净水处理剂-粉末聚铁（二）

2.4粉末聚合硫酸铁

以废铁屑和硫酸亚铁为原料，在常温下可以合成液态聚合硫酸铁，通过在硫酸铁分子簇网络结构中引入一定量的其他化合物，还可制备出混凝效果更好的复合絮凝剂聚氯硫酸铁和聚磷硫酸铁（PFCS和PPFS),将所制备的铁盐絮凝剂用于生活污水和印染废水的处理，可以取得较为满意的效果。在旋转炉中加入500g硫酸亚铁，于空气中于200°C下加热3h得到300g粉末碱式硫酸铁，将其粉碎与雾化状硫酸反应，制得产物。聚合硫酸铁的制备是复杂的水解、络合反应。固体聚合硫酸用新的催化剂、氧化剂，以单体铁盐聚合反应生成的不同聚合度的高价铁盐的总称，这类化合物在水溶液中以Fe3+的水合离子形态存在，并随pH值升高不断进行水解反应。

在水解的同时，发生聚合反应，生成多核羟基络合物，高铁盐在pH值为5-7时使用效果最好，在此pH值下可迅速形成凝絮体。与铝盐相比，铁盐絮凝体比重大，沉渣体积较少，有利于污泥脱水。但由于铁盐的颜色，使之应用范围比铝盐要狭小些。

铁盐与铝盐在絮凝过程中有共性亦有个性，如何有效的发挥它们的长处而达到水处理的目的是关键。不同pH值条件下，不同投加量的铁盐和铝盐会以不同的形态发挥作用。

方法1：具体工艺是在一个密封的容器中，把230gFeS04.7H20,4.3gNaN03(溶入40mLzK中），90mL硫酸进行混合揽拌，经氧化处理4h得到液体产品。另一种方法也是在一个密封的容器中，把酸洗废液450mL,FeSO4.7H2O800g,浓H2S04(d=1.84)47mLffl行混合并加入12g1%N02溶液，在65°C用0.2MPa压力的氧气，反应1.5h得到液体产品，其中Fe3+含量178.6g/L。Fe2+含量为零，d=1.507,碱化度8%。

此特点在于以工业酸洗废液为原料，采用纯氧加压氧化，大大地减少了催化剂的用量，同时又加快了反应速度。

方法2：反应中所用的硫酸亚铁与硫酸的摩尔比为1:0.4,(反应使用的是废酸）催化剂的用量为硫酸亚铁量的2%。所用的催化剂为亚硝酸钠，助催化剂为碘化钠。催化剂分批加入，反应在密闭的条件下进行，催化剂一次性投入，在强揽拌下通入氧气或压缩空气在加压下进行反应。反应温度为50°C。反应时应控制pH始终小于1.6,反应时间不到5h。一步法生产工艺是使反应脱水、氧化、催化在一台反应釜内经一步完成。反应所用的原料为硫酸亚铁。也可以用稀硝酸常温氧化到反应终点后再加入固化剂与硫酸溶液进行催化聚合反应生成产品。再经陈化、粉碎、包装得成品。

方法3：将烧渣与质量分数为65%-85%的硫酸于瓷钵中混合，待固化后在200-300°C下熟化1-2h后，将熟化料转入三颈瓶中，加入一定量水，在80°C下搅拌1h后过滤得到硫酸铁溶液；按照不同量加入自制的硫酸亚铁和氯酸钠，在60°C左右反应一定时间，可制得不同碱化度的液体PFS；然后将液体PFS倒入烧杯中，在100°C左右浓缩至一定程度，于60°C揽拌下干燥数小时得淡黄色固体PFS。

2.5用双氧水催化剂的直接氧化生产工艺

氮氧化物的催化氧化过程为气液反应，反应速度由气体的吸收速度控制，只有加快气体的溶解速度才能提高反应速度。因此，反应可提高气向压力或加大气液反应表面积或使二者结合起来达到快速完成反应的目的。对于定量液体，雾化过程中液滴越小，表面积越大，气体的吸收速度也越快。

方法1：以双氧水为催化剂，其制法是将547.24gFeS04. ；7H20倒入反应器中，然后加入220g水，再加入100gH2S04(96%),搅匀后把喷洒器的喷嘴插入反应器底部，把喷洒器中的120gH202(30%)通过喷嘴喷洒出来，使之发生反应，直至亚铁离子完全氧化，即可结束反应。反应完成后得到深揭色PFS溶液。其中Fe3+含量165g/L。Fe2+氧化率100%,利用喷洒氧化剂可进行自然揽拌，产品纯净，质量稳定，反应时间短，设备投资小。反应在常温常压下可以完成，利用反应热来提高反应温度，同样适用于任何单位和个人生产。

方法2：用双氧水为氧化剂一步法生产固体聚铁，操作过程如下：

将16.67kgFeSO4.7H20、固体1.683kgKOH、6kg水混合搅拌，有黑绿色沉淀析出，在缓慢揽拌下，加入8L30%的双氧水、40LH2O后煮沸，在100°C下产生淡黄色沉淀，由生成的浆料中分出产物，沉淀在100°C下干燥得固体产物，为理论产率的95.5%。

方法3：将10kgFeS04.7H20与2.49kgK2C03—起捣碎，在缓慢揽拌下加入12L15%H202,煮沸后再加水40L,再次煮沸15min,从浆料中分离出产物，洗涤。在100°C下干燥，得固体聚铁，为理论产率的97%。

方法4：国内PFS多为液体产品，不便储存和运输，将液体PFS可以加工成固体产品，即将液体PFS移入蒸发釜中进行减压蒸发，待蒸发近干时取出，放在干燥器内烘干，或在日光下晒干，得块状固体聚体，再经粉碎得成品。

硫酸亚铁以晶态形式存在，难于直接转化成含羟基的硫酸铁，主要是铁的氧化物。其转换成PFS的方法可以是先行脱水，再转化成PFS。

本法采用全新的生产工艺，一步制备固体产物的方法是使用H202、KCI03、KMno4等氧化剂，与Fefflin热下揽拌混合，在沸点温度、pH值为1.5-3.5下反应15min制成装状产物。

方法5：将12.5kgFeS04.7H202,KCI031.29kg,KOH0.448kg投入带揽拌器的反应器中，通入低压蒸气，用3min时间达到煮沸温度，再在沸点温度下揽拌反应煮沸15min,从生成的浆料中分出产物，经洗涤，在100°C下干燥得产物，为理论量的96%。

一步法生产固体PFS,具有以下发展优势：

①不使用硫酸；②在常压下，单釜完成；③产品质量优良。

采用双氧水为氧化剂，生产聚合硫酸铁，具有设备投资小（以年产5000吨计，只需常压1000L反应釜2-3只，计3万元）、生产周期短、产品稳定性好（产品1年后无沉淀，性能不变）等特点，相比于催化氧化法直接利用空气作为氧化剂，生产过程中无二次污染、杂质少，而且无需加压加温，可节省生产成本，因此，非常适合中小型企业投资生产。

方法6：称取55g磨细后的硫酸亚铁于250ml锥形瓶中，加水25ml,浓硫酸3.2ml,开启搅拌器，通过蠕动泵以0.7mlAnin匀速加入双氧水13.5mL(导入细管插至锥形瓶底部）。双氧水加完后，过滤、静置、冷却，即得聚合硫酸铁成品溶液。硫酸加入量达到3.40ml后,得到的成品符合一级品标准。

聚铁生产成本低于碱式氯化铝，其絮凝效果更优越。由于铝及氯均对人体有害，将会被限制使用。用PFS代替铝系絮凝剂用于饮用水处理，可防止人体摄取铝，至于选用何种氧化剂，可按价格及易得程度决定。

直接氧化法反应速度快，效率高，生产周期短，操作安全，产品质量稳定完全达到国际标准。这无疑为制备固体聚铁开辟了一条新途径。

将硫酸亚铁溶解在水中，调节溶液中的硫酸根含量，使硫酸根/铁离子小于1.5,在不断揽拌下加入双氧水溶液。在激烈反应下溶液逐渐变有红棕色，并放出热量。随着反应的进行，颜色加深。随时检测溶液中硫酸亚铁离子含量。当亚铁离子含量小于0.2%时，反应结束，检测全铁含量、亚铁离子含量、黏度与盐基度、pH值和密度。反应氧化剂用量为化学计量的170%。加入速度为1.0-1.5ml/min,反应时间为2h,溶液的pH值应小于1.5。

反应称取硫酸亚铁150g置于三口玻璃反应瓶内，加入110mL的水，再加入浓硫酸12mL在50°C的水浴上使硫酸全部溶解。在搅拌下加入含有1.5g亚硝酸钠的水溶液20ml通入氧气或空气进行鼓泡氧化，在80°C下使溶液中的二价铁转化为三价铁。

方法7："—步法"生产固体复合混凝剂的生产过程是将水、硫铁矿烧渣、催化剂和浓硫酸按一定的比例依次加入到反应釜内，在催化酸溶液下反应2-3h即可得到中间产物，然后再加入助聚调节剂，经水解聚合反应得到最终产物。产物放出后，在室温下膨化凝固，再经晾干、粉碎、包装即得淡红色粉末固体产品，易溶于水。由于在一台反应釜中一次完成，故称为"一步法"。该法工艺简单，操作简便，生产周期短，设备投资少，生产成本低，产品收率达98.5%,单位成本为450元/吨。

方法8：制备固体聚铁的关键有三点：①脱水，②氧化，③聚合。脱水和氧化必须控制好温度和时间，为此采用硫酸亚铁的热空气脱水氧化工艺，空气既作为干燥介质又作为氧化剂，这样便于控制温度，同时脱水和氧化在同一个反应器中即可完成，使工艺简化。聚合时，必须控制好产品的碱化度，为此要控制好硫酸的加入量。一般按一定量加需的硫酸，同时快速揽拌使之达到均匀，聚合即得。具体工艺如下：

①将一定量的硫酸亚铁晶体装入反应器中。总铁含量为162.61g/L，首先通入一定温度的干空气使其脱水，硫酸亚铁颜色发生变化后，表明已脱去大部分水分，已达到要求。

②升高空气的温度，进一步通空气氧化脱水硫酸亚铁，当反应物变为土黄色，即Fe2+氧化率达90%以上时，即得碱式硫酸铁。

③将此氧化产物移出反应器，并加入揽拌聚合槽中，按ZS04/ZFe=1.2-1.45的摩尔比例加入所需的硫酸，揽拌、聚合、固化，即得淡黄色固体聚铁。

本工艺非常简单，避免了液体聚铁生产中采用NO2催化剂而易造成二次污染的弊端，无需催化剂和氧化剂，反应速度又快得多。生产中可能会有些粉尘，可用液封除去。

本工艺可采用设备有:①空气压缩机，②缓冲罐，③空气预热器，④转子流量计，⑤脱水氧化塔，⑥液封，⑦搅拌聚合槽，⑧硫酸储槽等。