专利名称：以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由煤系黄铁矿生产铁矾的工艺方法及设备，特别涉及一种利用电化学方法由煤系黄铁矿为主要原料生产铁矾的工艺方法及其装置。
现有技术中，一般都用煤系黄铁矿为原料制备硫磺或硫酸，例如在直立窑中利用燃烧法制备硫磺，此种方法不仅环境污染严重，而且铁也进入废渣，浪费资源。用煤系黄铁矿制备硫酸，大都在沸腾炉中焙烧。由于煤系黄铁矿含碳量高，煤燃烧速度快，炉温不易控制，同时碳燃烧消耗大量的氧，降低了炉中气体的含氧量，因此不利于二氧化硫的生成。为了解决上述问题，目前现有技术中也开发了一些采用化学方法以煤系黄铁矿为原料生产硫磺或硫酸，常见的化学方法有硝酸氧化、氧气氧化等，这些方法能够利用黄铁矿中的硫和铁两种资源，但脱硫费用高或脱硫时间长，脱硫产品种类多，且易引起污染。目前制备铁矾的常规方法仍是采用铁屑与硫酸反应，而后将溶液浓缩，冷却后就有铁矾晶体析出。该方法制得的铁矾不仅成本高，有污染，且产量较低。
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的和任务是提供一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的工艺方法及装置，使其不仅无污染，能充分利用黄铁矿中的硫和铁两种资源，而且还副产高纯氢气，效率高，有效降低生产本低。
本发明的目的和任务是通过如下技术方案实现的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的工艺方法，该方法的特征在于以煤系黄铁矿为主要原料，利用电化学方法生产铁钒，其工艺方法的步骤如下a.将一定量的煤系黄铁矿粉与含有酸性电解质的电解液均匀混合，然后将其放入无隔膜电解池中；b.在上述电解池中加入一定量硫酸锰和硫酸铁复合催化剂；c.利用加热与温控装置将系统加热至预定的温度，并控制电解电位在一定范围内，进行电解；d.电解完毕，将电解产品送入沉降反应池，加入铁屑，待反应至有气泡出现，当溶液中大部分铁矾沉降后，过滤铁屑，经沉淀和洗涤即可获得铁钒。
为了进一步降低生产成本，可将过滤得到的电解液循环使用，重新用于电解制备铁矾。同时可将电解过程中生成的副产品氢进行收集。
采用上述工艺方法的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的装置，它主要包括电解池以及设置在电解池内的阴极、阳极所组成的电解装置，设置在电解池外部的加热及温控装置以及电位控制系统，其特征在于该装置还包括设置在电解池下面的沉降反应池以及与沉降反应池相连接的过滤与洗涤装置。
附
图1为本发明电解装置的结构示意图。
附图2为电位控制系统示意图。
图中1.电解池；2.加热与温控装置；3.阳极；4.阴极；5.搅拌机；6.沉降反应池；7.过滤和洗涤装置；8.可变电阻；9.甘汞电极；10.电位仪下面结合附图具体描述本发明的具体结构、原理、制备步骤及最佳实施例方案上述生产铁矾的装置主要包括电解池1，设备在电解池外部的加热与温控置2，设置在电解池内的阳极3、阴极4以及搅拌机5，电位控制系统，沉降反应池6以及过滤和洗涤装置7。上述阳极和阴极两个电极的大小不同，阳极3的面积为阴极4面积的一倍。其制备步骤如下首先将煤系黄铁矿粉碎，其粒度一般应在200目～20目之间，将粉碎后的黄铁矿粉放入无隔膜电解池1中，加入酸性电解质并均匀搅拌，然后加入一定量的硫酸锰和硫酸铁复合催化剂。利用加热及温控装置2将系统加热至预定的温度，该装置是由电阻丝制成的加热套和温控仪构成，电解温度一般保持在25-100℃之间；开启电解电源，进行电解，利用电位控制系统对电解电位进行控制，电解电位应控制在0.5～3.0V，在稳定的电位和温度下电解2-10小时。
上述电位控制系统如图2所示，它由电源、可变电阻8、甘汞电极9、电位仪10等组成。电解池阳极电位由电位仪10和甘汞电极9控制，这两个电极之间由特制的毛细玻璃管连接。阳极和阴极两个电极大小不同，阳极3的面积是阴极4面积的一倍。
电解完毕，将电解产品送入沉降反应池6，进行沉降。沉降方法可采用在电解产品中加入废铁屑，废铁屑在反应前应用水冲洗，除去表面的泥土等。待反应至有气泡出现，当溶液中大部分铁矾沉降后，利用过滤及洗涤装置7对产品进行过滤和沉降，即可获得铁钒。
为进一步降低生产成本，应将上述过滤后得到的电解液重新送回电解池，进行循环使用。并收集电解过程中生成的氢气。
本发明的工作原理如下在酸性介质中，以锰离子为催化剂，发生的主要脱硫反应是阳极液中的氧化反应，由于电解电位的不同，脱硫反应不同在阳极表面在阳极液中(电解电位较低)
(电解电位较高)铁矾的生产机理由铁和硫酸铁反应，生成硫酸亚铁，硫酸亚铁在一定的浓度下沉降而成为铁矾。
最佳实施例煤系黄铁矿粉碎的粒度为200目，电解质所用的酸最好为硫酸，浓度为15％；电解质中加入的催化剂为6％硫酸锰和6％硫酸铁的复合剂。电解温度为85℃，电解电位3.0V。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果本发明由于采用电化学方法以煤系黄铁矿制备铁钒，因此不仅无污染，能充分利用煤系黄铁矿中的铁和硫两种资源，而且还副产高纯氢气，法拉第效率可高达99％以上，因而有效降低了生产本低。
权利要求
1.一种以煤系黄铁矿为原料制备铁钒的工艺方法，该方法的特征在于采用煤系黄铁矿为主要原料，利用电化学方法生产铁钒，其工艺方法的步骤如下a.将一定量的煤系黄铁矿粉与含有酸性电解质的电解液均匀混合，然后将其放入无隔膜电解池中；b.在上述电解池中加入一定量硫酸锰和硫酸铁复合催化剂；c.利用加热与温控装置将系统加热至预定的温度，并控制电解电位在一定范围内，进行电解；d.电解完毕，将电解产品送入沉降反应池，加入铁屑，待反应至有气泡出现，当溶液中大部分铁矾沉降后，过滤铁屑，经沉淀和洗涤即可获得铁钒。
2.按照权利要求1所述的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁钒的工艺方法，其特征在于将过滤后的电解液循环使用。
3.按照权利要求1或3所述的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁钒的工艺方法，其特征在于将电解过程中生成的副产品氢进行收集。
4.采用如权利要求1所述方法的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的装置，它主要包括电解池以及设置在电解池内的阴极、阳极所组成的电解装置；设置在电解池外部的加热及温控装置以及电位控制系统，其特征在于该装置还包括设置在电解池下面的沉降反应池以及与沉降反应池相连接的过滤与洗涤装置。
5.按照权利要求4所述的一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的装置，其特征在于所述阳极面积为阴极面积的一倍。
全文摘要
一种以煤系黄铁矿为原料制备铁矾的工艺方法及装置,该方法的特点是以煤系黄铁矿为主要原料,利用电化学方法生产铁钒。其装置主要由电解装置、设置在电解池外部的加热及温控装置、电位控制系统、沉降反应池以及过滤和洗涤装置组成。本发明与现有技术相比,不仅无污染,能充分利用煤系黄铁矿中的铁和硫两种资源,而且还副产高纯氢气,法拉第效率可高达99%以上,因而有效降低了生产本低。
文档编号C25B1/00GK1330170SQ0112969
公开日2002年1月9日 申请日期2001年6月29日 优先权日2001年6月29日
发明者李登新, 岳光溪, 吕俊复, 张建胜 申请人:清华大学