专利名称：一个液相法工艺流程生产氧化铁及硫酸钾、氯化铵的制作方法
技术领域：
本发明属化工生产领域，涉及工业化的氧化铁及硫酸钾、氯化铵的生产方法(工艺流程)。1.工业氧化铁是生产铁氧体磁性材料最基础的原料，而后者广泛用于各种通信、广播电视、计算机及其它电子工业；硫酸钾主要用于忌氯的经济作物，如烟草、茶叶、果树、葡萄、马铃薯、 药材、高档蔬菜等。因此，无论工业氧化铁，还是硫酸钾，市场前景均非常广阔。2.国内外生产工业氧化铁和硫酸钾的工艺路线2.1生产工业氧化铁的工艺路线2.1.1硫酸亚铁在稀碱(NaOH)溶液中通入O2进行氧化，生成α-铁的氢氧化物[α-(FeO)OH]，再经高温焙烧生成α-Fe2O3。2.1.2硫酸亚铁在浓碱(NaOH)溶液中加O2生成Fe(OH)3和Fe(OH)2，高温下焙烧生成α-Fe2O3。2.1.3氯化亚铁(FeCl2)在浓碱(NaOH)溶液中通入O2氧化生成铁的氢氧化物，高温还原条件下生成Fe3O4，再经200-300℃下氧化生成α-Fe2O3。(以上参考1、Penniman RS，Zoph NM.1921，US.Patent，1368784；2、Camras M.1954，US.Patent，2694695；3、Van Oosterhout GW.1965，Proc.Int.Conf.on Magnetism，Nottingham，P.529；4、Yamamoto N.1968，Buil.Inst.Chem.Res.Kyoto Uaiv.，46，28；5、Leutner B，et al.1973，US.Patent，3769087；6、Umano S.1975，Japan Patent，7580499；7、Koster EG，et al.1976，Ger Patent，2447386；8、Лукащина，Е.Н.Технология химии，1980(1)8-109、苏联专利，CCCP，1975，47804210、Wohlfarth主编.刘增屯等译.铁磁性材料—磁有序物质特性手册.卷II.
北京电子工业出版社，1993，266-336)2.1.4上述工艺路线的共同特点①中间产物均是生成铁的氢氧化物胶体，很难过滤，也无法用水充分冲洗除去杂质；②由于在NaOH溶液中反应，在氢氧化铁胶体表面必将包敷含硫酸钠或氯化钠的水膜，因此影响氧化铁的质量；③均有废料硫酸钠或氯化钠。2.2硫酸钾生产的工艺路线2.2.1曼海法(Mannheim，又称硫酸法)目前世界上硫酸钾总产量的一半系此法生产，该方法的反应分两步进行
每生产1吨硫酸钾副产27％盐酸1.5吨。2.2.2复分解法生产原料有Na2SO4、(NH4)2SO4、CaSO4、MgSO4等。钾的转化率较低，仅为28.9％-84％，而且有副产品NaCl、CaCl2、MgCl2等，难以处理。2.2.3缔置法原料和化学反应与曼海姆法相同，不同之处是加入有机醇和有机胺缔合剂，代替了曼海姆法需高温才能进行的第二步反应。2.2.4溶剂萃取法以色列IMI公司最推崇的方法，利用萃取剂可完成Mannheim法第二步需高温才能完成的反应。腐蚀性降低，设备投资约减少一半，但萃取剂价格高，所以生产成本较高。
以上方法的主要问题是有废物(废渣或废液)产生或生产成本太高。
(以上部分参考1、潘长华主编.实用小化工生产大全.第一卷无机化工产品·复混肥料·农药·兽药，化学工业出版社，1996，415-4202、汪家铭.国内外硫酸钾的生产状况与市场前景.化工商品科技情报，1995(2)26-303、童义平.国外K2SO4生产综述.海湖盐与化工，1995，24(2)42-444、寇丽华.国内外硫酸钾生产与消费情况.湖北化工，1995，(3)11-145、董万森.我国硫酸钾生产概况.化工科技动态，1995，(7)4-56、杨金习.生产硫酸钾新工艺的研究.海湖盐与化工，1995，24(2)1-37、张夫道.我国硫酸钾生产技术的新突破.土壤肥料，1997，(1)468、专利一种制取硫酸钾的方法，CN10936799、专利manufacture of potassium sulfate and ammunium potassium sulfatefrom potassium chloride and waste iron(II)sulfate，CA104170872u10、专利Use waste iron(II)sulfate for preparation of ammunium potassiumsulfate and iron oxides，CA11426639n)3.本发明人曾于1994-1996年与南京畅畅技术化学有限公司合作，用固相化学配位法生产硫酸钾及副产品氧化铁和氯化铵。该固相法的特点是在固相条件下，Fe3+与SO42-配合转变为稳定的Fe2O(SO4)2配位体，用适量硫酸溶解，加氨生产硫酸铵和氢氧化铁。
鉴于目前国内外在工业化氧化铁生产中存在的问题，本发明拟找到一种在常温常压下将生产氧化铁的主要化学反应步骤在溶液状态下完成的工艺方法，其生产过程中副产品都具有明显的工业价值。
本发明将生产工业氧化铁和硫酸钾、氯化铵有机地结合在一起，一套工艺流程生产三个产品。本发明明显的具有以下特点即本发明是利用钛白粉厂、钢铁厂、油脂化工厂等厂的废料硫酸亚铁为原料，是对工业废料的综合利用，整个生产过程物尽其用，没有废料排出，达到了清洁化生产的要求；本发明生产工业氧化铁的中间产物是FeCO3沉淀，可充分冲洗去杂，产品稳定，铁的转化率高，达95％以上；本技术采用特殊介质将硫酸钾与氯化铵分离，分离完全，钾的转化率高，可达98％以上，氨的回收率可达99％。三个产品质量均符合国家的有关标准，其中，工业氧化铁符合我国电子工业部SJ/T10383-93一等品规定的指标，农用硫酸钾符合国家标准ZB/TG21006-89优等品规定的指标，农用氯化铵符合国家标准GB2946-92优等品规定的指标。为区别于本发明人1994-1996年与南京畅畅技术化学有限公司合作、用固相化学配位法生产硫酸钾及副产品氧化铁和氯化铵的技术，故将本发明生产氧化铁、硫酸钾及氯化铵的方法称为液相法。本发明主要工艺路线1.硫酸亚铁溶解去杂本技术利用其它工业的废料硫酸亚铁，因含杂质较多，需去杂。除了用Fe粉NH3，pH 2-8(优化范围pH4-6)之外，还在低温条件下(10-20℃)将硫酸亚铁重结晶。重结晶后的硫酸亚铁再重新溶解成硫酸亚铁溶液。2.碳酸亚铁的生成在常温范围内(大于1℃，小于100℃。优化温度范围50-80℃)，在以上重新溶解的硫酸亚铁溶液中加入碳酸盐(碳酸钾、碳酸铵及其他碳酸盐)等，并通入液氨，在氧化剂(通空气、KOH、高锰酸钾等氧化剂)的协助下，生成碳酸亚铁沉淀。3.焙烧制取氧化铁碳酸亚铁在900-950℃下焙烧，生成α-氧化铁。4.硫酸钾和氯化铵的生产制取碳酸亚铁沉淀后的上清液(硫酸铵溶液)加入氯化钾，进行复分解反应，生成硫酸钾和氯化铵，加NH3，使硫酸钾沉淀，再经离心甩水机分离硫酸钾，烘干后即为成品。分离出硫酸钾后的溶液为氯化铵母液，蒸发后冷却，氯化铵沉淀，经离心后即为成品。
本发明采用的工艺流程见附
图1。附图1为本发明的工艺流程图。
本发明的生产方法，将氧化铁和硫酸钾的生产过程结合在同一套工艺过程中，不仅如此，在此过程中还得到具有工业价值、其质量达到国家有关标准的氯化铵。在本发明的工艺过程中，硫酸亚铁重结晶再溶解后溶液中加入碳酸盐生成碳酸亚铁沉淀，这样就克服了以往生产过程(包括固相法)中形成胶体铁的氢氧化物带来难于过滤和难于冲洗除去杂质的难题，使生产过程简化，节省了大量的水资源和劳动力，当然也降低了生产成本。
本发明的终产品收率高，铁的转化率高达95％以上；钾的转化率高达98％以上，氨的回收率可达99％。
本发明是利用钛白粉厂、钢铁厂、油脂化工厂等厂的废料硫酸亚铁为原料，是对工业废料的综合利用，整个生产过程物尽其用，没有废料排出，达到了清洁化生产的要求，本发明是属环保项目。
权利要求
1，一种工业化氧化铁的生产方法(工艺流程)，其特征在于生产全过程除生产出主产品氧化铁外，还同时生产出具有工业价值的副产品硫酸钾及氯化铵，以上产品均达到国家有关质量标准。
2，根据权利要求1所述的氧化铁的生产方法，其特征是在于反应过程中有如下一步，即硫酸亚铁溶液中加入碳酸盐，直接生成碳酸亚铁沉淀。
3，根据权利要求1所述的氧化铁的生产方法，其特征是该生产方法中包括副产品硫酸钾及氯化铵在内的主要的化学反应步骤都是在常温常压下、于溶液中进行并完成。
全文摘要
本发明涉及工业化的氧化铁及硫酸钾、氯化铵生产方法。特别是在一个液相法工艺流程中生产出氧化铁及硫酸钾、氯化铵三个产品,且这三个产品都具有明显的工业价值,其产品质量均符合国家有关标准。
文档编号C01D5/00GK1208019SQ9810256
公开日1999年2月17日 申请日期1998年7月1日 优先权日1998年7月1日
发明者张夫道 申请人:中国农业科学院土壤肥料研究所