专利名称：复合聚合硫酸铁铝的生产方法
技术领域：
本发明涉及用于处理饮用水、废水或污水等的絮凝剂的生产方法，更准确地说是涉及用于处理饮用水、废水或污水等的无机高分子絮凝剂-复合聚合硫酸铁铝的生产方法。
聚合硫酸铁是近几年发展起来的一种无机高分子絮凝剂，聚合硫酸铁与传统的絮凝剂如三氯化铁、硫酸铝、氯化硫酸铁相比，具有投加量小、浊度去除率高、脱色效果好等优点。聚合硫酸铁的生产方法多种多样，但都包括了硫酸亚铁在酸性溶液中经氧化、水解和聚合等过程。若按氧化方式的不同来划分，聚合硫酸铁的生产方法分为二大类(1)直接氧化法，即采用强氧化剂H2O2、NaClO、KClO3、MnO2等直接将亚铁离子氧化为铁离子，再经水解和聚合得到聚合硫酸铁;(2)催化氧化法，即在催化剂的作用下，利用空气或氧气将亚铁离子氧化为铁离子，同样经水解和聚合得到聚合硫酸铁。直接氧化法因为氧化剂消耗量很大，成本过高，加之由氧化剂而引进的残留物的分离费用较大，不分离又将影响产品的质量，所以难以工业化生产。
目前，国内外生产聚合硫酸铁普遍采用催化氧化法，主要选用NaNO2、HNO3作为催化剂，例如日本特许公开昭51-17518公开了一种聚合硫酸铁的生产方法，是以FeSO4为原料，在一定温度、压力下，以NaNO2为催化剂，用空气氧化，经过水解、聚合反应得聚合硫酸铁。公开号为CN 1040505A(1990年)的中国专利申请公开的方法是以NaNO2为催化剂，FeSO4用空气氧化后与硫酸反应得聚合硫酸铁。公开号为CN 1053322A(1991年)的中国专利申请公开的方法是以HNO3为催化剂和氧化剂，FeSO4在H2SO4存在下经过氧化、水解、聚合后得聚合硫酸铁。现有技术采用上述催化剂生产聚合硫酸铁的方法存在如下缺点(1)反应时间太长，需17小时以上，使设备效率低、成本高;
(2)以NaNO2为催化剂制备聚合硫酸铁时的氧化反应如下
可见反应过程中放出氮的氧化物，污染了环境;
(3)以HNO3为催化剂生产聚合硫酸铁，需要大量的HNO3，由于使用HNO3会产生氮的氧化物，从而加重了对环境的污染。
(4)这些生产方法对酸度都存在极大的依赖性，即酸的投入量必须很大才能保证最终的产品混合物中不出现氢氧化铁沉淀，而酸的投入量增大必然降低产品的盐基度，从而影响其絮凝效果。
聚合硫酸铁的分子式可表示为［Fe2(OH)n(SO)3-n/2］m，其对应的盐基度为n/6×100%，聚合硫酸铁的盐基度越高，即n越大，产品聚合度m也越高，其形成的矾花越大，絮凝效果越好，絮体的沉降速度越快。我国规定聚合硫酸铁一级品的盐基度必须达12%以上，日本标准样品的盐基度规定为8.33～16.7%，而盐基度超过16.67%的聚合硫酸铁产品至今未见报导。因此，设法提高聚合硫酸铁的盐基度就成为改善产品质量的一条重要途径。
本发明的目的在于提供一种聚合硫酸铁的生产方法，缩短反应时间，提高生产效率，降低成本。
本发明的目的还在于提供一种聚合硫酸铁的生产方法，采用新的催化剂，以极少的用量就能完成整个反应，以便基本消除反应过程中放出氮的氧化物，减少环境污染。
本发明更重要的目的在于提供一种聚合硫酸铁的生产方法，采用新的催化剂，使该生产方法对酸度的依赖性大为降低，从而能显著提高盐基度，大大改善产品的絮凝效果。
本发明的生产方法是以硫酸亚铁为原料，硝酸铝为催化剂，在酸性条件下经过氧化、水解、聚合反应得到复合聚合硫酸铁铝产品。
本发明采用的催化剂是工业用硝酸铝，也可以是能形成硝酸铝的氧化铝或铝盐与硝酸的混合物。
由于本发明采用硝酸铝为催化剂，使反应后形成的产品中含有铝，形成复合聚合硫酸铁铝。实践证明聚合硫酸铁产品中含铝对处理废水等有促进作用。
事实上，发明人曾经选用过硝酸钠、硝酸锌、硝酸锰等硝酸盐作催化剂，制得的聚硫酸铁对处理废水并无促进作用，而且产品中还含有钠、锌和锰等杂质。发明人也选用过硝酸、硝酸铁为催化剂，制得的聚合硫酸铁是纯净的产品，但亦无独特的性能。在本发明中，硝酸铝不仅仅是一种催化剂，它还是一种缓冲剂，从而显著地减轻了反应体系对酸度的依赖性，使酸度对反应的影响变得不那么重要;它同时又是一种水解与聚合反应的促进剂，令氧化、水解和聚合反应过程更加均衡地同步进行;硝酸铝也是一种稳定的金属盐类氧化剂，其特点是用量少，所以避免了采用传统方法生产聚合硫酸铁时必须向外排出大量氮的氧化物，基本消除了环境污染。
本发明具体的实施方案是将28.0%～32.0%重量硫酸亚铁、4.5%～7.0%重量硫酸、1.0%～10.0%重量硝酸铝、51.0%～66.5%重量加入反应釜中，搅拌至各组份混合均匀，旋开氧气阀，将氧气流量调节在0.03～0.10个反应釜体积/min范围内，并开始加热，控制反应温度在110～150℃范围内，并通过调节放气阀将系统压力控制在1.0～4.0atm之间，反应1小时左右即制得了一种均质、棕红色粘稠复合聚合硫酸铁铝。
本发明采用的硫酸亚铁可以是工业硫酸亚铁或含硫酸亚铁的矿渣、废渣，本发明采用的硫酸可以是工业硫酸或含硫酸的废酸。
本发明与现有技术相比，具有如下优点(1)由于本发明采用硝酸铝作催化剂，使生产出的产品含有铝成份，成为复合聚合硫酸铁铝，对处理废水等有促进作用。
(2)本发明由于采用极少量的硝酸铝催化剂就能完成整个反应过程，因而可以减少甚至避免对环境的污染。
(3)本发明的生产方法可以减轻反应体系对酸度的依赖性，从而能够生产出盐基度达到20%以上的产品。
(4)本发明生产复合聚合硫酸铁铝的方法反应时间短，1小时左右，大大提高了生产效率，降低了成本。
下面结合实施例对本发明作出进一步说明。
实施例1将629公斤工业硫酸亚铁、90.2公斤硫酸、37.4公斤工业硝酸铝和1243.4公斤水依次加入3m3反应釜中，启动搅拌机，使各组份迅速混合均匀，然后缓慢旋开氧气阀，将氧气的流量调节在5.4m3/h，并开始加热，控制反应温度在115～125℃范围内，并通过调节放气阀将系统压力控制在1.0～3.5之间，系统压力经历升高、降低、再升高、再降低，如此三次循环。反应在42分钟内结束，得到一种均质、棕红色粘稠状复合聚合硫酸铁铝产品，其盐基度为20.59%，总铁含量为170.4g/L，检测不出亚铁离子。
实施例2生产方法同实施例1，其中物料的配方如下硫酸亚铁606.8公斤;
硫酸108.2公斤;
硝酸铝113.4公斤;
水1171.6公斤。
反应条件如下氧气的流量9m3/h;
反应温度110～120℃;
系统压力1.4～3.5atm。
该反应在28分钟内结束，即制得一种均质、棕红色粘稠状复合聚合硫酸铁铝产品，其盐基度为19.12%，总铁含量为175.2g/L检测不出亚铁离子。
实施例3生产方法同实施例1，其中物料的配方如下硫酸亚铁573.6公斤;
硫酸138.8公斤;
硝酸铝194.4公斤;
水1093.2公斤。
反应条件如下氧气的流量14.4m3/h;
反应温度135～145℃;
系统压力1.0～4.0atm。
反应进行22分钟，即制得一种均质、棕红色粘稠状复合聚合硫酸铁铝产品，其盐基度为19.98%，总铁含量为168.5g/L，检测不出亚铁离子。
实施例4生产方法同实施例1，其中物料的配方如下硫酸亚铁629.0公斤;
硫酸99.2公斤;
硝酸铝22.6公斤;
水1249.2公斤。
反应条件如下氧气的流量18m3/h;
反应温度140～150℃;
系统压力1.4～3.5atm。
反应进行了75分钟，即制得一种均质、棕红色粘稠状复合聚合硫酸铁铝产品，其盐基度为19.43%，总铁含量为172.9g/L，检测不出亚铁离子。
表1是用本发明方法生产的复合聚合硫酸铁铝絮凝剂与以NaNO2或HNO3为催化剂生产的聚合硫酸铁絮凝剂的絮凝效果对比。
取员村段珠江水进行检测，其浊度为50ppm。
测定方法取1升河水放入2升的玻璃容器，以180rpm速度快速搅拌3分钟，加入絮凝剂，再以60rpm的速度慢搅10分钟，然后静置20分钟，取上清液测其浊度。
表1
表1数据显示用本发明方法生产的复合聚合硫酸铁铝的絮凝效果明显优于现有的絮凝剂聚合硫酸铁。
权利要求
1.一种复合聚合硫酸铁铝的生产方法，其特征在于以硫酸亚铁为原料、硝酸铝为催化剂，在酸性条件下进行氧化、水解、聚合反应。
2.按照权利要求1的生产方法，其特征在于将28.0%～32.0%重量硫酸亚铁、4.5%～7.0%重量硫酸、1.0%～10.0%重量硝酸铝、51.0%～66.5%重量水加入反应釜中，搅拌至各组分混合均匀，旋开氧气阀，将氧气流量调节在0.03～0.10个反应釜体积/min范围内，并开始加热，控制反应温度在110～150℃范围内，并通过调节放气阀将系统压力控制在1.0～4.0atm之间。
全文摘要
一种复合聚合硫酸铁铝的生产方法，是以硫酸亚铁为原料，以硝酸铝为催化剂，在酸性条件下进行氧化、水解、聚合反应约一小时即得到盐基度达20％以上的复合聚合硫酸铁铝，该生产方法反应时间短、基本上消除了对环境的污染，对污水、废水等具有很好的絮凝效果。
文档编号C01G49/14GK1101896SQ94117429
公开日1995年4月26日 申请日期1994年11月4日 优先权日1994年11月4日
发明者莫炳禄, 阮复昌, 公国庆, 张民权, 卢燕玲 申请人:华南理工大学