聚硫酸鐵鋁的快速合成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 聚硫酸鐵鋁的快速合成工藝，屬于水處理絮凝劑技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚合硫酸鐵鋁（PFAS)是在聚合硫酸鐵（PFS)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，并綜合了PFS 優(yōu)點(diǎn)的一種新型高效的水處理劑，可廣泛用于各類(lèi)廢水、工業(yè)用水及飲用水的混凝沉淀處 理。在我國(guó)，鈦白粉的生產(chǎn)普遍采用硫酸法，其生產(chǎn)過(guò)程中，副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵的產(chǎn)量遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過(guò)鈦白粉自身的產(chǎn)量。將硫酸亞鐵及鈦白廢酸與易溶氫氧化鋁用于合成PFAS，進(jìn)而用 于廢水處理，變廢為寶，是綜合利用鈦白副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵的一種重要途徑。在PFAS的 合成過(guò)程中，由于七水硫酸亞鐵轉(zhuǎn)為聚合物有三個(gè)反應(yīng)同時(shí)存在，即氧化反應(yīng)、水解反應(yīng)、 聚合反應(yīng)。在這三個(gè)反應(yīng)中起決定步驟的是氧化反應(yīng)，該反應(yīng)較慢、控制著整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。 因此，加快氧化反應(yīng)的反應(yīng)速度成為合成工藝的關(guān)鍵。
[0003] 傳統(tǒng)工藝中聚合硫酸鐵工藝所采用的催化劑為亞硝酸鈉或硝酸，這一類(lèi)產(chǎn)品均為 ?；?。且用亞硝酸鈉作催化劑還有亞硝酸鹽殘留的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反應(yīng)時(shí)間短，無(wú)危害 殘留的聚硫酸鐵鋁的快速合成工藝。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：該聚硫酸鐵鋁的快速合成工藝，其 特征在于具體制備步驟為： 1) 按質(zhì)量百分比七水硫酸亞鐵51. 9%~56%，易溶氫氧化鋁1%~5%，硫酸9. 3%~9. 6%，水 33. 5%將物料加入到反應(yīng)器中； 2) 向反應(yīng)器中加入七水硫酸亞鐵質(zhì)量的0. 7%。~1. 7%。的二氧化錳作為催化劑，并同時(shí) 向反應(yīng)器中噴射液氧以開(kāi)啟氧化反應(yīng)，液氧噴射壓力在0.23MPa~0.38MPa;過(guò)程中控制反 應(yīng)溫度在45°C~55°C; 3) 反應(yīng)器內(nèi)在氧化反應(yīng)同時(shí)自發(fā)進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行30min~40min后將物 料進(jìn)行噴霧干燥得到聚合硫酸鐵鋁，并回收二氧化錳催化劑。
[0006] 本發(fā)明通過(guò)改變主要原料、工藝流程、控制反應(yīng)溫度，極大的縮短了產(chǎn)品合成的時(shí) 間。提升產(chǎn)品質(zhì)量用于生活飲用水。以硫酸法生產(chǎn)的鈦白粉副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵、鈦白廢 酸、易溶氫氧化鋁為原料，以液氧作氧化劑，以二氧化錳為催化劑來(lái)合成聚合硫酸鐵鋁。以 往的聚合硫酸鐵鋁中鋁的來(lái)源是添加硫酸鋁，硫酸鋁雖然水解和聚合反應(yīng)迅速，但是自身 成本較高。本工藝采用了近幾年以來(lái)由中國(guó)鋁業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的易溶氫氧化鋁，在聚合硫酸鐵 鋁的酸性環(huán)境中，配合稍微增加的硫酸用量，實(shí)現(xiàn)了快速進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，在降低了生 產(chǎn)成本的同時(shí)加快反應(yīng)速率。
[0007] 七水硫酸亞鐵在酸性條件和催化作用下，用液氧氧化成硫酸鐵。硫酸鐵和易溶氫 氧化鋁經(jīng)水解和聚合反應(yīng)得到紅褐色的復(fù)合聚合硫酸鐵鋁。氧化反應(yīng)、水解反應(yīng)、聚合反應(yīng) 三個(gè)反應(yīng)同時(shí)存在于一個(gè)體系中，相互影響，相互促進(jìn)。氧化反應(yīng)是三個(gè)系列反應(yīng)中的第一 步，該反應(yīng)較慢，控制著整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。因此，我們?cè)黾庸艿绹娚淅蹩刂埔貉鯂娙雺毫Σ⑼?過(guò)添加二氧化錳催化劑加快該反應(yīng)進(jìn)程是合成過(guò)程的提速的關(guān)鍵。且二氧化錳催化劑可回 收反復(fù)利用。不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成潛在污染。
[0008] 優(yōu)選的，步驟1)中所述的七水硫酸亞鐵為硫酸法生產(chǎn)的鈦白粉副產(chǎn)品。本發(fā)明的 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，硫酸用量增加，產(chǎn)品的鹽基度下降，影響凈水效果；硫酸用量減少，產(chǎn)品的鹽基 度增大，但不利于氧化反應(yīng)的快速進(jìn)行。且在酸性溶液中，F(xiàn)e2+是鐵的最穩(wěn)定狀態(tài)，且隨pH 減小，其穩(wěn)定性增強(qiáng)(指其水解、聚合的傾向減小);在較堿性(相對(duì)Fe3+而言)溶液中，F(xiàn)e3+是 鐵的最穩(wěn)定狀態(tài)，亞鐵很容易被氧化成三價(jià)鐵，所以為了使Fe2+盡快轉(zhuǎn)化成Fe3+，應(yīng)盡可能 在高的pH下進(jìn)行。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，該反應(yīng)中硫酸根與總鐵的最佳摩爾比為1.25。又 因?yàn)樵狭蛩醽嗚F是采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的副產(chǎn)品，酸度較高，因此，相應(yīng)減少硫酸用量 可以達(dá)到硫酸與總鐵的最佳摩爾比。實(shí)際生產(chǎn)中控制七水硫酸亞鐵和硫酸的質(zhì)量百分比在 51. 9%~56%和9. 6%可以達(dá)到最佳的反應(yīng)速率和產(chǎn)品效果。
[0009] 優(yōu)選的，步驟2)中所述二氧化錳通過(guò)計(jì)量螺旋輸送機(jī)加入。加入方便，快速。
[0010] 優(yōu)選的，步驟2)中所述二氧化錳的添加量為七水硫酸亞鐵質(zhì)量的0. 9%。~1. 2%。。 二氧化錳投加量控制在原料量的千分之一左右。可以達(dá)到最佳的催化效率。
[0011] 優(yōu)選的，步驟2)中噴射液氧時(shí)，氧化反應(yīng)開(kāi)始初期液氧噴射初壓在0. 32MPa ~0. 38MPa，反應(yīng)lOmin后調(diào)整液氧噴射壓力為0. 23MPa~0. 28MPa。在反應(yīng)初期，F(xiàn)e2+的 含量相對(duì)更高，在二氧化錳的高效催化作用下，加快液氧的噴入速率能夠快速使Fe2+氧化， Fe2+的含量減少，需氧量減小，但在二氧化錳的催化作用下，仍保持較高的氧化反應(yīng)速率。本 工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量安全合格的前提下，采用反應(yīng)前期增加氧量并投加催化劑二氧化錳的 方法，使Fe2+被氧化成Fe3+的速度大大加快，反應(yīng)時(shí)間也相應(yīng)縮短，明顯提高了生產(chǎn)效率。
[0012] 優(yōu)選的，步驟2)中所述反應(yīng)溫度在50°C。常溫下硫酸亞鐵溶解度小，反應(yīng)很難進(jìn) 行，大量的固態(tài)硫酸亞鐵仍然存在。溫度高于80 °C時(shí)，F(xiàn)e3+水解，析出難溶于水的Fe(OH) 304黃色沉淀，且隨溫度升高，沉淀析出量增多，該化合物難溶于酸性溶液，熱穩(wěn)定性也很 大。為了避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生，溫度控制在45°C~55 °C為宜；優(yōu)選反應(yīng)溫度在50°C。
[0013] 優(yōu)選的，所述的易溶氫氧化鋁的酸溶率大于94. 0%。易溶氫氧化鋁的酸溶率要求大 于99. 0%，能夠加快水解反應(yīng)速率，適應(yīng)硫酸亞鐵在二氧化錳催化作用下液氧氧化的氧化反 應(yīng)速率。
[0014] 所述的聚合硫酸鐵鋁的鹽基度大于16.6%。本工藝制備得到聚合硫酸鐵鋁的鹽基 度可大于16. 6%，具有更好的絮凝效果，沉降更快。
[0015] 所述的聚合硫酸鐵鋁中Fe2+的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于0. 1%。本工藝采用的催化劑和液氧 加入方式可以在極短的時(shí)間內(nèi)將Fe2+更徹底的氧化為Fe3+，反應(yīng)后的聚合硫酸鐵鋁中Fe2+ 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將小于〇. 1%。
[0016] 所述的聚合硫酸鐵鋁的比重大于1. 46。本工藝制備得到聚合硫酸鐵鋁的比重可大 于1. 46密度更大，具有更好的絮凝效果。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的聚硫酸鐵鋁的快速合成工藝所具有的有益效果是：本 工藝得到的復(fù)合聚合硫酸鐵鋁是一種高效的絮凝劑。生成工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間從傳統(tǒng)的17h 縮短至30min~40min，大大縮短了生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益、減少 設(shè)備投資。更換原料硫酸鋁為易溶氫氧化鋁，又一次降低了生產(chǎn)成本，再者將催化劑亞硝酸 鈉由二氧化錳替代，消除了產(chǎn)品中殘留的亞硝酸鹽，且二氧化錳可重復(fù)利用使生產(chǎn)成本再 一次降低。使產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害、絮凝效果更好，具有很好的發(fā)展前景。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。其中實(shí)施例1為最佳實(shí)施例。
[0019] 實(shí)施例1 1) 按質(zhì)量百分比七水硫酸亞鐵54%，易溶氫氧化鋁2. 9%，硫酸9. 6%，水33. 5%將物料加 入到反應(yīng)器中，易溶氫氧化鋁的酸溶率為94. 5% ; 2) 通過(guò)計(jì)量螺旋輸送機(jī)向反應(yīng)器中加入七水硫酸亞鐵質(zhì)量的1. 0%。的二氧化猛作 為催化劑，并同時(shí)向反應(yīng)器中噴射液氧開(kāi)啟氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)開(kāi)始初期液氧噴射初壓在 0. 34MPa，反應(yīng)lOmin后調(diào)整液氧噴射壓力為0. 25MPa，過(guò)程中控制反應(yīng)溫度在50°C; 3) 反應(yīng)器內(nèi)在氧化反應(yīng)同時(shí)自發(fā)進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行30min后將物料進(jìn)行 噴霧干燥得到聚合硫酸鐵鋁，并回收二氧化錳催化劑。
[0020] 實(shí)施例2 1) 按質(zhì)量百分比七水硫酸亞鐵56%，易溶氫氧化鋁1%，硫酸9. 5%，水33. 5%將物料加入 到反應(yīng)器中，易溶氫氧化鋁的酸溶率為94. 5% ; 2) 通過(guò)計(jì)量螺旋輸送機(jī)向反應(yīng)器中加入七水硫酸亞鐵質(zhì)量的1. 2%。的二氧化錳作 為催化劑，并同時(shí)向反應(yīng)器中噴射液氧開(kāi)啟氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)開(kāi)始初期液氧噴射初壓在 0. 35MPa，反應(yīng)lOmin后調(diào)整液氧噴射壓力為0. 26MPa，過(guò)程中控制反應(yīng)溫度在48°C; 3) 反應(yīng)器內(nèi)在氧化反應(yīng)同時(shí)自發(fā)進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行33min后將物料進(jìn)行 噴霧干燥得到聚合硫酸鐵鋁，并回收二氧化錳催化劑。
[0021] 實(shí)施例3 1) 按質(zhì)量百分比七水硫酸亞鐵51. 9%，易溶氫氧化鋁5%，硫酸9. 6%，水33. 5%將物料 加入到反應(yīng)器中，易溶氫氧化鋁的酸溶率為94. 5% ; 2) 通過(guò)計(jì)量螺旋輸送機(jī)向反應(yīng)器中加入七水硫酸亞鐵質(zhì)量的0. 9%。的二氧化錳作為催 化劑，并同時(shí)向反應(yīng)器中噴射液氧開(kāi)啟氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)開(kāi)始初期液氧噴射初壓在〇. 32 MPa，反應(yīng)lOmin后調(diào)整液氧噴射壓力為0. 28MPa，過(guò)程中控制反應(yīng)溫度在52°C; 3) 反應(yīng)器內(nèi)在氧化反應(yīng)同時(shí)自發(fā)進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行32min后將物料進(jìn)行 噴霧干燥得到聚合硫酸鐵鋁，并回收二氧化錳催化劑。
[0022] 實(shí)施例4 1) 按質(zhì)量百分比七水硫酸亞鐵53. 2%，易溶氫氧化鋁4%，硫酸9. 3%，水33. 5%將物料 加入到反應(yīng)器中，易溶氫氧化鋁的酸溶率為94. 5% ; 2) 通過(guò)計(jì)量螺旋輸送機(jī)向反應(yīng)器中加入七水硫酸亞鐵質(zhì)量的0. 7%。的二氧化猛作 為催化劑，并同時(shí)向反應(yīng)