聚合硫酸鐵的合成方法，鋼鐵酸洗廢液制備聚合硫酸鐵
        聚合硫酸鐵 在鋼鐵工業(yè)和機(jī)械工業(yè)中，鋼鐵件表面的酸洗是一個(gè)很重要的表面處理過程。酸洗過程副產(chǎn)大量的含硫酸和硫酸亞鐵或者含鹽酸和氯化亞鐵的溶液，這些廢液目前并沒有得到充分的利用，有的工廠任意將其排放，不僅造成很大的環(huán)境污染，而且也造成了巨大的浪費(fèi)。這些廢液是生產(chǎn)聚合硫酸鐵和聚合氯化鐵的良好原料。例如硫酸酸洗廢液中一般含有FeSO4·7H2O 15 %—20%，游離酸7%～10%，利用這些硫酸和亞鐵可以直接生產(chǎn)聚合硫酸鐵，從而達(dá)到治理污染和廢料利用的目的，同時(shí)又為廢水治理提供了良好的水處理劑。在此我們僅介紹以硫酸酸洗廢液生產(chǎn)聚合硫酸鐵的方法，以鹽酸酸洗廢液生產(chǎn)聚合氯化鐵的方法將在下一節(jié)介紹。
        (1)合成原理因含鐵原料的不同，目前生產(chǎn)聚合硫酸鐵的工藝也不同。在以鐵礦石、鐵屑、氧化鐵皮、硫鐵礦石為原料進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，首先用硫酸將上述物質(zhì)在一定的條件下溶解，然后采用不同的氧化劑將剩余亞鐵離子氧化。如果在氧化前控制溶液中硫酸的量高于或等于形成硫酸高鐵所需要的量，即可形成含游離酸的硫酸鐵溶液或硫酸鐵溶液。如果將硫酸的量控制在低于上述值的范圍內(nèi)，就可以生成不同鹽基度的聚合硫酸鐵。鹽基度取決于溶液中硫酸根與鐵離子的比例。以下方程式給出了反應(yīng)機(jī)理。

    H2 SO4 +Fe—→FeSO4 +H2O    
    H2 SO4 +2NaNO2=2 HNO2 +Na2 SO4    
    H2 SO4 +2HNO2 +2FeSO4 =Fe2 (SO4)3 +2NO+2H2 O   
 2NO+O2 =2NO2   
    H2 SO4 +NO2 +2FeSO4 -Fe2 (SO4)3+NO十+H2 O    

        由上述反應(yīng)式可以知道，聚合硫酸鐵氮氧化物催化氧化亞鐵離子的反應(yīng)是一個(gè)典型的氣液反應(yīng)，因此決定反應(yīng)速度的因素為NO的氧化速度和NO2的溶解速度，而NO的氧化速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，所以加快NO2的溶解成為反應(yīng)速度的決定步驟。加強(qiáng)氣體的溶解通常采用兩種方法。一是增大氣液的接觸表面積，另一種方法是增大氣液相的壓力。在提高反應(yīng)速度方面，這兩種方法都十分有效。上述反應(yīng)的聚合硫酸鐵催化劑不僅僅限于可與硫酸作用形成氮氧化物的亞硝酸鈉，在硫酸和硫酸亞鐵的混合液中可溶的亞硝酸鹽和亞硝酸、硝酸鹽及硝酸均對(duì)于該反應(yīng)同樣具有催化作用。
        (2)酸洗液各種物料的調(diào)整方法  設(shè)：X為廢液中硫酸亞鐵的含量(FeSO4·7H2O，mol/L)；Y為廢液中硫酸的含量(H2 SO4，mol/L)；Z為需要投加的鐵屑量(Fe，mol/L)；B為最終產(chǎn)品聚合硫酸鐵的鹽基度(B，%)。
        根據(jù)最終產(chǎn)品聚合硫酸鐵的鹽基度的定義：
    
        設(shè)：X(FeSO4·7H2O)=200g/L=0.72mol/L;  Y( H2 SO4)=l00g/L=1.02mol/L;Z為需要投加的鐵屑量(Fe，mol/L)；B為最終產(chǎn)品聚合硫酸鐵的鹽基度(B，%)。
        由方程式可以推出每升溶液需投加鐵屑的量為：
                                                   
        當(dāng)B=10%時(shí)，=0.568m01／L=31·79／L=31.7kg／m3。
        即每升上述溶液需要投加31.7g鐵屑，就能合成出鹽基度為10%的產(chǎn)品。如果B=11%，則Z=32.69／L。
        上述計(jì)算過程中并沒有考慮催化劑量的影響，催化劑在反應(yīng)過程中要消耗一定量的硫酸。實(shí)際生產(chǎn)中，亞硝酸鈉的投加量在溶液總重量的1‰～3‰的范圍內(nèi)，它對(duì)鹽基度的影響可以忽略不計(jì)。
        (3)生產(chǎn)工藝按照上述計(jì)算投加鐵屑，在60～90℃范圍內(nèi)對(duì)溶液濃縮，當(dāng)溶液的密度達(dá)到1.49／cm3時(shí)（在60℃測(cè)定），就可以用來(lái)生產(chǎn)聚合硫酸鐵。生產(chǎn)工藝可以采用反應(yīng)塔法，也可以采用改進(jìn)的反應(yīng)釜法，兩者的反應(yīng)效果都非常理想。

        圖3—27是以亞硝酸鈉為 合成時(shí)首先將硫酸亞鐵和硫酸混合液加入溶液貯罐中，反應(yīng)過程中通過循環(huán)泵的作用保持液體在反應(yīng)器和貯罐之間不斷循環(huán)，以達(dá)到氧化硫酸亞鐵的目的。催化劑以溶液的形式在反應(yīng)塔上部加入，氧氣在反應(yīng)底部引入。通過液體流經(jīng)填料表面時(shí)的混合作用加強(qiáng)氣液接觸，提高反應(yīng)速度。利用反應(yīng)塔法生產(chǎn)可以達(dá)到平均每小時(shí)生產(chǎn)1t的速度。利用反應(yīng)釜也可以達(dá)到非常快的反應(yīng)速度，平均30～40min可以生產(chǎn)1t產(chǎn)品，且隨著操作熟練程度的提高，
        反應(yīng)時(shí)間還可以縮短，但關(guān)鍵是處理好溫度、壓力以及氣液的平衡過程。從上述介紹可以看出，對(duì)于酸洗廢液，可以避免通過進(jìn)一步加工生產(chǎn)聚合硫酸鐵混凝劑，這樣既解決了污染問題，又可以得到良好的水處理藥劑，既創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，也創(chuàng)造了社會(huì)效益。


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