复合聚铁净水剂的生产方法及其生产设备的制作方法
【专利摘要】本发明属于化工领域，涉及复合聚铁净水剂的生产方法和生产设备。将钛白粉生产过程中产生的废硫酸加入反应釜，加入硫酸亚铁，再加入水，搅拌，使硫酸亚铁完全溶解；加入双氧水，直至亚铁离子完全氧化；加入热水，当温度升高至60℃以上，再加入CaAl2O4,控制PH值为2-3；最后分离产物。其生产设备包括反应釜、废硫酸箱、双氧水箱和热水箱，反应釜内设有搅拌器，废硫酸箱、双氧水箱和热水箱分别通过管道和控制阀连接到反应釜；反应釜的顶部设置有加料口和通气口，底部设置有放料口，所述放料口的下方设置有接料筒。它利用钛白粉制造过程中产生的废硫酸和硫酸亚铁制备复合聚铁净水剂，双重效益。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工领域，涉及一种利用钛白粉制造过程中产生的废硫酸和硫酸亚铁 制备复合聚铁净水剂的生产方法及其生产设备。 复合聚铁净水剂的生产方法及其生产设备
【背景技术】
[0002] 复合聚铁是在国产净水剂聚合硫酸铁（简称聚铁，通用代号PFS)的基础上发展起 来的又一种新型高效净水剂，是聚合硫酸铁和聚合硫酸铝的复合物，通用代号PFAS。复合聚 铁净水剂也称"聚合硫酸铁铝"，复合聚铁净水剂与其他无机高分子絮凝剂（如聚合铁、聚 合铝等）相比，具有更高的净化能力。且无"泛黄"现象；对水体亦无二次污染，无毒、无害， 安全可靠。
[0003] 采用硫酸法生产钛白粉的过程中，每生产1吨钛白粉，将同时产生7-11吨的废硫 酸（含硫酸25 %左右），3-4吨的硫酸亚铁，其中会有一部分的硫酸亚铁溶解在废硫酸中。 到目前为止，对如此超大量的废硫酸，国内尚无既经济又实用的方法，从根本上解决问题， 只能采用传统的"碱中和"的方法，做无害化处理，结果产生超大量的污泥送填埋场长期存 放，另外产生更超大量的水溶性盐类（以硫酸钠为主）随水流排入江、河、海洋，以江苏某钛 白粉厂为例，每天送往填埋场的污泥高达600多吨，排入长江的水溶性盐类高达2000多吨。
[0004] 而对于副产品硫酸亚铁，由于其产量远高于社会总需求量，故长期处于严重的"涨 库"状态，该产品严禁排放也严禁送填埋场，长期以来，都一直是一个严重的社会隐患
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够利用硫酸法生产钛白粉所产生的废 硫酸制备具有较高净水效果的复合聚铁净水剂的生产方法及其生产设备，从而降低硫酸法 生产钛白粉的废液处理成本，并降低复合聚铁净水剂的生产成本。
[0006] 本发明的复合聚铁净水剂，其生产方法如下：
[0007] 1)在废硫酸中加入双氧水，加入量能使溶解在废硫酸中的FeSCV决速转化成 Fe2(S04)3 ;化学反应式为：
[0008] H2S04+2FeS04+H202 = Fe2 (S04) 3+2H20 ;
[0009] 2)采用铝酸钙作为引发剂使其与仏504及？62(50 4)3快速产生聚合反应，生成复合 聚铁和不溶于水的硫酸钙沉淀物；化学反应式为：
[0010] Fe2 (S04) 3+H2S04+CaAl204+2H 20 = [Fe2 (OH) 2 (S04)丄+ [Al2 (OH) 4S04] n+CaS04。
[0011] 3)将沉淀物分离，剩余的溶液即为复合聚铁净水剂。
[0012] 所述步骤1)中，在废硫酸中加入双氧水之前，先加入一定量的FeS04水溶液。
[0013] 具体生产步骤如下：
[0014] a):设定好加入的废硫酸的质量，加入废硫酸质量0-20%的硫酸亚铁，再加入硫 酸亚铁质量5倍的水，搅拌，使硫酸亚铁完全溶解；最后将废硫酸加入反应釜；
[0015] b):缓慢加入废硫酸质量8-12%的双氧水，直至亚铁离子完全氧化；
[0016] c):加入热水，并且使得本步的加水量与第1步的加水量之和为废硫酸质量的2-3 倍；使反应釜内的温度升高至60°C以上，再加入CaAl 204，搅拌，控制PH值为2-3,控制反应 温度在70-80°C ;
[0017] d):分离产物：将沉淀物分离，剩余的溶液即为复合聚铁净水剂。
[0018] 将反应过程中反应釜中挥发出的气体通入到喷淋装置中进行喷淋，将喷淋后的液 体送到热水箱，作为下次生产PFAS的用水。
[0019] 分离产物时，将沉淀物放入到甩干机中甩干之后，再运走。
[0020] 它包括反应釜、废硫酸箱、双氧水箱和热水箱，所述反应釜内设置有搅拌器，所述 废硫酸箱、双氧水箱和热水箱分别通过管道和控制阀连接到反应釜；所述反应釜的顶部设 置有一个加料口和通气口，所述反应釜的底部设置有放料口，所述放料口的下方设置有缓 冲罐，所述放料口通过管道和控制阀连接到缓冲罐。
[0021] 它还包括一个成品罐，所述缓冲罐通过泵、控制阀和管道连接到成品罐，所述成品 罐上设置有成品出料口，所述成品罐的底部设置有沉淀物出料口，所述沉淀物出料口的底 部设置有甩干机，所述所述沉淀物出料口通过管道和控制阀连接到甩干机。
[0022] 所述反应釜的外壁设置有加热夹套，所述加热夹套的外壁设置有保温层，所述加 热夹套通过外部的自来水、电热水器以及管道给自身输送热水；所述加热夹套上设置有出 水口，所述出水口通过管道和控制阀连接到热水箱。
[0023] 所述通气口通过管道连接到喷淋装置；所述喷淋装置的上部设置有排气口，底部 设置有排水口；所述排水口通过一条支路管道、泵和控制阀连接到热水箱，通过另一条支路 管道和控制阀连接到加热夹套的电热水器。
[0024] 所述甩干机上设置有进水口、废渣出料口和排水口，所述甩干机的排水口通过管 道和控制阀连接到喷淋装置。
[0025] 本发明的优点在于：复合聚铁净水剂与现有的聚合硫酸铁净水剂相比具有以下优 点：1.不用催化剂及工业氧气。2.加入了聚合硫酸铝，具有较好的复合效应，净水效果更 好。3.产品的PH值可达2.5±0.5,与聚合硫酸铁净水剂的0.5的PH值相比，具有更大的 适用范围，可广泛应用在各类污水处理、工矿自备用水、循环用水等各个领域。4.以钛白粉 生产过程中产生的废硫酸及严重过剩的硫酸亚铁为原料，快速聚合而成，整个生产周期不 到1小时，1吨废硫酸可产生成品3-4吨，生产效率极高，成本极低。5.生产全过程没有废 水、废气、废渣排放，只产生少量残渣（主要成分为石膏CaS0 4及少量砂子，经甩干处理后形 成阴干状泥饼，可随煤渣作为建筑材料使用。6.生产设备投资少，1-2人即可组织生产，操 作技术难度小，人员经简单培训后，即可独立承担生产任务，用水单位可自产自用，一天的 产量即可使用几天，打破净水剂非得由专业生产厂生产的老传统。7.目前国内钛白粉厂采 用"碱中和"无害化处理方法，每处理1吨废硫酸，综合成本都在1000元以上，但是，可以用 这1000元在1-2个小时内，使5吨左右的废酸产出20吨左右的复合聚铁净水剂，其经济效 益、社会效益、环境效益极佳。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本发明制备复合聚铁净水剂的生产设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 实施例1 :一种复合聚铁净水剂PFAS-1的生产方法，具体步骤如下：
[0028] a):将废硫酸加入反应釜；
[0029] b):缓慢加入废硫酸质量8%的双氧水（H202)，搅拌10分钟，直至亚铁离子完全氧 化，此时溶液中的主要成分为H 2S04和Fe2 (S04) 3 ;
[0030] c):加入废硫酸质量2. 5倍的热水，使反应釜内的温度升高至60°C以上，再加入废 硫酸质量16%的CaAl204，搅拌，控制PH值为2. 5,控制反应温度在70-80°C;产品的化学反 应式为：Fe2(S04) 3+H2S04+CaAl204+2H 20 = [Fe2(0H)2(S04)丄+[Al2(0H) 4S04]n+CaS04。
[0031] d):分离产物，CaS04F溶于水，沉结在底部，将沉淀物分离，上部的溶液即为复合 聚铁净水剂。
[0032] 将反应过程中反应釜中挥发出的气体通入到喷淋装置中进行喷淋，将喷淋后的液 体送到热水箱，作为下次生产的用水。
[0033] 分离产物时，将沉淀物输送到甩干机中甩干之后，再运走。
[0034] 取镇江市生活污水作为样本，检测其中CODcr的含量为122,加入质量比0. 4%的 PFAS-1复合聚铁净水剂，搅拌15分钟，取其上清液，测得CODcr的含量为60,远低于《地表 水和污水监测技术规范HJ/T91-2002》CODcr -级排放标准。
[0035] 实施例2 :-种复合聚铁净水剂PFAS-2的生产方法，具体步骤如下：
[0036] a):先设定要加入反应釜的废硫酸的质量，加入废硫酸质量20%的硫酸亚铁，再 加入硫酸亚铁质量5倍的水，揽祥，硫酸亚铁完全溶解；最后将设定量的废硫酸加入反应 釜；
[0037] b):缓慢加入废硫酸质量12%的双氧水（H202)，搅拌15分钟，直至亚铁离子完全氧 化，此时溶液中的主要成分为H 2S04和Fe2 (S04) 3 ;
[0038] c):加入废硫酸质量2. 5倍的热水，使反应釜内的温度升高至60°C，再加入废硫酸 质量19%的CaAl204，搅拌，控制PH值为2. 5,控制反应温度在70-80°C;产品的化学反应式 S^edSCWHjOdCaAlA+SH^EFedOHVSOH+EAldOHhSOJn+CaSCV
[0039] d):分离产物，CaS04F溶于水，沉结在底部，将沉淀物分离，剩余的溶液即为复合 聚铁净水剂。
[0040] 取镇江市生活污水作为样本，检测其中CODcr的含量为122,经PFAS-2获得的净水 剂处理，加入量为污水质量的0. 4%，处理后CODcr为79,达到《地表水和污水监测技术规范 HJ/T91-2002》CODcr -级排放标准，经处理后的污水清澈透明，多日放置不变，处理效果较 好。
[0041] 如图所示：一种制备如权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产设备，它包括反 应釜01、废硫酸箱03、双氧水箱04和热水箱05,所述反应釜01内设置有搅拌器011，所述 废硫酸箱03、双氧水箱04和热水箱05分别通过管道和控制阀连接到反应釜01 ;所述反应 釜01的顶部设置有一个加料口 012和通气口 013,所述反应釜01的底部设置有放料口 014， 所述放料口 014的下方设置有缓冲罐06,所述放料口 014通过管道和控制阀连接到缓冲罐 06 〇
[0042] 它还包括一个成品罐02,所述缓冲罐06通过泵、控制阀和管道连接到成品罐02， 所述成品罐02上设置有成品出料口 021，所述成品罐02的底部设置有沉淀物出料口 022， 所述沉淀物出料口 022的底部设置有甩干机07,所述所述沉淀物出料口 022通过管道和控 制阀连接到甩干机07。
[0043] 所述反应釜01的外壁设置有加热夹套015,所述加热夹套015的外壁设置有保温 层016,所述加热夹套015通过外部的自来水、电热水器以及管道给自身输送热水；所述加 热夹套015上设置有出水口，所述出水口通过管道和控制阀连接到热水箱05。
[0044] 所述通气口 013通过管道连接到喷淋装置08 ;所述喷淋装置08的上部设置有排 气口 081，底部设置有排水口 082 ;所述排水口 082通过一条支路管道、泵和控制阀连接到热 水箱05,通过另一条支路管道和控制阀连接到加热夹套015的电热水器。
[0045] 所述甩干机07上设置有进水口、废渣出料口和排水口，所述甩干机07的排水口通 过管道和控制阀连接到喷淋装置08。
【权利要求】
1. 一种复合聚铁净水剂的生产方法，其特征在于：其生产方法如下： 1) 在废硫酸中加入双氧水，加入量能使溶解在废硫酸中的FeSCV决速转化成Fe2(S04) 3 ; 化学反应式为： H2S04+2FeS04+H202 = Fe2 (S04) 3+2H20 ； 2) 采用铝酸钙作为引发剂使其与H2S04及Fe2 (S04) 3快速产生聚合反应，生成复合聚铁 和不溶于水的硫酸钙沉淀物；化学反应式为： Fe2 (S04) 3+H2S04+CaAl204+2H 20 = [Fe2 (OH) 2 (S04)丄+ [Al2 (OH) 4S04] n+CaS04。 3) 将沉淀物分离，剩余的溶液即为复合聚铁净水剂。
2. 根据权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产方法，其特征在于：所述步骤1)中， 在废硫酸中加入双氧水之前，先加入一定量的FeS0 4水溶液。
3. 根据权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产方法，其特征在于：具体生产步骤如 下： a) :设定好加入的废硫酸的质量，加入废硫酸质量0-20 %的硫酸亚铁，再加入硫酸亚 铁质量5倍的水，搅拌，使硫酸亚铁完全溶解；最后将废硫酸加入反应釜； b) :缓慢加入废硫酸质量8-12%的双氧水，直至亚铁离子完全氧化； c) :加入热水，并且使得本步的加水量与第1步的加水量之和为废硫酸质量的2-3倍； 使反应釜内的温度升高至60°C以上，再加入CaAl 204，搅拌，控制PH值为2-3,控制反应温 度在 70-80°C ; d) :分离产物：将沉淀物分离，剩余的溶液即为复合聚铁净水剂。
4. 根据权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产方法，其特征在于：将反应过程中反 应釜中挥发出的气体通入到喷淋装置中进行喷淋，将喷淋后的液体送到热水箱，作为下次 生产PFAS的用水。
5. 根据权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产方法，其特征在于：分离产物时，将沉 淀物放入到甩干机中甩干之后，再运走。
6. -种制备如权利要求1所述的复合聚铁净水剂的生产设备，其特征在于：它包括反 应釜（01)、废硫酸箱（03)、双氧水箱（04)和热水箱（05)，所述反应釜（01)内设置有搅拌 器（011)，所述废硫酸箱（03)、双氧水箱（04)和热水箱（05)分别通过管道和控制阀连接到 反应釜（01);所述反应釜（01)的顶部设置有一个加料口（012)和通气口（013)，所述反应 釜（01)的底部设置有放料口（014)，所述放料口（014)的下方设置有缓冲罐（06)，所述放 料口（014)通过管道和控制阀连接到缓冲罐（06)。
7. 根据权利要求6所述的复合聚铁净水剂的生产设备，其特征在于：它还包括一个成 品罐（02)，所述缓冲罐（06)通过泵、控制阀和管道连接到成品罐（02)，所述成品罐（02)上 设置有成品出料口（021)，所述成品罐（02)的底部设置有沉淀物出料口（022)，所述沉淀物 出料口（022)的底部设置有甩干机（07)，所述所述沉淀物出料口（022)通过管道和控制阀 连接到甩干机（07)。
8. 根据权利要求6所述的复合聚铁净水剂的生产设备，其特征在于：所述反应釜（01) 的外壁设置有加热夹套（015)，所述加热夹套（015)的外壁设置有保温层（016)，所述加热 夹套（015)通过外部的自来水、电热水器以及管道给自身输送热水；所述加热夹套（015)上 设置有出水口，所述出水口通过管道和控制阀连接到热水箱（05)。
9. 根据权利要求8所述的复合聚铁净水剂的生产设备，其特征在于：所述通气口（013) 通过管道连接到喷淋装置（08);所述喷淋装置（08)的上部设置有排气口（081)，底部设置 有排水口（082);所述排水口（082)通过一条支路管道、泵和控制阀连接到热水箱（05)，通 过另一条支路管道和控制阀连接到加热夹套（015)的电热水器。
10. 根据权利要求7或9所述的复合聚铁净水剂的生产设备，其特征在于：所述甩干机 (07)上设置有进水口、废渣出料口和排水口，所述甩干机（07)的排水口通过管道和控制阀 连接到喷淋装置（08)。
【文档编号】C02F1/52GK104098165SQ201410366582
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】徐锁龙 申请人:徐锁龙