专利名称：部分氧化法制备聚合硫酸铁的方法
技术领域：
本发明是以含三价铁废渣为原料制备聚合硫酸铁(PFS)的工艺。
作为无机净水剂的聚铁，由于制备聚合硫酸铁PFS是采用绿矾为原料，将Fe2+转化为Fe3+，而Fe3+完全来源于亚铁，采用氯酸盐或双氧水氧化所消耗的氧化剂的量大，从而增加了生产成本；虽然利用含三价铁的矿石或废渣制备聚合硫酸铁PFS可以减少氧化剂的用量，但是存在质量差，生产中聚合硫酸铁PFS盐基度难以控制的问题。
本发明的目的在于克服上述缺点，而提供一种反应速度快、产品质量好、无污染、成本低的制备聚合硫酸铁的方法。
本发明的技术方案是首先将含三价铁的硫铁矿烧渣或者矿石、钢渣与30～60％的硫酸在低于130℃条件下反应0.5～5小时，其反应液过滤得到酸浸液；然后，在酸浸液中加入铁皮或者铁屑，于低于110℃的条件下反应至溶液中Fe3+被完全还原后，经过滤，冷却结晶得到绿矾；接着在酸浸液中加入绿矾(FeSO4·7H2O)，同时在反应温度≥40℃条件下加入氯酸钠或氯酸钾或双氧水或硝酸，待溶液中Fe2+完全氧化得到综红色液体PFS；再将液体PFS蒸发、浓缩，于60℃～120℃条件下，搅拌干燥或者浓缩后室温存放粉化后，于60℃～120℃下干燥；将干燥后的固体PFS粉碎，得到淡黄色固体粉末状PFS，其晶体结构为Fe4.67(SO4)6(OH)2·20H2O。
本发明的优点为(1)利用含三价铁废渣制备PFS，减少了氧化剂用量，降低了生产成本；(2)利用FeSO4调整PFS盐基度，保证了产品质量；(3)所制得液体PFS铁含量高达14％以上，易蒸发浓缩、干燥得到固体PFS；(4)用本发明生产的聚合硫酸铁(PFS)用于处理生活废水及重金属废水效果好。
下面结合附图与实施例作进一步说明
图1制备酸浸液工艺流程图；图2制备绿矾工艺流程图；图3制备液体PFS工艺流程图。
图1描述了本发明部分氧化法制备聚合硫酸铁的工艺步骤。
1.酸浸液的制备将含三价铁的硫铁矿烧渣或者矿石、炼钢废渣与30～60％的硫酸在低于130℃条件下反应0.5～5小时，然后将反应液过滤得到酸浸液；其具体工艺过程见附图1。
2.绿矾的制备取上述酸浸液，加入废铁皮或者废铁屑在低于110℃的条件下反应溶液中Fe3+被完全还原后，经过滤，冷却结晶得到绿矾；其具体工艺过程见附图2。
3.液体PFS的制备根据上述酸浸液中残余H+浓度和产品盐基度，在酸浸液中加入一定量的绿矾(FeSO4·7H2O)，同时在反应温度≥40℃条件下加入适量氯酸钠或氯酸钾或双氧水或硝酸，待溶液中Fe2+完全氧化得到综红色液体PFS，其部分氧化法制备液体PFS具体工艺过程见附图3。
4.固体PFS的制备将液体PFS蒸发、浓缩，于60℃～120℃条件下，搅拌干燥或者浓缩后室温存放粉化后60℃～120℃下干燥。将干燥后固体PFS粉碎，得到淡黄色固体粉末状PFS，其晶体结构为Fe4.67(SO4)6(OH)2·20H2O。
实施例实施例1①酸浸液的制备，取烘干后的硫铁矿烧渣3000g(广东云浮硫铁矿烧渣，其烧渣含Fe2O374.1％，Fe3O415.96％，FeO0.5％)，在10L的三并颈瓶加入50％的硫酸7740ml；启动搅拌，微慢加入上述硫铁矿烧渣，当反应溶液接近沸腾时，停止加料，反应温度低于110℃时又开始加料，将反应温度维持在110～120℃，总反应时间控制为4小时；反应后加水稀释至总铁浓度为3mol/L，趁热过滤所得滤液即酸浸液，保留第二次滤液。
②绿矾的制备，用第二次滤液和水将部分酸浸溶稀释致总铁浓度为1.8mol/L，不断搅拌下，加入足量铁屑或铁皮，升温至70℃，待溶液中Fe3+被完全还原后，趁热过滤，冷却结晶、过滤、离心脱水，于60℃烘干即得到绿矾。
③液体PFS的制备，取酸浸溶液1L，将上述方法制备的绿矾或工业副产物绿矾1070g加入该酸浸液中，加热到60℃后缓缦加入氯酸钠，待溶液中Fe2+被完全氧化，得到综红色液体PFS。
④固体PFS的制备，继续加热真空浓缩液体PFS至总铁含量高于16％，然后在60℃的条件下，搅拌干燥得淡黄色固体PFS，粉碎后为淡黄色粉末PFS，其盐基度为10％。
其产品质量如表1所示固体PFS质量优于国家标准。
表1 固体PFS样品质量与国家标准比较
用上述所得的液体和固体PFS絮凝处理pH＝7.13、CODcr＝143.9mg/L、浊度SS＝53mg/L为生活污水。当污水中Fe3+为28mg/L时，固体PFS处理生活污水后残余CODcr为47.7mg/L，COD去除率为67.4％，残余浊度为2.4mg/L，浊度去除率为96.0％。生活污水经液体PFS处理后，CODcr去除率达到62.7％，浊度去除率达到93.9％。
实施例2在10000mL的三颈瓶中加入50％的硫酸7042mL，启动搅拌，缓慢加入3000g上述烘干后的硫铁矿烧渣，维持反应温度为115℃，反应4小时后过滤得酸浸液；取酸浸液1L，加入上述方法制备得到的绿矾1070g；继而加热升温至60℃后缓慢加入氯酸钠，待Fe2+被完全氧化后蒸发浓缩致铁含量达16％以后，再经冷却、陈化、凝胶化、粉化后于60～80℃干燥、粉碎，得到淡黄色PFS粉末，其盐基度为12.49％。
用上述方法制备的PFS处理人工模拟重金属污水，其重金属污水中Cu2+、Pb2+浓度为10mg/L。取该重金属污水500mL，用2mol/LnaOH溶液调节pH值为10.25，加入PFS致Fe3+浓度为2.76mg/L时，絮凝处理后Cu2+、Pb2+的去除率分别达到84.4％和93.1％。控制重金属污水终点pH值为6.8左右，加入PFS致Fe3+浓度为13.8mg/L时，Cu2+、pH2+去除率分别达到88.7％和99.2％。
权利要求
1.部分氧化法制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于首先将含三价铁的硫铁矿烧渣或者矿石、钢渣与30～60％的硫酸在低于130℃条件下反应0.5～5小时，其反应液过滤得到酸浸液；然后，在酸浸液中加入铁皮或者铁屑，于低于110℃的条件下反应溶液中Fe3+被完全还原后，经过滤，冷却结晶得到绿矾；接着在酸浸液中加入绿矾(FeSO4·7H2O)，同时在反应温度≥40℃条件下加入氯酸钠或氯酸钾或双氧水或硝酸，待溶液中Fe2+完全氧化得到综红色液体PFS；再将液体PFS蒸发、浓缩，于60℃～120℃条件下，搅拌干燥或者浓缩后室温存放粉化后，于60℃～120℃下干燥；将干燥后的固体PFS粉碎，得到淡黄色固体粉末状PFS，其晶体结构为Fe4.67(SO4)6(OH)2·20H2O。
2.根据权利要求1所述的部分氧化法制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于①酸浸液的制备，取烘干后的硫铁矿烧渣3000g，在10L的三并颈瓶加入50％的硫酸7740mL；启动搅拌，微慢加入上述硫铁矿烧渣，当反应溶液接近沸腾时，停止加料，反应温度低于110℃时又开始加料，将反应温度维持在110～120℃，总反应时间控制为4小时；反应后加水稀释至总铁浓度为3mol/L，趁热过滤所得滤液即酸浸液，保留第二次滤液。②绿矾的制备，用第二次滤液和水将部分酸浸溶稀释致总铁浓度为1.8mol/L，不断搅拌下，加入足量铁屑或铁皮，升温至70℃，待溶液中Fe3+被完全还原后，趁热过滤，冷却结晶、过滤、离心脱水，于60℃烘干即得到绿矾。③液体PFS的制备，取酸浸溶液1L，将上述方法制备的绿矾或工业副产物绿矾1070g加入该酸浸液中，加热到60℃后缓缦加入氯酸钠，待溶液中Fe2+被完全氧化，得到综红色液体PFS。④固体PFS的制备，继续加热真空浓缩液体PFS至总铁含量高于16％，然后在60℃的条件下，搅拌干燥或陈化至粉化后得淡黄色固体PFS，粉碎后为淡黄色粉末PFS，其盐基度为10％。
3.根据权利要求1所述的部分氧化法制备聚合硫酸铁的方法，其特征在于在10000mL的三颈瓶中加入50％的硫酸7042mL，启动搅拌，缓慢加入3000g上述烘干后的硫铁矿烧渣，维持反应温度为115℃，反应4小时后过滤得酸浸液；取酸浸液1L，加入上述方法制备得到的绿矾1070g；继而加热升温至60℃后缓慢加入氯酸钠，待Fe2+被完全氧化后蒸发浓缩致铁含量达16％以后，再经冷却、陈化、凝胶化、粉化后于60～120℃干燥、粉碎，得到淡黄色PFS粉末，其盐基度为12.49％。
全文摘要
本发明是以含三价铁废渣为原料制备聚合硫酸铁PFS的工艺，将含三价铁矿石或者废渣用硫酸溶解得到的酸浸液中加入FeSO
文档编号C01G49/14GK1446752SQ0214765
公开日2003年10月8日 申请日期2002年10月22日 优先权日2002年10月22日
发明者郑雅杰, 龚竹青, 刘兴渝, 占寿祥, 陈白珍 申请人:中南大学, 云浮硫铁矿企业集团公司