氧化铁和硫酸铵的联合生产方法
【专利摘要】本发明提供了一种氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，包括：a、采用自来水稀释副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂；b、使除杂后的硫酸亚铁与氨水和氧气反应，生成氧化铁和硫酸铵；c、通过压滤工艺滤出氧化铁，滤后的溶液形成含有硫酸铵的母液；d、采用冷凝水对滤出的氧化铁进行清洗，将清洗前段所得溶液加入步骤c中的母液中；e、将清洗后段所得溶液脱盐处理；f、对清洗后的氧化铁进行干燥以得到氧化铁成品；g、将母液分为蒸发部分和返用部分，蒸发部分经蒸发、结晶得硫酸铵成品，返用部分用以在步骤h中溶解副产硫酸亚铁；h、以所述返用部分的母液溶解副产硫酸亚铁，之后开始依次执行步骤b及后续步骤，循环生产。
【专利说明】氧化铁和硫酸铵的联合生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种颜料和化肥的生产方法，具体地说是一种氧化铁和硫酸铵的联合
生产方法。
【背景技术】
[0002]氧化铁颜料具有耐碱、耐晒、价廉等一系列优点，是一类重要的无机颜料，不仅在油漆行业中具有重要用途，也广泛应用于建筑、电子、塑料、橡胶等领域中。氧化铁颜料(下面简称氧化铁)按基本的颜色分类可分为氧化铁黑、氧化铁红和氧化铁黄，此外还有复合颜色颜料氧化铁棕、氧化铁橙等。
[0003]现有技术中通常采用钠法工艺制备氧化铁，即采用金属铁和氢氧化钠为原料进行化学反应。然而，随着能源价格的持续增长，金属铁及氢氧化钠的制备均需要较高的能耗，从而使得钠法工艺的原料价格升高；加之现在提倡环保节能，而钠法工艺中将要用到大量的水并排出大量废水，因此，这也严重影响了钠法工艺的广泛应用。
[0004]取代钠法工艺的是氨法工艺，氨法工艺中以钛白副产硫酸亚铁及氨(或氨水)为主要生产原料。副产硫酸亚铁是生产钛白时的副产物，其价格低廉，且现在被重新利用的较少，若副产硫酸亚铁被当做废液倒掉，一方面浪费硫、铁资源，另一方面将造成严重的环境污染。因此，通过相应技术对副产硫酸亚铁进行处理，以使其作为制备氧化铁的原材料之一，这不仅使得副产硫酸亚铁被重新利用，避免了环境的污染，而且降低了制备氧化铁的成本。
[0005]但是，氨法工艺和钠法工艺一样，在工艺过程中同样存在大量用水的问题，这是由于:反应时若料液中Fe2+浓度过浓将导致中和后料浆稠厚，从而使得反应无法进行。因此，在反应过程中均需要采用大量的水对硫酸亚铁进行溶解，以使料液中的Fe2+浓度降低，一般应使Fe2+浓度小于0.8mol/L，才能使反应正常进行。这样，在反应结束后，将生产的氧化铁分离，得到的母液中将含有浓度较低的硫酸铵(可简称硫铵)。对母液中的硫酸铵进行回收，则需要蒸发掉大量的水分，由于蒸水的过程需要能耗较大，通过计算，蒸水所需成本远大于所回收的硫酸铵的成本，因此，通过蒸水来回收硫酸铵将会得不偿失。若不对母液中的硫酸铵进行回收而直接将母液排掉，则又会对环境造成严重影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是提供一种氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，以解决现有技术中采用氨法工艺制备氧化铁后，在对母液中的硫酸铵进行回收时所需成本较高的问题。
[0007]本发明是这样实现的:一种氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，包括如下步骤:
a、采用自来水稀释副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂；
b、使除杂后的硫酸亚铁与氨水和氧气反应，生成氧化铁和硫酸铵；
C、通过压滤工艺滤出氧化铁，滤后的溶液形成含有硫酸铵的母液；
d、采用冷凝水对滤出的氧化铁进行清洗，将清洗前段所得含有较多硫酸铵的溶液加入步骤C中所形成的母液中；
e、将清洗后段所得含有较少硫酸铵的溶液进行脱盐处理，脱盐处理后的水可被循环利
用；
f、对清洗后的氧化铁进行干燥以得到氧化铁成品；
g、将母液分为蒸发部分和返用部分，蒸发部分通过硫酸铵蒸发器，经蒸发、结晶、离心、干燥后得硫酸铵成品，返用部分用以在步骤h中溶解副产硫酸亚铁；
h、以所述返用部分的母液溶解副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂；之后开始依次执行步骤b及后续步骤，循环生产。
[0008]所述步骤d中的冷凝水来自于步骤g中硫酸铵蒸发过程所得。
[0009]本发明中，在开始生产时，所述g步中，蒸发部分母液的的含水量大于硫酸亚铁中结晶水和氨水中含水量总和；直到本反应体系中硫酸铵含量达到2-3mol/L时，进入平衡状态，之后，蒸发部分母液的含水量与硫酸亚铁中结晶水和氨水中含水量总和相同。
[0010]采用本发明在制备氧化铁时，在开始生产第一罐时，采用自来水来稀释副产硫酸亚铁，之后进行除杂工艺；接着按照常规工艺使除杂后的硫酸亚铁与氨水和氧气反应生成氧化铁和硫酸铵，反应结束后滤出氧化铁，剩下的溶液即为含有硫酸铵的母液；对滤出的氧化铁进行清洗，清洗前段所得的溶液并入母液中；对清洗后的氧化铁进行干燥得到氧化铁成品；将母液分为两部分，其中一部分母液经蒸发、结晶等工艺步骤制得硫酸铵成品，其余部分返回用于对副产硫酸亚铁的溶解，溶解后接着按常规工艺进行除杂、反应、清洗、干燥等步骤，依次循环。
`[0011 ] 本发明因发现较多的铵根离子的存在使得Fe2+不易转换为Fe (OH) 2而沉淀析出，即:母液中因硫酸铵的存在使得加氨水后料浆的粘稠度无显著提高，因此，本发明将原来作为废水排放的母液中的一小部分(其含水量远小于现有技术中用于稀释副产硫酸亚铁所用水量)用于反应体系中水量的补充(无需补充外部来水)，即可得到满足反应需求的稀薄的料液，而无需如现有技术中那样加入大量的自来水对反应体系稀释，从而既减少了水资源的使用量，也避免了后续蒸发制取硫酸铵时因含水量太大而需要大量的热能因而造成水资源和能源的双重浪费。
[0012]本发明提供的方法，除开始生产第一罐需用自来水外，一旦有了母液，便不再需要补充自来水。硫酸铵浓度的变化只取决于氨水的浓度，而和生产过程中的Fe2+浓度无关。换言之，一旦作为原料的氨水浓度不变，不管生产条件如何，制取硫酸铵时所需蒸发的水量是相同的。这和现有技术大相径庭。
【具体实施方式】
[0013]以下以具体实施例对本发明做进一步详述。
[0014]本发明的方法中，反应制取氧化铁的工艺与现有技术中的氨法生产工艺基本相同，所不同的只是将生产中所得母液用于对钛白副产硫酸亚铁的稀释溶解而无需使用额外的自来水进行溶解。
[0015]实施例一，
氧化铁黑和硫酸铵的联合生产方法具体包括如下步骤:
1、开始生产第一罐时采用自来水稀释钛白副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质(包括T1、Mn、S1、Al、Ca、Mg等通行除杂。具体除杂方法可以采用现有的重结晶法或氧化一絮凝法等，除杂后将滤液送入反应罐。
[0016]2、在反应罐内，在液温> 95 °C时向滤液中加入氨水，并通氧气，硫酸亚铁、氨和氧在反应罐内进行化学反应，生成氧化铁黑和硫酸铵，具体化学方程式为:
6FeS04.7H20+12NH3+02=2Fe304+6 (NH4) 2S04+36H20
当反应罐内溶液的PH升至7~10时，料浆呈稀粥状，氨水打入前后搅拌机电机电流无明显增加，此亦表明，料浆粘度无明显增加。
[0017]3、通过压滤工艺滤出氧化铁黑形成滤饼，滤后的溶液即为含有硫酸铵的母液。
[0018]4、采用少量冷凝水对步骤3中滤饼进行清洗，清洗前段所得溶液中含有较多的硫酸铵，将该部分溶液加入步骤3所形成的母液中。 [0019]5、清洗后段所得溶液中含有较少的硫酸铵，该部分溶液进行脱盐(即脱掉硫酸铵)处理，从而可得到较为纯净的水，以备下次循环利用。
[0020]6、对清洗后的氧化铁黑进行干燥处理(例如可以旋转闪蒸干燥)，从而得到氧化铁黑成品。
[0021]7、将母液分为两部分，一部分母液通过硫酸铵蒸发器，经蒸发、结晶、离心、干燥后得硫酸铵成品；另一部分返回反应体系用于硫酸亚铁的稀释。
[0022]8、返回的母液(一般硫酸铵的浓度在2mol/L以上)在大于等于95°C的温度下溶解副产硫酸亚铁，并使其中的Fe2+浓度> 2mol/L,对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂，滤液送入反应罐中；之后执行步骤2及后续步骤，依次循环。
[0023]实施例二，氧化铁红和硫酸铵的联合生产方法。
[0024]与实施例一相比，本实施例有如下不同点:
I)、本实施例中在除杂后使料液中的一部分冷却结晶得摩尔盐，以此结晶溶后制晶种，分晶后加入反应te。
[0025]2)、本实施例的具体反应化学方程式为:
4FeS04.7H20+8NH3+02=2Fe203+4 (NH4) 2S04+24H20
3)、稀释Fe2+浓度在0.1~0.3mol间，加热反应罐内反应溶液使其温度在80°C~90°C之间。
[0026]其他步骤均与实施例一相同，不再详述。
[0027]实施例三，氧化铁黄和硫酸铵的联合生产方法。
[0028]与实施例二所不同的是，本实施例中加热反应罐内反应溶液使其温度在300C~40°C之间。
[0029]本发明所提供的方法，除了生产过程中最初的第一罐采用自来水外，后续的生产过程中均不再采用自来水，而是采用母液对副产硫酸亚铁进行溶解，使料液中的Fe2+浓度可高到在工作温度下的溶解度。由于不使用自来水，所要蒸发的就只有原料硫酸亚铁所含的结晶水和氨水中所含的水了。根据反应原理，每产出IT氧化铁和1.7T硫酸铵只需蒸发1.4T (3.6T硫酸亚铁中结晶水)+1.76T (2.2Τ，20%氨水所含水)=3.16Τ水。如此产出的硫酸铵，在正常情况下虽不能产生很大的经济效益，但用其抵偿蒸水费用和氨水身价总还是可以的。
[0030]本发明同时适用所有采用氨法工艺制备氧化铁并联产硫酸铵的工艺。[0031 ] 与现有技术相比，本发明的实施将使氧化铁生产行业从用水排水大户直接进入几乎不耗水的节水标兵，从而使硫酸铵这块烫手山芋变为有钱可赚的产品。由于不取自来水，故生产过程中便无废水产生从而具有深远的社会意义，更因用水量少，蒸发用热能少而节能10%-20%，亦有长远的经济、 社会效益。
【权利要求】
1.一种制备氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，其特征是，包括如下步骤: a、采用自来水稀释副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂； b、使除杂后的硫酸亚铁与氨水和氧气反应，生成氧化铁和硫酸铵； C、通过压滤工艺滤出氧化铁，滤后的溶液形成含有硫酸铵的母液； d、采用冷凝水对滤出的氧化铁进行清洗，将清洗前段所得含有较多硫酸铵的溶液加入步骤c中所形成的母液中； e、将清洗后段所得含有较少硫酸铵的溶液进行脱盐处理，脱盐处理后的水可被循环利用； f、对清洗后的氧化铁进行干燥以得到氧化铁成品； g、将母液分为蒸发部分和返用部分，蒸发部分通过硫酸铵蒸发器，经蒸发、结晶、离心、干燥后得硫酸铵成品，返用部分用以在步骤h中溶解副产硫酸亚铁； h、以所述返用部分的母液溶解副产硫酸亚铁，并对副产硫酸亚铁中的杂质进行除杂；之后开始依次执行步骤b及后续步骤，循环生产。
2.根据权利要求1所述的氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，其特征是，所述步骤d中的冷凝水来自于步骤g中硫酸铵蒸发过程所得。
3.根据权利要求1所述的氧化铁和硫酸铵的联合生产方法，其特征是，在开始生产时，所述g步中，蒸发部分母液的的含水量大于硫酸亚铁中结晶水和氨水中含水量总和；直到本反应体系中硫酸铵含量达到2-3mol/L时，进入平衡状态，之后，蒸发部分母液的含水量与硫酸亚铁中结晶水和氨水中含水量总和相同。
【文档编号】C01G49/08GK103723776SQ201410000046
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月1日 优先权日:2014年1月1日
【发明者】郭秋丰, 芦秀彦 申请人:郭秋丰