聚硫酸铁铝的快速合成工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 聚硫酸铁铝的快速合成工艺，属于水处理絮凝剂技术领域。
【背景技术】
[0002] 聚合硫酸铁铝（PFAS)是在聚合硫酸铁（PFS)的基础上发展起来的，并综合了PFS 优点的一种新型高效的水处理剂，可广泛用于各类废水、工业用水及饮用水的混凝沉淀处 理。在我国，钛白粉的生产普遍采用硫酸法，其生产过程中，副产品七水硫酸亚铁的产量远 远超过钛白粉自身的产量。将硫酸亚铁及钛白废酸与易溶氢氧化铝用于合成PFAS，进而用 于废水处理，变废为宝，是综合利用钛白副产品七水硫酸亚铁的一种重要途径。在PFAS的 合成过程中，由于七水硫酸亚铁转为聚合物有三个反应同时存在，即氧化反应、水解反应、 聚合反应。在这三个反应中起决定步骤的是氧化反应，该反应较慢、控制着整个反应过程。 因此，加快氧化反应的反应速度成为合成工艺的关键。
[0003] 传统工艺中聚合硫酸铁工艺所采用的催化剂为亚硝酸钠或硝酸，这一类产品均为 危化品。且用亚硝酸钠作催化剂还有亚硝酸盐残留的隐患。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种反应时间短，无危害 残留的聚硫酸铁铝的快速合成工艺。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该聚硫酸铁铝的快速合成工艺，其 特征在于具体制备步骤为： 1) 按质量百分比七水硫酸亚铁51. 9%~56%，易溶氢氧化铝1%~5%，硫酸9. 3%~9. 6%，水 33. 5%将物料加入到反应器中； 2) 向反应器中加入七水硫酸亚铁质量的0. 7%。~1. 7%。的二氧化锰作为催化剂，并同时 向反应器中喷射液氧以开启氧化反应，液氧喷射压力在0.23MPa~0.38MPa;过程中控制反 应温度在45°C~55°C; 3) 反应器内在氧化反应同时自发进行水解、聚合反应，反应进行30min~40min后将物 料进行喷雾干燥得到聚合硫酸铁铝，并回收二氧化锰催化剂。
[0006] 本发明通过改变主要原料、工艺流程、控制反应温度，极大的缩短了产品合成的时 间。提升产品质量用于生活饮用水。以硫酸法生产的钛白粉副产品七水硫酸亚铁、钛白废 酸、易溶氢氧化铝为原料，以液氧作氧化剂，以二氧化锰为催化剂来合成聚合硫酸铁铝。以 往的聚合硫酸铁铝中铝的来源是添加硫酸铝，硫酸铝虽然水解和聚合反应迅速，但是自身 成本较高。本工艺采用了近几年以来由中国铝业研发生产的易溶氢氧化铝，在聚合硫酸铁 铝的酸性环境中，配合稍微增加的硫酸用量，实现了快速进行水解、聚合反应，在降低了生 产成本的同时加快反应速率。
[0007] 七水硫酸亚铁在酸性条件和催化作用下，用液氧氧化成硫酸铁。硫酸铁和易溶氢 氧化铝经水解和聚合反应得到红褐色的复合聚合硫酸铁铝。氧化反应、水解反应、聚合反应 三个反应同时存在于一个体系中，相互影响，相互促进。氧化反应是三个系列反应中的第一 步，该反应较慢，控制着整个反应过程。因此，我们增加管道喷射栗控制液氧喷入压力并通 过添加二氧化锰催化剂加快该反应进程是合成过程的提速的关键。且二氧化锰催化剂可回 收反复利用。不会对产品造成潜在污染。
[0008] 优选的，步骤1)中所述的七水硫酸亚铁为硫酸法生产的钛白粉副产品。本发明的 发明人发现，硫酸用量增加，产品的盐基度下降，影响净水效果；硫酸用量减少，产品的盐基 度增大，但不利于氧化反应的快速进行。且在酸性溶液中，Fe2+是铁的最稳定状态，且随pH 减小，其稳定性增强(指其水解、聚合的倾向减小);在较碱性(相对Fe3+而言)溶液中，Fe3+是 铁的最稳定状态，亚铁很容易被氧化成三价铁，所以为了使Fe2+尽快转化成Fe3+，应尽可能 在高的pH下进行。本发明的发明人认为，该反应中硫酸根与总铁的最佳摩尔比为1.25。又 因为原料硫酸亚铁是采用硫酸法生产钛白粉的副产品，酸度较高，因此，相应减少硫酸用量 可以达到硫酸与总铁的最佳摩尔比。实际生产中控制七水硫酸亚铁和硫酸的质量百分比在 51. 9%~56%和9. 6%可以达到最佳的反应速率和产品效果。
[0009] 优选的，步骤2)中所述二氧化锰通过计量螺旋输送机加入。加入方便，快速。
[0010] 优选的，步骤2)中所述二氧化锰的添加量为七水硫酸亚铁质量的0. 9%。~1. 2%。。 二氧化锰投加量控制在原料量的千分之一左右。可以达到最佳的催化效率。
[0011] 优选的，步骤2)中喷射液氧时，氧化反应开始初期液氧喷射初压在0. 32MPa ~0. 38MPa，反应lOmin后调整液氧喷射压力为0. 23MPa~0. 28MPa。在反应初期，Fe2+的 含量相对更高，在二氧化锰的高效催化作用下，加快液氧的喷入速率能够快速使Fe2+氧化， Fe2+的含量减少，需氧量减小，但在二氧化锰的催化作用下，仍保持较高的氧化反应速率。本 工艺在保证产品质量安全合格的前提下，采用反应前期增加氧量并投加催化剂二氧化锰的 方法，使Fe2+被氧化成Fe3+的速度大大加快，反应时间也相应缩短，明显提高了生产效率。
[0012] 优选的，步骤2)中所述反应温度在50°C。常温下硫酸亚铁溶解度小，反应很难进 行，大量的固态硫酸亚铁仍然存在。温度高于80 °C时，Fe3+水解，析出难溶于水的Fe(OH) 304黄色沉淀，且随温度升高，沉淀析出量增多，该化合物难溶于酸性溶液，热稳定性也很 大。为了避免副产物的产生，温度控制在45°C~55 °C为宜；优选反应温度在50°C。
[0013] 优选的，所述的易溶氢氧化铝的酸溶率大于94. 0%。易溶氢氧化铝的酸溶率要求大 于99. 0%，能够加快水解反应速率，适应硫酸亚铁在二氧化锰催化作用下液氧氧化的氧化反 应速率。
[0014] 所述的聚合硫酸铁铝的盐基度大于16.6%。本工艺制备得到聚合硫酸铁铝的盐基 度可大于16. 6%，具有更好的絮凝效果，沉降更快。
[0015] 所述的聚合硫酸铁铝中Fe2+的质量百分数小于0. 1%。本工艺采用的催化剂和液氧 加入方式可以在极短的时间内将Fe2+更彻底的氧化为Fe3+，反应后的聚合硫酸铁铝中Fe2+ 的质量百分数将小于〇. 1%。
[0016] 所述的聚合硫酸铁铝的比重大于1. 46。本工艺制备得到聚合硫酸铁铝的比重可大 于1. 46密度更大，具有更好的絮凝效果。
[0017] 与现有技术相比，本发明的聚硫酸铁铝的快速合成工艺所具有的有益效果是：本 工艺得到的复合聚合硫酸铁铝是一种高效的絮凝剂。生成工艺简单，反应时间从传统的17h 缩短至30min~40min，大大缩短了生产周期、降低生产成本、提高质量、增加经济效益、减少 设备投资。更换原料硫酸铝为易溶氢氧化铝，又一次降低了生产成本，再者将催化剂亚硝酸 钠由二氧化锰替代，消除了产品中残留的亚硝酸盐，且二氧化锰可重复利用使生产成本再 一次降低。使产品无毒无害、絮凝效果更好，具有很好的发展前景。
【具体实施方式】
[0018] 下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。其中实施例1为最佳实施例。
[0019] 实施例1 1) 按质量百分比七水硫酸亚铁54%，易溶氢氧化铝2. 9%，硫酸9. 6%，水33. 5%将物料加 入到反应器中，易溶氢氧化铝的酸溶率为94. 5% ; 2) 通过计量螺旋输送机向反应器中加入七水硫酸亚铁质量的1. 0%。的二氧化猛作 为催化剂，并同时向反应器中喷射液氧开启氧化反应，氧化反应开始初期液氧喷射初压在 0. 34MPa，反应lOmin后调整液氧喷射压力为0. 25MPa，过程中控制反应温度在50°C; 3) 反应器内在氧化反应同时自发进行水解、聚合反应，反应进行30min后将物料进行 喷雾干燥得到聚合硫酸铁铝，并回收二氧化锰催化剂。
[0020] 实施例2 1) 按质量百分比七水硫酸亚铁56%，易溶氢氧化铝1%，硫酸9. 5%，水33. 5%将物料加入 到反应器中，易溶氢氧化铝的酸溶率为94. 5% ; 2) 通过计量螺旋输送机向反应器中加入七水硫酸亚铁质量的1. 2%。的二氧化锰作 为催化剂，并同时向反应器中喷射液氧开启氧化反应，氧化反应开始初期液氧喷射初压在 0. 35MPa，反应lOmin后调整液氧喷射压力为0. 26MPa，过程中控制反应温度在48°C; 3) 反应器内在氧化反应同时自发进行水解、聚合反应，反应进行33min后将物料进行 喷雾干燥得到聚合硫酸铁铝，并回收二氧化锰催化剂。
[0021] 实施例3 1) 按质量百分比七水硫酸亚铁51. 9%，易溶氢氧化铝5%，硫酸9. 6%，水33. 5%将物料 加入到反应器中，易溶氢氧化铝的酸溶率为94. 5% ; 2) 通过计量螺旋输送机向反应器中加入七水硫酸亚铁质量的0. 9%。的二氧化锰作为催 化剂，并同时向反应器中喷射液氧开启氧化反应，氧化反应开始初期液氧喷射初压在〇. 32 MPa，反应lOmin后调整液氧喷射压力为0. 28MPa，过程中控制反应温度在52°C; 3) 反应器内在氧化反应同时自发进行水解、聚合反应，反应进行32min后将物料进行 喷雾干燥得到聚合硫酸铁铝，并回收二氧化锰催化剂。
[0022] 实施例4 1) 按质量百分比七水硫酸亚铁53. 2%，易溶氢氧化铝4%，硫酸9. 3%，水33. 5%将物料 加入到反应器中，易溶氢氧化铝的酸溶率为94. 5% ; 2) 通过计量螺旋输送机向反应器中加入七水硫酸亚铁质量的0. 7%。的二氧化猛作 为催化剂，并同时向反应