程收率以FeSO4.7H2O計(jì)為77％，母液約1000升可再循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)硫酸亞鐵的方法，其特征在于，向釜中加入催化劑濃鹽酸、攪下拌下，分批加入鐵泥進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)10分鐘右左后，再將新配好的50％左右的熱硫酸攪拌下加入，當(dāng)溫度接近鐵泥中所夾帶的溶劑的沸點(diǎn)時(shí)，加入的速度以維持能沸騰為宜，將含有溶劑的蒸氣通過(guò)冷凝器，以回收溶劑，加完后，攪拌反應(yīng)30＝60分鐘后，當(dāng)達(dá)所需的溶解度后，補(bǔ)加鐵屑，攪拌進(jìn)行反歧化反應(yīng)，溫度控制在60-65℃，當(dāng)達(dá)到所需的反應(yīng)程度時(shí)，趁熱壓濾，所得濾液經(jīng)冷卻結(jié)晶得到七水硫酸亞鐵晶體。
2.一種生產(chǎn)硫酸亞鐵銨的方法，其特征在于向釜中加入催化劑濃鹽酸，攪拌下，分批加入鐵泥進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)10分鐘左右后，再將新配好的50％左右的熱硫酸攪拌下加入，當(dāng)溫度接近鐵泥中所夾帶的溶劑的沸點(diǎn)時(shí)，加入的速度以維持能沸騰為宜，將含有溶劑的蒸氣通過(guò)冷凝器，以回收溶劑，加完后，攪拌反應(yīng)30-60分鐘后，當(dāng)達(dá)到所需的溶解度后，補(bǔ)加鐵屑，攪拌進(jìn)行反歧化反應(yīng)，溫度控制在60-65℃，當(dāng)達(dá)到所需的反應(yīng)程度時(shí)，趁熱壓濾向所得濾液中加入硫酸鈉和硫酸銨加熱至95℃左右制成較高濃度的溶液，冷卻結(jié)晶，得到六水硫酸亞鐵銨晶體
3.一種生產(chǎn)硫酸亞鐵銨的方法，其特征在于向釜中加入催化劑濃鹽酸，攪拌下，分批加入鐵泥進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)10分鐘左右后，再將新配好的50％右左的熱硫酸攪拌下加入，當(dāng)溫度接近鐵泥中所夾帶的溶劑沸點(diǎn)時(shí)，加入的速度以維持能沸騰為宜將含有溶劑的的蒸汽通過(guò)冷凝器，以回收溶劑，加完后，攪拌反應(yīng)30-60分鐘后，當(dāng)達(dá)所需的溶解度后，補(bǔ)加鐵屑，攪拌進(jìn)行反歧化反應(yīng)，溫度控制在60-65℃，當(dāng)達(dá)至所需的反應(yīng)程度時(shí)，趁熱壓濾，所得濾液經(jīng)冷卻結(jié)晶得到七水硫酸亞鐵晶體。接著按水比濃硫酸比七六硫酸亞鐵比硫酸銨為1比0.0005-0.001比1.1-1.3比0.4-0.6的重量比在85-95℃溶解反應(yīng)，冷卻結(jié)晶即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)硫酸亞鐵的方法，其特征在于，對(duì)于夾帶沸點(diǎn)在100℃以上溶劑的鐵泥，先用沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑洗滌，然后再利用鐵泥與酸作用所放出的熱量蒸餾、回收沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生產(chǎn)硫酸亞鐵銨的方法，其特征在于，對(duì)于夾帶沸點(diǎn)在100℃以上溶劑的鐵泥，先用沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑進(jìn)行洗滌，以回收沸點(diǎn)在100℃以上的溶劑，然后理利用鐵泥與酸作用所放出的熱量蒸餾、回收沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)硫酸亞鐵的方法，其特征在于，把鐵泥看成由三氧化二鐵與鐵粉組成，總酸量按一摩爾三氧化二鐵可與6摩爾鹽酸反應(yīng)，或可與三摩爾硫酸反應(yīng)，1摩爾鐵粉可與二摩爾鹽酸或一摩爾硫酸反應(yīng)的總量之和的105＝115％加入，其中鹽酸在總酸的當(dāng)量數(shù)中占5-30％，所補(bǔ)加的鐵粉量按鐵泥中的三氧化二鐵與鐵粉摩爾數(shù)之差的105-115％加入
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)硫酸亞鐵的方法，其特征是，把鐵泥看成由三氧化二鐵與鐵粉組成，總酸量按一摩爾三氧化二鐵可與六摩爾鹽酸或三摩爾硫酸反應(yīng)，一摩爾鐵粉可與二摩爾鹽酸或一摩爾硫酸反應(yīng)的總量之和的105-115％加入，其中，鹽酸在總酸的當(dāng)量中占5-30％，所補(bǔ)加的鐵粉量按鐵泥中所視的三氧化二鐵與鐵粉摩爾數(shù)之差的105-115％加入，加入硫酸鈉的摩爾數(shù)為鹽酸摩爾數(shù)的二分之一，硫酸銨的加入量與FeSO4·7H2O的摩爾數(shù)相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)硫酸亞鐵銨的方法，其特征是，把鐵泥看成由三氧化二鐵與鐵粉組成，總酸量按一摩爾三氧化二鐵可與六摩爾鹽酸或三摩爾硫酸反應(yīng)，一摩爾鐵粉可與二摩爾鹽酸或一摩爾硫酸反應(yīng)的總量之和的105-1115％加入。其中鹽酸在總酸的當(dāng)量數(shù)中占5-30％，所補(bǔ)加的鐵粉量按鐵泥中所視的三氧化二鐵與鐵分摩爾之差的105-115％加入，加入硫酸鈉的摩爾數(shù)為鹽酸摩爾數(shù)的二分之一，硫酸銨的加入量與FeSO4·7H2O的摩爾數(shù)相等。
全文摘要
一種生產(chǎn)硫酸亞鐵及硫酸亞鐵銨的方法，在濃鹽酸催化作用下，分批加入鐵泥，并加入50％的熱硫酸，加入速度以能維持沸騰為宜，并通過(guò)冷凝器回收溶劑，攪拌反應(yīng)30-60分鐘后，進(jìn)行歧化反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到所需反應(yīng)程度時(shí)，趁熱壓濾，得到七水硫酸亞鐵晶體，如果在壓濾時(shí)向所得濾液中加入硫酸鈉和硫酸銨加熱到95℃左右，冷卻結(jié)晶即可得到六水硫酸亞銨晶體，這樣可使鐵在轉(zhuǎn)變成氧化態(tài)的過(guò)程中多利用一次，同時(shí)可以收某些溶劑，減少因排放所引起的化學(xué)污染和損失。
文檔編號(hào)C01G49/14GK1138009SQ96118649
公開(kāi)日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月28日
發(fā)明者曹瑞軍, 梅冬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)