两种聚合硫酸铁生产工艺探讨

1、 本文由xu2066贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 第 期 年 月 无 机 盐 工 业 两 种 聚 合 硫 酸 铁 生 产 工 艺 探 讨 周秀梅 （ 云南云天化 国际化工股份有限公 司红磷分公 司， 云南开远 ） 摘 要： 阐述 了聚合硫酸铁的用 途及净水原 理。催化 氧化法生 产聚合 硫酸铁 是在催 化剂 （ 如亚硝 酸钠 、 硝酸 等） 的作用下 ， 利用空气或氧气将亚铁离子 氧化 为铁离子 ， 经水解 和聚合获得 聚合硫酸铁 。直接氧化法 生产聚合硫 酸铁是直接通过强 氧化剂 （ 如次氯酸钠 、 酸钠 和过氧化氢 等

2、） 氯 将亚铁离 子氧化为铁离 子 ， 经水解 和聚合获得 聚合 硫酸铁。通过对两种聚合硫酸铁的生产工 艺、 过程控制 、 生产成本及优缺点等进行对 比分析 ， 出直接 氧化 法生产 得 工艺简单 ， 反应速率快 ， 生产周期短 ， 对环境的污染小 ， 有较好 的环境和经济效益。 关键词 ：聚合硫 酸铁 ； 催化氧化 法； 直接氧化法 中 图分 类 号 ： 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： ） （ （ ， ， ， ） · ： ） （ （ ） ， （ ， ， ） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ； ： ； 聚合 硫酸铁 是 一种 新 型 净 水剂 ， 主要 用 作饮 用

3、水 和工业 用水 的处 理剂 以及 工业 废 水 、 市 污水 和 城 也 越高 ， 其形成 的矾 花越 大 ， 凝 效果 越 好 ， 絮 絮体 的 沉 降 速 度 越 快 ¨ 。 其 水 溶 液 中 存 在 着 污 泥 的处 理剂 ， 有 脱 色 、 具 除臭 、 破乳 及 污 泥脱 水 等 功 能 。云南 云天化 国际化工股 份有 限公 司红磷 分公 司 现有一 套 聚 合 硫 酸 铁 生 产 装 置 ， 生 产 能 力 为 其 生产 的聚合 硫 酸 铁 用 作公 司生 产 用 水 的 ， 处理 剂 。装 置建成 时采 用催 化 氧 化 法进 行 生 产 ， 在 年引进 了直接

4、氧化 法 ， 面就 生产 过 程 中两 种 下 。 （ ） ， ， ： 等 （ ） ， 。 （ ） 络 离子 ， 作 为架 桥 形成 多 核 络 离子 ， 而 变 以 一 从 成 巨大 的无机 高分子化 合物 。在水 溶液 中这些 多核 高价 的羟基 络离 子 的正 电荷 与原水 中溶胶 及悬 浮物 的负 电荷 有效地 结合 ， 通过 吸附 、 桥 、 联等作 用 ， 架 交 使水 中胶体 微粒 及悬 浮物形成 粗 大的絮 团而迅速 沉 聚合硫 酸铁 生产方 法 、 程 控 制及 生 产成 本 等 方 面 过 进行分 析 。 降。对水 中的悬浮物、 有机物 、 硫化物 、 重金属等都 能 絮凝

5、 ， 适用 的 为 。 净水 原 理 聚合 硫酸铁 属 无 机高 分 子 化合 物 ， 子 式一 般 分 可表示 为 （ ）（ ）一 相 对 分 子 质 量 ， ， 高达 ， 对应 的盐 基度 × ， ×其 聚合 硫 酸铁 的盐基 度 越 高 ， 凡值 越 大 ， 品聚 合 度 即 产 生产 方 法 按 照氧化 方式 的不 同 ， 聚合 硫 酸 铁 的生 产 方 法 分 为催 化氧化 法和 直接 氧化法 两类 。催 化氧 化法是 在 催化 剂 （ 等 ） 如 ， ， 的作 用 下 ， 用 空气 利 或 氧气将 亚铁 离子 氧 化 为铁 离 子 ， 经水 解 和 聚 合获 无

6、机 盐工业 第 卷 第 期 得 聚合硫 酸 铁 。直 接 氧 化 法 是 直 接 通 过 强 氧 化 剂 表 是 反 应进 行 至 时 不 同 温度 下 氧气 （ ， ， 等） 如 和 将亚铁离子氧化为铁 离子 ， 经水解 和聚合 获得 聚合硫酸 铁 。 催化 氧化法 生 产原理 的消耗 量 ， 氧 气 消 耗 量 的 多 少 可 看 出 的转 从 化率及氧化速率快慢。从表 可看 出， 确实是 反应 的最 佳 温 度 ， 该 温度 下 ， 的氧 化 速 率 最 在 快 ， 位催化 剂所 能催化 氧化 的 量 最多 。 单 表 反应进行至 不同温度下 氧气的消耗量 用 催化 剂 和氧 气 将 硫

7、 酸 亚 铁 氧 化 成 聚 合 硫 酸 铁 ， 方程 式如下 ： 反应 （ ） （ ） 一 （ ） （ ）一 （ ） ） （ ） 一 （ （ ） 一 生产控 制分析 硫 酸加入 量及加 入方式 ） 聚合 硫酸铁 的合成 关 键 在 于酸 度 的控 制 ， 过 通 硫 酸 的加 人量来 控 制酸 度 ， 用七 水 硫 酸亚 铁 与硫 采 酸的物质 的量 比为 （ ， ： ） 可获 得较 高碱 反 应时 间的控制 ） 利用 催化 氧化 法通 人 氧 气生 产 聚 合硫 酸 铁 ， 其 化度的产物。酸度太高 ， 不利 于 的氧化， 且 （ ）也不易 水解 ； 酸度太低 ， 生成 的 （ ） 易 转

8、化为 （ ）沉淀 。 氧化反应速率慢 ， 反应时间较长 ， 最长达到 ； 加 入催 化助 剂 （ ，） 如 后可缩 短其 反应 时 间 ， 最短 为 。笔 者公 司生 产 聚合 硫 酸铁 反应 时 间 为 。 通过计算 ， 生产 聚合硫酸铁需要硫酸（ 质量 分数 为 ） 为 。 约 硫酸 的加 入方 式 对 转化 率 也 会产 生 影 响 ， 果 如 表 是 保持 聚合釜 内压 力 为 时 ， 反应 进行 到不 同时段 时氧气 消耗量 及 转化 率。 表 反 应 时 间 、 气 的 加 入 量 及 转 化 率 的 关 系 氧 将硫 酸一 次性地 与硫 酸 亚铁 一 起加 入 反 应 釜 ， 大

9、 大 地 降低 了溶 液 的 增 强 了 ¨ 的 稳 定 性 ， 以 ， 所 很 难 被 氧化 成 ¨ ， 长 了反 应 时 间 ， 以在 延 所 生产过 程 中采 用 分 时 段 加 入 。具 体 的 操 作 方 式 见 表 。 表 生 产 过 程 中 硫 酸 加入 量 反应 时 间 硫 酸 的加 入 量 反 应 时 间 硫 酸 的加 入 量 反 应温度 的控制 ） 反应 温度对 ¨ 的转 化率 影 响较 大 ， 并影 响产 催 化氧 化剂 的控制 ） （ ） 化剂 的加入 量 催 品 中盐基 度和 聚合性能 。亚硝 酸钠 的催化作 用实 际 由于利用 氧气 氧

10、 化硫 酸 亚铁 的速 度很 慢 ， 提 为 高 ¨ 的 转 化 率 ， 入 了 催 化 剂 亚 硝 酸 钠 。 文 加 上是气体 的作用 ， 因为温度越高 ， 在液相 中 溶解度越小， 它从液相中逸出的倾 向就越大 ， 从而减 少 了液相 中 与 络合 的机会 ， 当这 种 影 响超 献 中催化剂的加入量各不相同， 最高的加入 量为 （ 质量 分数 ， 同） 最低 的加 入量 为 。 下 ， 过温度升高对 氧化速率增快的影响的时候 ， ¨氧 化速率 自然就 减慢 。 在聚合硫 酸铁 生 产过 程 中 ， 反应 温 度 控制 在 将 。在 时 ， 氧气 的消耗 量较 大 ，

11、 的催 化 氧化 速率较快 ； 反应 温度 超过 后 ， 度升高 ， 温 氧 笔者公司聚合硫酸铁生产中 的加入量为固体 七水硫酸亚铁加人量 的 。通过计算 ， 亚硝酸 钠 的加入量 为 ， 为使反 应进行 得更彻 底 ， 当 适 留有 一点余 量 ， 产 生 聚合 硫 酸 铁 加入 亚 硝 酸钠 ， 同时将 亚硝 酸钠配 制成 （ 质量 分 数 ） 的溶 液 ， 料量 如表 所 示 。 加 气的消耗量降低 ， 催化氧化反应的速率反而降低。 年 月 周 秀梅 ： 两种聚合 硫酸铁 生产 工 艺探 讨 表 催化 剂加入 与硫酸亚铁转化率的关系 的过 氧化氢 足够多 ， 就可保 证 亚铁离 子被彻底

12、 氧化 。 但 由于过氧化 氢见 光 易 分解 ， 较 高 的温 度 或 酸性 在 条 件 下 都 很 不 稳 定 ， 迅 速 分 解 ， 致 其 使 用 率 会 导 低 。且过氧化氢本身的生产成本较高 ， 价格较为 昂贵 ， 以笔 者公 司 聚合 硫 酸铁 生 产 中选 用 大 量 的 所 氯 酸钠 为主 氧化剂 ， 量 的过 氧 化 氢作 为 氧 化 助剂 少 进 行反应 。硫 酸亚铁 加入量 与氯 酸钠加 入量 的物质 （ ） 氧的加 入量 纯 为推进反 应 的进一 步进行 ， 在反应 过程 中 ， 加 应 的量 比为 在 反 应 结束 后 一 次 性 再 加 入少 量 氧 ：， 化助剂

13、 ， 使还未完全转化的 转化成 ¨ ， 提高 其转化率 ， 提高产品的盐基度 。 通过计 算 ， 产 生 聚合 硫 酸 铁 需 要 加 入 质 量 分数 为 的氯 酸 钠 加 料 时 间 为 ， ； 入纯 氧来促使 氧 化 反应 向右 进行 。在生 产 过 程 中 ， 氧气 总加入量 为 瓶 ， 入量 根 据 反应 剧 烈 程 度 加 进行控 制 ， 主要 通 过 聚合 釜 内压力 进 行 调 节 。随 着 催化氧化的进行 ， 反应釜 内压 力降低， 可加大进 氧 量 ， 聚合釜 内压力保 持在 ； 使 当反应进 行 到 后 期 ， 转 化速 度 变 慢后 ， 适 当降低 进 氧 量

14、 ， 可 氧 气 的加入 量见表 反应 时 间 、 氧气 加 入量 及 转 化率 的关 系 。 直接 氧化法 生产原理 双氧水 的 加 入 量 为 ， 反 应 快 结 束 时 一 次 性 在 加完 。 成 品质量 指标 分析 催化 氧化 法 和 直 接 氧 化 法 产 品质 量 比较 见 表 由表 可看 出 ： ） 化 氧化 法 和 直 接 氧化 法 生 。 催 产 的聚合硫 酸铁 均能 达到 净水 剂 聚合 硫酸 铁 准 。 催化 氧 化法 生 产 聚合硫 酸 铁 标 ） 采用强 氧化剂 双 氧水和氯 酸钠将 硫 酸亚铁 直接 的盐基度 比直接氧化法生产的低 ， 其余指标与直接 氧化 法无

15、太大差 异 。 表 催 化 氧 化 法 和 直 接 氧 化 法产 品质 量 比较 氧化 成 ： ， 并 经 水 解 、 合 得 到 聚 合 硫 酸 （ ）， 聚 铁 。反应方 程式如 下 ： 一 （ ） （ ） （ ） （ ）一 （ ） （ ） （ ） （ ）一 （ ） 一 指 标 嚣 盐 生产控 制分析 硫 酸的控 制 ） 聚合硫 酸铁 的合 成 关 键 在 于酸 度 的控 制 ， 酸 硫 的加入量对 产 品性 能 （ 盐基 度 ） 很 大 的影 响 （ 见 有 详 表 。通 过硫 酸 的加 入量来 控 制酸 度 ， 用 七水 硫 ） 采 酸亚 铁与硫 酸 的物 质 的量 比为 （ ， ：

16、） 可 获 得 较 高 碱 化 度 的 产 物 ， 为 酸 度 太 高 ， 利 于 因 不 的氧化 ， ： 且 （ ） 也不 易 水解 ； 度 太低 ， 酸 催化 氧化 法 ， 一 一 一 直接 氧化法 一 一 一 生成 的 （ ）易转 化成 （ ）沉淀 。 表 硫 酸 加 入 量对 聚 合硫 酸铁 盐 基 度 的 影 响 加入量 （ · 一 ） 消耗及 生产 成本分 析 催 化 氧化法 与直接 氧化法 生产 聚合硫 酸铁两 种 生产方 法 的消耗及 生产 成本 见 表 。从 表 可 以看 出 ：） 接氧 化法 中使 用 的 氧化 剂氯 酸 钠 和双 氧水 直 成 本较 高 ， 化氧

17、化 法 中使用 的催化剂 用量 少 ， 上 催 加 盐基度 加入量 （ · 一 ） 盐基度 注： 硫酸的加入量 已包括了硫 酸亚铁 中的游离酸 ， 硫酸质量分数为 。 氧气的成本低 ， 仅从使用的氧化剂成本看， 直接氧化 法要比催化氧化法高。 直接氧化法 由于生产周 ） 期 短 ， 位人工 成本 比催化 氧化 法低 ， 人工 费用上 单 从 看， 直接 氧化法 比催化 氧化 法低 。综合 比较 ， 接氧 直 化法 生产 成本 比催化 氧化法 成本低 约 元。 氧化 剂 的影 响 ） 由于过 氧化氢 氧化 的速度 很 快 ， 只要 加 入 表 两种 生产 方 法 的 消 耗 及 生产

18、成 本 催化氧化法 无机 盐工业 第 卷第 期 化法 生产成 本 比催 化氧化 法成 本低约 元。 直接氧化法 名称 、 消耗 成本 消耗 成本 （ ） 元 ） （ ） 元 ） ·。 （ · （ 结 论 对 于新建 及产 量 较 高 的装置 ， 者建 议 选用 ） 笔 直接 氧化法 生产 ， 由为新 建装 置 可 采用 非 金 属材 理 料或 内衬设 备进 行配 置 ， 可 节省 催 化 氧化 法 中尾 并 气 （ 氧 化 物 ） 净 化 装 置 ， 低 其 投 资 成 本 。其 氮 的 降 ） （ 硫酸（ ） 亚 硝 酸 钠 （ ） 氧气 氯酸钠 双 氧 水 蒸 汽 瓶

19、次， 直接氧化法生产工艺简单 ， 反应速率快， 生产周 期短 ， 以 大 大 降 低 生 产 成 本 ， 加 经 济 效 益 。 可 增 由于催化 氧 化 法 反应 时 间 较 长 ， 量 低 ， 固定 ） 产 其 费用 及人工 费用高 ； 选用 直接氧化 法生 产 ， 虽然 氧化 电 人 工 费用 （ · 元 班 班 班 合计 剂成 本高 ， 但与催化 氧化法相 比， 总体 费用 降低。 从社 会及环 境效 益上 看 ， ） 催化 氧 化法 中使 用亚 硝 酸钠是 一种对 人体 有 毒 的致 癌 物 ， 的使 用 限制 了 它 生产优缺点分析 从 产 品质量 上看 ， 化 氧化 法

20、 和直 接氧 化 法 ） 催 聚合硫 酸铁对 生活饮 用水 的净化 处理 。其次反 应过 程 中产 生 了对 环境 污染较 大的 氮氧化物 ， 害环境 ， 危 建议使 用直 接氧化法 生产 。 参考文献 ： 阮复 昌， 公国庆 ， 炳禄 ， 各 种聚合硫 酸铁生产 方法的评 莫 等 比 化学工业与工程 ， ，（ ） ： 张光学 ， 李玉芳 高效 絮凝剂聚合硫酸铁的生产方法 咸 宁 学 院学 报 ， （ ） ， ： 生产 的聚合硫 酸铁均 能达 到 水 净 剂聚合硫 酸铁 准 。 标 ）从 生产 工 艺上 看 ， 化 氧 催 化法 反应 时间长 ， 上硫酸 亚铁溶 解和卸 料时 间 ， 加 每

21、班生 产 产 量 低 ， 能 自给 自足 。直 接 氧化 法 生 ， 只 产工 艺简单 ， 反应 速 率快 ， 产 周期 短 ， 受 温度 限 生 不 制 ， 常 温 下反 应 即 可 出料 ， 低 了人 工 费 在 降 用 。每班可 生产 产量 高 ， 满 足 现 有工 艺 水 处 ， 在 理用量 的 条 件下 ， 可外 销 。 从使 用 的催 化 剂 、 ） 氧 化剂看 ， 催化 氧化法使 用 的催 化剂 是一种有 毒物 质 ， 对人体危 害较 大 ， 应 过程 中产 生有 害 的 氮氧 化 物 反 气体 ， 环境 污染 较 大 。此 外 由于亚 硝 酸 钠 的毒性 对 从而 限制 了聚合 硫酸铁 在生 活饮用 水方面 的净化处 徐颖 惠 聚合硫酸铁制 备若干工艺 问题 探讨 南平师专学 报 ， （ ） ， ：一 白玉兴 ， 刘君 ， 李杨 聚合硫 酸铁合成 中催化 剂的研究 工 业水 处 理 ， （ ） ， ： 收 稿 日期 ： 作者简介 ： 周秀梅（ 一 ）女 ， ， 大学本 科 ， 工工艺工程师 ， 化 主要 理 。直 接氧