聚合硫酸铁(PFS)的制备方法

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[制备方法]聚合硫酸铁的生产路线较多，有空气氧化催化法，硫铁矿渣加压酸溶法，氯酸钾氧化法，四氧化三铁矿石酸溶氧化法等。

(1)利用钛白粉副产物生产PFS在用硫酸法生产钛白粉的过程中，有副产物硫酸亚铁生成。将酸性溶液中的硫酸亚铁，在NO催化下用空气氧化为三价铁离子，然后加入氢氧化钠中和，调整碱化度，使其发生聚合反应，可得到盐基度为65.85%的产品。李风亭等报道了用氮氧化物催化氧化的新工艺，该法是一种经济实用的生产聚合硫酸铁的新工艺。此法的反应原理为：

2NO+O2→2NO2

4FeSO4+(2-n)H2SO4+NO2→Fe2(OH)m(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O

(2)以工业硫酸废液为原料，亚硝酸钠为催化剂，废硫酸与硫酸亚铁的原料配比为(0.3～0.5)：1，在密闭容器中通入纯氧，于55～90℃反应1.5～2.0h，即得产品。该法是一种传统的生产方法，工艺简单、反应相对温和，但氧化时间长，催化剂的价格高、用量大，反应时还伴有氮氧化物的排出而造成环境污染。此外由于亚硝酸钠的毒性而限制了该法的推广使用。

(3)将硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和硫酸依次加入反应釜中，加水在搅拌下配成18%～20%的水溶液。升温至50℃通入氧气，使反应压力达到3.03×105Pa。然后分批加入亚硝酸钠(相当于投加量的0.4%～1.0%)、碘化钠作助催化剂，反应2～3h。冷却出料即为液体产品。液体产品经减压蒸发，过滤，干燥，粉碎得固体。

反应方程式为：

4FeSO4+(2-n)H2SO4+O2→2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O+mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→[Fe2(OH)m(SO4)3-n/2]m

式中，0<n<2，m=f(n)。

(4)反应塔法制备聚合硫酸铁

目前国内多采用反应釜法生产聚合硫酸铁，存在反应周期长，设备腐蚀严重，日常维修任务重等缺陷。针对上述问题，山东建筑工程学院提出了反应塔生产聚合硫酸铁新工艺，用于生产，取得了良好的效果。

目前国内多采用反应釜法生产聚合硫酸铁，该工艺存在反应周期长，设备腐蚀严重，日常维修任务重等缺陷。针对上述问题，山东建筑工程学院提出了反应塔生产聚合硫酸铁新工艺，用于生产，取得了良好的效果。具体制备方法如下。

根据氧气氧化硫酸亚铁反应的特点，采用了耐腐蚀材料制成的反应塔，利用混合液在塔内流动时形成的巨大比表面积，加强气体的吸收，从而加快反应速度。利用反应塔进行生产既可以在常压，也可以在加压条件下进行。反应方程式为：

4FeSO4+(2-n)H2SO4+O2→2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O+mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→Fe2(OH)m(SO4)3-n/2

式中：0<n<2，m=f(n)

聚合硫酸铁的生产过程如下：按比例将硫酸亚铁、硫酸和水加入溶解槽中，升温至硫酸亚铁溶解后，注入储罐，用耐腐泵将溶液打入反应塔内，调节液体流量，同时向塔内加入氧气和催化剂，混合液即发生催化氧化聚合反应。生产过程中不断对溶液中的亚铁离子进行监测，等亚铁离子完全氧化后，反应结束，将液体聚合硫酸铁成品用泵打入成品池。反应后剩余的催化剂和氧气可以留待下次生产继续使用。

(5)氯酸钾氧化法

氯酸钾是一种氧化剂，在酸性介质中其氧化性更强，氧化反应式：

6FeSO4+KCIO3+3H2SO4→3Fe(SO4)3+KCl+3H2O

该法制备工艺简单，反应相对温和，氧化剂用量少，且无有害气体产生，但氯酸钾价格昂贵，生产成本高，而且钾盐杂质的夹入也影响产品质量。

制备方法 2 硝酸催化氧化

将一定量的硫酸亚铁、硫酸、硝酸和水加入反应釜中搅拌，控制反应温度在60～90℃，同时通入空气进行氧化。硝酸用量约为物料总量的4.0%，反应时间5h左右。由于硝酸价格较低，对人畜毒性较低，制得的聚铁可用于工业废水、生活用水等的净化处理，但是硝酸用量大，生产过程伴随氮氧化物的排出而污染环境。

反应原理如下：

例如：以铁屑、铁矿粉或铁矿熔渣粉为原料，与硫酸反应生成硫酸亚铁，然后再通入O2和硝酸(作催化剂)进行聚合，生成液体PFS。该法的生产流程如图2-15所示

图2-15 聚合硫酸铁工艺流程

PFS固体产品：一般由液体聚铁经喷雾干燥制得，也有在氧化聚合反应后经调聚、固化、陈化、粉碎等工艺制备。

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