專利名稱：復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理飲用水、廢水或污水等的絮凝劑的生產(chǎn)方法，更準(zhǔn)確地說是涉及用于處理飲用水、廢水或污水等的無機(jī)高分子絮凝劑-復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的生產(chǎn)方法。
聚合硫酸鐵是近幾年發(fā)展起來的一種無機(jī)高分子絮凝劑，聚合硫酸鐵與傳統(tǒng)的絮凝劑如三氯化鐵、硫酸鋁、氯化硫酸鐵相比，具有投加量小、濁度去除率高、脫色效果好等優(yōu)點(diǎn)。聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法多種多樣，但都包括了硫酸亞鐵在酸性溶液中經(jīng)氧化、水解和聚合等過程。若按氧化方式的不同來劃分，聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法分為二大類(1)直接氧化法，即采用強(qiáng)氧化劑H2O2、NaClO、KClO3、MnO2等直接將亞鐵離子氧化為鐵離子，再經(jīng)水解和聚合得到聚合硫酸鐵;(2)催化氧化法，即在催化劑的作用下，利用空氣或氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，同樣經(jīng)水解和聚合得到聚合硫酸鐵。直接氧化法因?yàn)檠趸瘎┫牧亢艽?，成本過高，加之由氧化劑而引進(jìn)的殘留物的分離費(fèi)用較大，不分離又將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以難以工業(yè)化生產(chǎn)。
目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)聚合硫酸鐵普遍采用催化氧化法，主要選用NaNO2、HNO3作為催化劑，例如日本特許公開昭51-17518公開了一種聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法，是以FeSO4為原料，在一定溫度、壓力下，以NaNO2為催化劑，用空氣氧化，經(jīng)過水解、聚合反應(yīng)得聚合硫酸鐵。公開號(hào)為CN 1040505A(1990年)的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的方法是以NaNO2為催化劑，F(xiàn)eSO4用空氣氧化后與硫酸反應(yīng)得聚合硫酸鐵。公開號(hào)為CN 1053322A(1991年)的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的方法是以HNO3為催化劑和氧化劑，F(xiàn)eSO4在H2SO4存在下經(jīng)過氧化、水解、聚合后得聚合硫酸鐵?，F(xiàn)有技術(shù)采用上述催化劑生產(chǎn)聚合硫酸鐵的方法存在如下缺點(diǎn)(1)反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，需17小時(shí)以上，使設(shè)備效率低、成本高;
(2)以NaNO2為催化劑制備聚合硫酸鐵時(shí)的氧化反應(yīng)如下
可見反應(yīng)過程中放出氮的氧化物，污染了環(huán)境;
(3)以HNO3為催化劑生產(chǎn)聚合硫酸鐵，需要大量的HNO3，由于使用HNO3會(huì)產(chǎn)生氮的氧化物，從而加重了對(duì)環(huán)境的污染。
(4)這些生產(chǎn)方法對(duì)酸度都存在極大的依賴性，即酸的投入量必須很大才能保證最終的產(chǎn)品混合物中不出現(xiàn)氫氧化鐵沉淀，而酸的投入量增大必然降低產(chǎn)品的鹽基度，從而影響其絮凝效果。
聚合硫酸鐵的分子式可表示為［Fe2(OH)n(SO)3-n/2］m，其對(duì)應(yīng)的鹽基度為n/6×100%，聚合硫酸鐵的鹽基度越高，即n越大，產(chǎn)品聚合度m也越高，其形成的礬花越大，絮凝效果越好，絮體的沉降速度越快。我國(guó)規(guī)定聚合硫酸鐵一級(jí)品的鹽基度必須達(dá)12%以上，日本標(biāo)準(zhǔn)樣品的鹽基度規(guī)定為8.33～16.7%，而鹽基度超過16.67%的聚合硫酸鐵產(chǎn)品至今未見報(bào)導(dǎo)。因此，設(shè)法提高聚合硫酸鐵的鹽基度就成為改善產(chǎn)品質(zhì)量的一條重要途徑。
本發(fā)明的目的在于提供一種聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低成本。
本發(fā)明的目的還在于提供一種聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法，采用新的催化劑，以極少的用量就能完成整個(gè)反應(yīng)，以便基本消除反應(yīng)過程中放出氮的氧化物，減少環(huán)境污染。
本發(fā)明更重要的目的在于提供一種聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法，采用新的催化劑，使該生產(chǎn)方法對(duì)酸度的依賴性大為降低，從而能顯著提高鹽基度，大大改善產(chǎn)品的絮凝效果。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法是以硫酸亞鐵為原料，硝酸鋁為催化劑，在酸性條件下經(jīng)過氧化、水解、聚合反應(yīng)得到復(fù)合聚合硫酸鐵鋁產(chǎn)品。
本發(fā)明采用的催化劑是工業(yè)用硝酸鋁，也可以是能形成硝酸鋁的氧化鋁或鋁鹽與硝酸的混合物。
由于本發(fā)明采用硝酸鋁為催化劑，使反應(yīng)后形成的產(chǎn)品中含有鋁，形成復(fù)合聚合硫酸鐵鋁。實(shí)踐證明聚合硫酸鐵產(chǎn)品中含鋁對(duì)處理廢水等有促進(jìn)作用。
事實(shí)上，發(fā)明人曾經(jīng)選用過硝酸鈉、硝酸鋅、硝酸錳等硝酸鹽作催化劑，制得的聚硫酸鐵對(duì)處理廢水并無促進(jìn)作用，而且產(chǎn)品中還含有鈉、鋅和錳等雜質(zhì)。發(fā)明人也選用過硝酸、硝酸鐵為催化劑，制得的聚合硫酸鐵是純凈的產(chǎn)品，但亦無獨(dú)特的性能。在本發(fā)明中，硝酸鋁不僅僅是一種催化劑，它還是一種緩沖劑，從而顯著地減輕了反應(yīng)體系對(duì)酸度的依賴性，使酸度對(duì)反應(yīng)的影響變得不那么重要;它同時(shí)又是一種水解與聚合反應(yīng)的促進(jìn)劑，令氧化、水解和聚合反應(yīng)過程更加均衡地同步進(jìn)行;硝酸鋁也是一種穩(wěn)定的金屬鹽類氧化劑，其特點(diǎn)是用量少，所以避免了采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)聚合硫酸鐵時(shí)必須向外排出大量氮的氧化物，基本消除了環(huán)境污染。
本發(fā)明具體的實(shí)施方案是將28.0%～32.0%重量硫酸亞鐵、4.5%～7.0%重量硫酸、1.0%～10.0%重量硝酸鋁、51.0%～66.5%重量加入反應(yīng)釜中，攪拌至各組份混合均勻，旋開氧氣閥，將氧氣流量調(diào)節(jié)在0.03～0.10個(gè)反應(yīng)釜體積/min范圍內(nèi)，并開始加熱，控制反應(yīng)溫度在110～150℃范圍內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)放氣閥將系統(tǒng)壓力控制在1.0～4.0atm之間，反應(yīng)1小時(shí)左右即制得了一種均質(zhì)、棕紅色粘稠復(fù)合聚合硫酸鐵鋁。
本發(fā)明采用的硫酸亞鐵可以是工業(yè)硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的礦渣、廢渣，本發(fā)明采用的硫酸可以是工業(yè)硫酸或含硫酸的廢酸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)由于本發(fā)明采用硝酸鋁作催化劑，使生產(chǎn)出的產(chǎn)品含有鋁成份，成為復(fù)合聚合硫酸鐵鋁，對(duì)處理廢水等有促進(jìn)作用。
(2)本發(fā)明由于采用極少量的硝酸鋁催化劑就能完成整個(gè)反應(yīng)過程，因而可以減少甚至避免對(duì)環(huán)境的污染。
(3)本發(fā)明的生產(chǎn)方法可以減輕反應(yīng)體系對(duì)酸度的依賴性，從而能夠生產(chǎn)出鹽基度達(dá)到20%以上的產(chǎn)品。
(4)本發(fā)明生產(chǎn)復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的方法反應(yīng)時(shí)間短，1小時(shí)左右，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1將629公斤工業(yè)硫酸亞鐵、90.2公斤硫酸、37.4公斤工業(yè)硝酸鋁和1243.4公斤水依次加入3m3反應(yīng)釜中，啟動(dòng)攪拌機(jī)，使各組份迅速混合均勻，然后緩慢旋開氧氣閥，將氧氣的流量調(diào)節(jié)在5.4m3/h，并開始加熱，控制反應(yīng)溫度在115～125℃范圍內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)放氣閥將系統(tǒng)壓力控制在1.0～3.5之間，系統(tǒng)壓力經(jīng)歷升高、降低、再升高、再降低，如此三次循環(huán)。反應(yīng)在42分鐘內(nèi)結(jié)束，得到一種均質(zhì)、棕紅色粘稠狀復(fù)合聚合硫酸鐵鋁產(chǎn)品，其鹽基度為20.59%，總鐵含量為170.4g/L，檢測(cè)不出亞鐵離子。
實(shí)施例2生產(chǎn)方法同實(shí)施例1，其中物料的配方如下硫酸亞鐵606.8公斤;
硫酸108.2公斤;
硝酸鋁113.4公斤;
水1171.6公斤。
反應(yīng)條件如下氧氣的流量9m3/h;
反應(yīng)溫度110～120℃;
系統(tǒng)壓力1.4～3.5atm。
該反應(yīng)在28分鐘內(nèi)結(jié)束，即制得一種均質(zhì)、棕紅色粘稠狀復(fù)合聚合硫酸鐵鋁產(chǎn)品，其鹽基度為19.12%，總鐵含量為175.2g/L檢測(cè)不出亞鐵離子。
實(shí)施例3生產(chǎn)方法同實(shí)施例1，其中物料的配方如下硫酸亞鐵573.6公斤;
硫酸138.8公斤;
硝酸鋁194.4公斤;
水1093.2公斤。
反應(yīng)條件如下氧氣的流量14.4m3/h;
反應(yīng)溫度135～145℃;
系統(tǒng)壓力1.0～4.0atm。
反應(yīng)進(jìn)行22分鐘，即制得一種均質(zhì)、棕紅色粘稠狀復(fù)合聚合硫酸鐵鋁產(chǎn)品，其鹽基度為19.98%，總鐵含量為168.5g/L，檢測(cè)不出亞鐵離子。
實(shí)施例4生產(chǎn)方法同實(shí)施例1，其中物料的配方如下硫酸亞鐵629.0公斤;
硫酸99.2公斤;
硝酸鋁22.6公斤;
水1249.2公斤。
反應(yīng)條件如下氧氣的流量18m3/h;
反應(yīng)溫度140～150℃;
系統(tǒng)壓力1.4～3.5atm。
反應(yīng)進(jìn)行了75分鐘，即制得一種均質(zhì)、棕紅色粘稠狀復(fù)合聚合硫酸鐵鋁產(chǎn)品，其鹽基度為19.43%，總鐵含量為172.9g/L，檢測(cè)不出亞鐵離子。
表1是用本發(fā)明方法生產(chǎn)的復(fù)合聚合硫酸鐵鋁絮凝劑與以NaNO2或HNO3為催化劑生產(chǎn)的聚合硫酸鐵絮凝劑的絮凝效果對(duì)比。
取員村段珠江水進(jìn)行檢測(cè)，其濁度為50ppm。
測(cè)定方法取1升河水放入2升的玻璃容器，以180rpm速度快速攪拌3分鐘，加入絮凝劑，再以60rpm的速度慢攪10分鐘，然后靜置20分鐘，取上清液測(cè)其濁度。
表1
表1數(shù)據(jù)顯示用本發(fā)明方法生產(chǎn)的復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的絮凝效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有的絮凝劑聚合硫酸鐵。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的生產(chǎn)方法，其特征在于以硫酸亞鐵為原料、硝酸鋁為催化劑，在酸性條件下進(jìn)行氧化、水解、聚合反應(yīng)。
2.按照權(quán)利要求1的生產(chǎn)方法，其特征在于將28.0%～32.0%重量硫酸亞鐵、4.5%～7.0%重量硫酸、1.0%～10.0%重量硝酸鋁、51.0%～66.5%重量水加入反應(yīng)釜中，攪拌至各組分混合均勻，旋開氧氣閥，將氧氣流量調(diào)節(jié)在0.03～0.10個(gè)反應(yīng)釜體積/min范圍內(nèi)，并開始加熱，控制反應(yīng)溫度在110～150℃范圍內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)放氣閥將系統(tǒng)壓力控制在1.0～4.0atm之間。
全文摘要
一種復(fù)合聚合硫酸鐵鋁的生產(chǎn)方法，是以硫酸亞鐵為原料，以硝酸鋁為催化劑，在酸性條件下進(jìn)行氧化、水解、聚合反應(yīng)約一小時(shí)即得到鹽基度達(dá)20％以上的復(fù)合聚合硫酸鐵鋁，該生產(chǎn)方法反應(yīng)時(shí)間短、基本上消除了對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)污水、廢水等具有很好的絮凝效果。
文檔編號(hào)C01G49/14GK1101896SQ94117429
公開日1995年4月26日 申請(qǐng)日期1994年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月4日
發(fā)明者莫炳祿, 阮復(fù)昌, 公國(guó)慶, 張民權(quán), 盧燕玲 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)