一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法及设备与流程

本发明涉及一种聚合硫酸铁的生产方法及设备，具体涉及一种操作简单、周期短、存放稳定、不易变性、物理、化学性质稳定的生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法及设备。

背景技术：

颗粒聚合硫酸铁主要用于促进动植物的生长和水处理剂，目前聚合硫酸铁从合成到聚合反应到浓缩到固化过程复杂，尤其是聚合反应需要2-3遍才能达到产品质量要求，浓缩后由液体制成固体主要是通过通用设备—喷雾干燥冷结法.喷雾法制成的聚合硫酸铁固体只有粉末状一种性状，在100目-200目之间，无法制粒，且存储必须严格防潮，在常规气温条件下极易吸潮水解变质。也有人采用陈化法制备固体聚合硫酸铁，该方法耗时过长，需要21天一个周期，生产效率低下；且生产过程中陈化设备采用箱体，对箱体进行密封等操作，每箱陈化产品量有限，产品产量大的时候需要人工一箱一箱的制作、搬运，人工成本高，反应过程中容易泄露催化剂而造成黄红色浓烟污染大气等弊端。基于以上原因，聚合硫酸铁的生产出现了瓶颈，现有聚合硫酸铁生产企业普遍规模较小、未形成拳头，企业产品少，系列化水平低，专用品少，重复开发多，且大多存在高能耗高污染、浪费不可再生资源等问题。

颗粒聚合硫酸铁作为生物新型制剂，目前为止还没有竞争对手可以生产同类产品。作为水处理剂，它是一类精细化工新产品和新材料，是我国优先发展的高新技术行业，是保障我国可持续发展战略规划的整个环保产业的重要组成部分。目前大规模生产固体聚合硫酸铁的生产企业还没有，且现有企业在生产过程中有大量黄红色烟雾排放，生产的聚合硫酸铁性状不稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有的聚合硫酸铁生产过程复杂、周期长、无法制粒、极易吸潮水解变质，提供一种工艺简单、生产周期短、存放稳定、不易变性的生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法及设备。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法，它包括以下步骤：①备料，取生产钛白粉过程中产生的废渣硫酸亚铁60-80份作为原料,与30-50份的水混合搅拌均匀；②聚合反应，搅拌均匀后的原料在50-80℃进行聚合反应，聚合反应时通入氧气并加入工业硫酸2-5份，催化剂4-6份，制得液体聚合硫酸铁；③浓缩，将制得的液体聚合硫酸铁打到浓缩罐进行浓缩，浓缩时加入固化剂5-10份，得到浓缩状态的聚合硫酸铁；④固化，对浓缩状态的聚合硫酸铁进行固化，固化温度为40-80℃，固化时间为8-12小时；⑤制粒，对固化后得到的固体聚合硫酸铁制粒。

所述的催化剂为硝酸或亚硝酸盐。

所述的浓缩时浓缩时间为2-5h，浓缩温度为60-90℃。

所述的固化剂为硫酸铝铵。

一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的设备，它包括依次连接的搅拌罐、反应釜、浓缩罐、固化车间和制粒机，所述的反应釜通过管道与搅拌罐连接，通过管道或周转罐与浓缩罐连通，固化车间的物料通过周转箱送入制粒机；所述的固化车间包括阳光房，阳光房内部设有固化槽，所述的阳光房包括顶棚和用于支撑顶棚的支撑墙，所述的固化槽依次包括耐酸碱层、保温层和隔热层。

所述的支撑墙包括砖墙和阳光瓦墙，阳光瓦墙设在砖墙上面，所述的顶棚为阳光瓦顶棚；所述的固化槽为阳光房内部设置于地面上的凹槽。

所述的反应釜为真空反应釜，包括釜体，釜体顶部设有进料口和循环料进口，釜体底部设有出料口和循环料出口，釜体的侧壁上设有进气口和出气口，所述的循环料进口和循环料出口通过循环料管连接，循环料管外部套有冷凝管。

所述的进气口和出气口分设在釜体的两侧，出气口低于进气口。

所述的进料口和循环料进口分别设有真空喷射泵。

采用上述技术方案的工艺简单，聚合反应一次完成，节省人力物力，制得的产品完全符合甚至高于《净化剂-聚合硫酸铁（II）》（GB14591-93）；固化阶段与现有陈化法相比，固化一批聚合硫酸铁仅需要8-12小时，大大缩短了现有陈化法21天的生产周期；与喷雾法相比，从液体成固时经过浓缩，添加固化剂，放入地槽，固体出槽，周期短，可以精加工制粒，根据客户需求定制颗粒大小，同时伴生粉剂，亦可根据客户需求定制不同目数的细粉，成品物理化学性能优异突出，常温下大气中可长期存放稳定、不易变性，颗粒剂及粉剂都有高于喷雾法的水处理效果，分子架桥链长且吸附能力强，网捕水中粒子的效能高。生产过程无三废排放，完全符合国家的减排增效环保产业政策。

本发明制得的聚合硫酸铁与目前最广泛应用的聚合氯化铝相比克服了残留铝离子抑制植物生长，破坏土壤组分使土壤变粘，自来水中长期使用铝盐净水剂使铝离子长期沉积与人体内，易诱发铝性脑病（如老年痴呆）、铝性骨病、铝性贫血等临床铝中毒病症。而铁离子能有效促进植物光合作用，亦是人体微循环必不可少的重要元素。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是反应釜结构示意图。

图3是固化车间结构示意图。

具体实施方式

一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法，它包括以下步骤：①备料，取生产钛白粉过程中产生的废渣硫酸亚铁60-80份作为原料,与30-50份的水混合搅拌均匀；②聚合反应，搅拌均匀后的原料在50-80℃进行聚合反应，聚合反应时通入氧气并加入工业硫酸2-5份，催化剂4-6份，制得液体聚合硫酸铁；③浓缩，将制得的液体聚合硫酸铁打到浓缩罐进行浓缩，浓缩时加入固化剂5-10份，得到浓缩状态的聚合硫酸铁；④固化，对浓缩状态的聚合硫酸铁进行固化，固化温度为40-80℃，固化时间为8-12小时；⑤制粒，对固化后得到的固体聚合硫酸铁制粒。固化后的聚合硫酸铁含水率达到6-8%，粒径大小可以根据需要制作。

所述的催化剂为硝酸或亚硝酸盐，也可以是二者以任意比例混合。本发明所用的工业硫酸为质量浓度为98%的浓硫酸，硝酸为质量浓度为50%-70%的工业硝酸。

所述的浓缩时浓缩时间为2-5h，浓缩温度为60-90℃。浓缩是在2-3个大气压下进行的，氧气为持续通入，浓缩后聚合硫酸铁的浓度为9-12%。

所述的固化剂为硫酸铝铵。在浓缩步骤加入固化剂，是为固化阶段做准备，该种固化剂固化效果好，是发明人经过反复试验得到的聚合硫酸铁固化效果最好的固化剂，且在5-10份的用量，多了浪费固化剂，用量少了则达不到好的固化效果。

本发明以生产钛白粉过程中产生的废渣为原料，主要成份为硫酸亚铁，为进一步降低环境污染，工业硫酸也可以折算为生产钛白粉过程中产生的废硫酸，日均可消耗120吨、35吨以上。部分解决废渣废液外排问题。仅此两种废物高效利用，每年就可节约两公司数百万的成本费用。项目在生产过程中无废水排放。

如图1至图3所示，一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的设备，它包括依次连接的搅拌罐11、反应釜12、浓缩罐13、固化车间14和制粒机15，所述的反应釜12通过管道与搅拌罐11连接，通过管道或周转罐与浓缩罐13连通，固化车间14的物料通过周转箱送入制粒机15，制粒机对固体聚合硫酸铁进行制粒；所述的固化车间14包括阳光房1，阳光房1内部设有固化槽2，所述的阳光房1包括顶棚4和用于支撑顶棚4的支撑墙3，所述的固化槽2依次包括耐酸碱层7、保温层8和隔热层9。原料在搅拌罐中混合均匀后用防腐泵打入反应釜，从反应釜出来的料液送到浓缩罐进行浓缩，浓缩后送入固化车间进行固化后即可得固体聚合硫酸铁。

所述的支撑墙3包括砖墙5和阳光瓦墙6，阳光瓦墙6设在砖墙5上面，所述的顶棚4为阳光瓦顶棚；所述的固化槽2为阳光房1内部设置于地面上的凹槽。阳光瓦墙6和阳光瓦顶棚顶棚用到的阳光瓦也可以用其它传热及保温效果较好的材料代替如玻璃，阳光房中大面积阳光瓦的设计保证室内较高的温度，不管是什么季节均能保证房间内40-60度的高温，是聚合硫酸铁短时间内固化成型不可缺少的一部分。固化槽为直接设置在地面上，可利用空间大，车间地面均可使用，保证了生产量，且位置较低，方便装卸，省去了箱式固化时的搬运人力。

所述的耐酸碱层7为耐酸碱瓷砖层。液体聚合硫酸铁固化成型时内部还有一定量的硫酸，腐蚀性大，采用耐酸碱瓷砖，防止固化槽被腐蚀，增加固化槽使用寿命。所述的保温层8为玻璃棉层。所述的保温层8可以是硅酸盐保温材料、陶瓷保温材料、胶粉聚苯颗粒、钢丝网采水泥泡沫板、挤塑板XPS、硬泡聚氨酯现场喷涂、硬泡聚氨酯保温板、发泡水泥板、泡沫玻璃、玻璃棉、岩棉等的任意一种，起到保温的作用。所述的隔热层9为多孔材料隔热层或热反射材料隔热层。隔热层起到保温隔热的作用。所述的固化槽2上部设有保温膜。聚合硫酸铁固化时，将浓缩状态的聚合硫酸铁加入固化槽后用保温膜覆盖，进一步起到保温的作用，覆盖2-4个小时候，去掉保温膜进一步进行干燥，最终得到含水量达到6-8%的固体聚合硫酸铁。所述的固化槽深度为10-30cm，也可以是10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30cm，固化槽的深度是根据固化槽保温及隔热效果而定，固化槽太深造成固化不充分，太浅影响批次生产量，生产效率低下。

所述的反应釜12为真空反应釜，包括釜体121，釜体121顶部设有进料口122和循环料进口123，釜体底部设有出料口124和循环料出口125，釜体121的侧壁上设有进气口126和出气口127，所述的循环料进口123和循环料出口125通过循环料管128连接，循环料管128外部套有冷凝管129。料液由循环料出口125打入循环料管128，在循环料进口123由真空喷射泵打入反应釜，真空喷射泵的使用增加了料液与催化剂和氧气接触面积，加快反应。聚合反应在真空反应釜中进行，反应釜的温度是决定反应是否充分的关键因数，由于料液在真空反应釜中反应放出大量的热，导致反应釜温度过高，产生大批废料，如何给真空反应釜降温是本发明的关键，本发明通过套在循环料管上的冷凝管给反应釜内的原料降温，降温效果优异。

所述的进气口126和出气口127分设在釜体121的两侧，出气口126低于进气口127。保证了料液与氧气充分接触，加快聚合反应。

所述的进料口122和循环料进口123分别设有真空喷射泵。

本发明打破了批量生产固体聚合硫酸铁只能使用喷雾法的技术瓶颈，使聚合硫酸铁的生产量，生产周期以及产品性质都有了质的飞跃。

本发明具体实施例如下：

实施例1

一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法，它包括以下步骤：①备料，取生产钛白粉过程中产生的废渣硫酸亚铁70kg作为原料,与40kg的水混合搅拌均匀；②聚合反应，搅拌均匀后的原料在60℃进行聚合反应，聚合反应时通入氧气并加入工业硫酸4kg，催化剂亚硝酸盐5kg，制得液体聚合硫酸铁；③浓缩，将制得的液体聚合硫酸铁打到浓缩罐进行浓缩，浓缩时加入固化剂硫酸铝铵8kg，浓缩时间为5h，浓缩温度为90℃，得到浓缩状态的聚合硫酸铁；④固化，对浓缩状态的聚合硫酸铁进行固化，固化温度为70℃，固化时间为10小时；⑤制粒，对固化后得到的固体聚合硫酸铁制粒。

实施例2

一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法，它包括以下步骤：①备料，取生产钛白粉过程中产生的废渣硫酸亚铁80kg作为原料,与50kg的水混合搅拌均匀；②聚合反应，搅拌均匀后的原料在70℃进行聚合反应，聚合反应时通入氧气并加入工业硫酸5kg，催化剂亚硝酸盐4kg，制得液体聚合硫酸铁；③浓缩，将制得的液体聚合硫酸铁打到浓缩罐进行浓缩，浓缩时加入固化剂硫酸铝铵5kg，浓缩时间为4h，浓缩温度为80℃，得到浓缩状态的聚合硫酸铁；④固化，对浓缩状态的聚合硫酸铁进行固化，固化温度为80℃，固化时间为12小时；⑤制粒，对固化后得到的固体聚合硫酸铁制粒。

实施例3

一种生产固体颗粒聚合硫酸铁的方法，它包括以下步骤：①备料，取生产钛白粉过程中产生的废渣硫酸亚铁60kg作为原料,与30kg的水混合搅拌均匀；②聚合反应，搅拌均匀后的原料在60℃进行聚合反应，聚合反应时通入氧气并加入工业硫酸2kg，催化剂亚硝酸盐6kg，制得液体聚合硫酸铁；③浓缩，将制得的液体聚合硫酸铁打到浓缩罐进行浓缩，浓缩时加入固化剂硫酸铝铵10kg，浓缩时间为5h，浓缩温度为90℃，得到浓缩状态的聚合硫酸铁；④固化，对浓缩状态的聚合硫酸铁进行固化，固化温度为40℃，固化时间为12小时；⑤制粒，对固化后得到的固体聚合硫酸铁制粒。