專利名稱:硫酸亞鐵—碳酸銨法高純α-Fe的制作方法
技術領域:
本發(fā)明提供一種無機化工品生產技術,具體說是硫酸亞鐵一碳酸銨法高純α-Fe2O3生產技術。
(二)技術背景生產Fe2O3方法很多,但可大工業(yè)生產高純α-Fe2O3工藝僅有幾種;傳統(tǒng)凈化Fe2+與草酸反應得草酸鐵晶體沉淀,濾出、洗凈、干燥、加熱分解成FeCO3,再通熱風≥600℃下加水蒸汽催化燒成α-Fe2O3高純品,工藝簡單,質量合格,但草酸昂貴,成本太高。南京暢暢公司用FeSO4液加氨,鼓風氧化以Fe(OH)3↓濾出、洗凈、干燥煅燒成α-Fe2O3,因反應放熱大,水,氨汽化多,F(xiàn)e(OH)3與硫銨成近似固態(tài),稱《固相法》,有兩大缺憾一是氧化下Fe(OH)3沉淀,同時NH4+、Na+、K+也以黃鉀鐵礬[M2Fe6(sO4)4·(OH)2,式中M=NH4+,Na+,K+,Pb2+/2]]]>型式共沉淀,此物洗滌不去,分解不了,造成產品總是Na+、SO42-超標,最好只達二級品,不可取二是名為《固相法》,產硫酸銨結晶與Fe(OH)3稠泥混合,須水洗分離,洗得硫酸銨濃度不高,回收高耗能,反應熱使氨汽化多,須硫酸洗氣回收氨,造成氨、酸耗費大,多了工序,增加了酸、氨消耗,不經濟,故《固相法》在山東工業(yè)化生產,投資大,效益欠佳,難推廣。以凈化FeSO4液與碳酸銨反應,制得高純FeCO3晶體,避開了黃鉀鐵礬產生,可煅燒成α-Fe2O3,高純商品,百余年前就知道,只因要產FeCO3高純,不僅要FeSO4和(NH4)2CO3兩反應液要高純,反應溫度,PH值,攪拌強度最佳下,兩反應液濃度或過飽度必須很低,在有晶種下混合反應才能得晶粒粗大均一,沉洗濾性能良好的FeCO3高純晶體,才可燒得高純α-Fe2O3產品;而兩反應液濃度低,附產硫酸銨母液濃度就更低,若大工業(yè)化生產,附產大量低濃度硫酸銨母液,回收虧本,排放浪費,也是巨大水污染源。故如此簡單工藝,百余年無人工業(yè)化應用。
本發(fā)明為解此難題,專門設計雙循環(huán)復分解沉淀反應器(另一專利,申請在同日),以200g/L上下濃硫酸銨母液夾帶微小懸浮FeCO3晶體作雙循環(huán)介質,在雙路循環(huán)流中途分別加入濃FeSO4和(NH4)2CO3凈化液,循環(huán)流中兩反應液被稀釋倍數(shù)由人設計到最佳,兩路循環(huán)液相遇混合一瞬間發(fā)生反應時均是低濃度,又有晶種,晶種會在不斷循環(huán)中長大,大到一定程度,被串接漩流器回收,盡是粗大均一,易于沉濾洗的FeCO3晶體,純水漂凈,干燥后入爐煅燒成α-Fe2O3,盡是特優(yōu)純品;因Fe2+反應,無黃鉀鐵礬產生可能,產高純品有保證,又因泵入反應兩液濃,產硫酸銨母液必濃,一般≥200g/L,多效濃縮,附產硫酸銨成本低,效益好,節(jié)能突出,清潔生產得實現(xiàn);年產六千噸α-Fe2O3高純品生產線,可附產硫酸銨1萬噸,工業(yè)化本小利大。所產α-Fe2O3可達99%-99.9%。
發(fā)明內容本工藝是①制高純FeSO4凈化液,粗FeSO4·7H2O原料,多為硫酸法鈦白粉廠附產,純度≥90%,雜質多,先入溶解槽,加入過量鐵屑、開水及動物膠8-10g/m3,以氨或硫酸調PH=4~5間,攪拌溶解,控制在60-70℃間,含F(xiàn)eSO4460±10g/L為好,再泵入沉淀槽,槽入液口吊一籃鐵屑,液面浮一層液體石蠟,使FeSO4液與空氣隔絕下,保溫靜置≥16h,粗濾得化學凈化液有鐵屑可保Fe3+全變成Fe2+,隔絕空氣可防再氧化,鐵同時置換Co、Ni、Sn、Pb、Cu等,PH=4~5間加動物膠,可使硅酸、Al3+、Ti4+易水解沉淀到<10-6,被精濾除盡。但Ca、Mg、Mn此法難除盡,若硫化,F(xiàn)e2+硫化勢大于Mn2+,不能用硫化除Mn,可將化學凈化液泵入靜態(tài)離子交換槽,化驗Ca、Mg、Mn總量選磺酸基陽離子001×7,作吸除ca、Mg、Mn劑,計算總用量,先小試,校正計算值,將離交樹脂裝入網(wǎng)籃浸入溶液,電機使左右擺動,促進交換,到測溶液雜質殘量達標為止,大工業(yè)生產可多槽逆流離子交換,此法只吸除雜質,不與目的離子(此處為Fe2+)交換,離子樹脂用量、再生劑消耗少,成本低,離交凈化液純度高,非常實用,飽吸雜質離子樹脂,常規(guī)再生,循環(huán)使用,不贅述;②制高純碳酸銨液農用碳酸氫銨,氨水,溫水,絮凝劑,聚丙烯酰胺6-12g/m3加入銨鹽溶解槽,攪拌溶解成52±3℃下含(NH4)2CO3330±20g/L,含游離氨20±5g/L溶液,靜置保溫下≥12h后精濾,精濾液過離交凈化槽,用007×1離交樹脂吸除Ca、Mg、Mn等雜質,得高純碳酸銨液;③上述兩高純溶液,按Fe2+∶(NH4)2CO3摩爾比1∶1.1比例,同時泵入雙循環(huán)復分解沉淀反應器內,稀釋比8-10間,反應FeSO4+(NH4)2CO3→FeCO3↓+(NH4)2SO4,濾出FeCO3晶體,純水漂凈,干燥后入爐,通≥600℃凈化熱風,加風量25%體積水蒸汽催化下煅燒得高純α-Fe2O3,純度在99~99.9%之間,達超高純;④母液含(NH4)2SO4≥200g/L,少量(NH4)2CO3及游離NH3,可加硫酸中和到PH6.5~7.5間,加H2O2使殘Fe2+以Fe(OH)3↓除凈,多效蒸發(fā)回收硫酸銨附產品,實現(xiàn)綜合利用,清潔生產。
權利要求
硫酸亞鐵-碳酸銨法高純α-Fe2O3生產技術,其特征是①粗FeSO4·7H2O加入溶解槽,加過量鐵屑、開水及動物膠8-10g/L,以氨或硫酸調PH=4-5間攪拌,控制溫度60-70℃間,含F(xiàn)eSO4460±10g/L,泵入沉淀槽,槽面浮≥5cm液體石蠟以隔絕空氣,液體入口吊一籃鐵屑,保溫靜值≥16h后,上清液精濾后泵入離子交換凈化槽,槽內液面仍液體石蠟浮面,化驗液內有害離子。此刻,關鍵是Ca、Mg、Mn離子總量(Fe3+已被鐵屑還原成Fe2+、Co、Ni、Sn、Pb、Cu等被Fe置換,PH4-5下Al、Ti、SiO2多水解并被動物膠吸附絮凝沉淀精濾除凈,上述雜質很難超標),在Fe2+液中唯殘Ca、Mg、Mn氧化、硫化都不行,用離子交換樹脂可有限除凈,選001×7磺酸基陽離子交換樹脂,用量以殘Ca、Mg、Mn總量稍過量為準,計算好再小試修正用量(第一次這樣作,以后照比例加就是)作靜態(tài)離子交換,就是樹脂裝網(wǎng)籃,浸入溶液作上下、左右相對運動,促離子交換,到測液中有害離子濃度達標為止,算制成高純FeSO4液,離交樹脂再生再用,不贅述;②碳酸氫銨,氨水,溫水,絮凝劑加入銨鹽溶解槽,攪拌勻,成52±3℃含(NH4)2CO3330±10g/L,游離氨20±5g/L溶液,靜置12h后,精濾液入離子交換凈化槽,加001×7磺酸基陽離子交換樹脂,吸除Ca、Mg、Mn等離子達標為凈化高純碳酸銨液;③將上述兩高純凈化液同時以FeSO4∶(NH4)2CO3=1∶1.1摩爾比泵入雙循環(huán)復分解沉淀反應器內,在器內硫酸銨母液濃度≥200g/L,PH=7.5-8.5間,控制兩加入濃液雙循環(huán)中稀釋比8-10間,循環(huán)稀釋又混合反應,于漩流器下收得晶粒粗大均一,沉濾洗性良好的FeCO3↓,純水漂凈,干燥后為中間產品高純FeCO3晶粉,大部分可入煅爐,通≥600℃凈化熱風,加入25%風量水蒸汽,作催化劑,反應得高純α-Fe2O3,品質可達含F(xiàn)e2O3在99~99.9%之間;④分離母液含(NH4)2SO4≥200g/L,少量碳酸銨及游離氨及Fe2+,可加H2O2使Fe2+→Fe3+以Fe(OH)3↓濾除,加硫酸調PH到中性,多效濃縮脫水,獲硫酸銨附產品,年產六千噸α-Fe2O3之生產線,,因此可多產1萬噸硫酸銨,清潔生產,意義重大。以上四項請求知識產權保護。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無機化工品生產技術,具體說是硫酸亞鐵—碳酸銨法高純α-Fe
文檔編號C01C1/00GK101016171SQ20061004176
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權日2006年2月9日
發(fā)明者朱作遠 申請人:朱作遠