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鐵系高分子絮凝劑的合成方法

關(guān)鍵詞:聚合氯化鋁鐵 高分子絮凝劑
日期:2010年12月10日 來源:佰科

佰科水處理藥劑廠家為您提供價格較優(yōu)惠絮凝劑-高分子聚合氯化鋁鐵。對于污水處理使用到的鐵系高分子絮凝劑主要在水處理、化工、輕工業(yè)、礦山冶金等生產(chǎn)加工行業(yè)使用。同時鐵系高分子絮凝劑具有耗量少、效率高、pH值適用范圍寬、水中殘留鐵離子少、水解產(chǎn)物脫水性能優(yōu)良等特點,因此它的應(yīng)用日趨廣泛。

聚合鐵是一種由鐵鹽預(yù)制的中間水解產(chǎn)物,屬于水溶性無機(jī)高分子物質(zhì),溶于水后產(chǎn)生大量的高電荷聚合陽離子,如Fe2(OH)3+3、Fe2(OH)4+2、Fe3(OH)5+4等羥基橋聯(lián)形成的各級多核絡(luò)合鐵離子。因此具有很強(qiáng)的中和懸浮顆粒上的電荷能力,使之脫穩(wěn)并生成較大顆粒的絮凝體,同時也因其具有很大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力,對污水中乳化油有良好的破乳效果,對重金屬、臭味和色素也有較強(qiáng)的吸附能力,使用時顯示出其獨特的優(yōu)越性,因此它的應(yīng)用廣泛。

鐵系高分子絮凝劑開發(fā)較早的國家是日本,1976年日本就有專利申請。到了80年代,日本的古河礦業(yè)公司和日鐵礦業(yè)公司分別建起了年產(chǎn)萬噸的工業(yè)生產(chǎn)裝置。此后相繼有前蘇聯(lián)、美國、德國等許多國家申請了專利。國內(nèi)開發(fā)鐵系高分子絮凝劑較早的是化工部天津化工研究院。他們開發(fā)了聚合硫酸鐵(PFS),以后又有沈陽化工學(xué)院、上海冶金設(shè)計研究院、冶金環(huán)保研究所等也開發(fā)成功了鐵系高分子絮凝劑,F(xiàn)就聚合鐵鹽的合成方法進(jìn)行概述。

單組分型鐵系高分子絮凝劑的合成方法
聚合硫酸鐵(PFS)的合成方法
聚合硫酸鐵又稱堿式硫酸鐵,它是一種高效新型水處理劑,廣泛用于飲用水、工業(yè)廢水、城市污水的處理。聚鐵與傳統(tǒng)的三氯化鐵、硫酸鐵等凈水劑相比,有以下優(yōu)點: 具有優(yōu)良的凝聚性能,絮凝體形成速度快,密集器質(zhì)量大,沉降速度快,尤其對低溫低濁水有優(yōu)良的處理效果。
適用水體pH范圍廣。
具有較強(qiáng)的去除水中BOD、COD及重金屬離子的能力,并有脫色、脫臭、脫水、脫油等功效,殘留的鐵離子少。
使用時,腐蝕小。

其制備方法很多,按其原料來源大致可分為以下幾種:
利用鈦白粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物生產(chǎn)PFS;
在用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉(TiO2)的過程中有副產(chǎn)物FeSO4生成。將酸性溶液中的FeSO4,在NO催化下,用空氣氧化成三價鐵離子,然后與NaOH中和,調(diào)整堿化度,使其發(fā)生聚合反應(yīng),可得到鹽基度為65.85%的PFS,其反應(yīng)式為: 2FeSO4+NO2+H2SO4=Fe2(SO4)3+NO+H2O 2NO+O2=2NO2 m Fe2(SO4)3+mn(OH)=[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m 其中n<2,m≥10。

以工業(yè)硫酸廢液為原料生產(chǎn)PFS
以工業(yè)硫酸廢液為原料,亞硝酸鈉為催化劑,按硫酸:硫酸亞鐵為(0.3~0.5)∶1的原料配比,在密閉的容器中,通入純氧(氧壓0.15~0.3MPa),于55~90℃條件下反應(yīng)1.5~2.0h,即制得了PFS。該過程采用純氧,大大降低了亞硝酸鈉的用量,縮短了反應(yīng)時間。其反應(yīng)式為: 2FeSO4+ H2SO4+ O2= Fe2(SO4)3+2OH mFe2(SO4)3+mn(OH) =[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m 其中n<2,m≥10。

以磁鐵礦、菱鐵礦為原料生產(chǎn)PFS
將磁鐵礦粉碎成一定粒度的粉末,按磁鐵礦粉:硫酸為1∶4的比例,加水?dāng)嚢璺磻?yīng)24h,在100~103℃聚合1.5~2.5h,制得液體的PFS。在此液體PFS中,加入0.5%~0.8%(m/m)的氯酸鉀作為氧化劑進(jìn)行反應(yīng)0.5~1h,然后在120℃濃縮,可得到固體的PFS產(chǎn)品。

以菱鐵礦生產(chǎn)PFS時,首先將菱鐵礦粉碎成3~7cm的塊狀,然后加入水∶硫酸∶硝酸配比為100∶15∶3的混酸,反應(yīng)溫度為18~40℃,反應(yīng)48h,就可得到PFS。
由Fe3+化合物直接生產(chǎn)PFS
以Fe2O3為原料,使Fe2O3和稀硫酸(濃度>20%)在90~120℃,壓力<0.3MPa下反應(yīng)1~5h就制得PFS;或使Fe3O4與40%H2SO4加熱就會合成出[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m,其鹽基度由H2SO4的用量控制。

直接以硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)PFS

以FeSO4為原料,亞硝酸鈉為催化劑,在反應(yīng)溫度為20~70℃、壓力為490.3MPa的條件下,直接合成PFS。但此法的亞硝酸鈉消耗量大,反應(yīng)中有NO2毒氣放出,并且氧化時間長達(dá)17h。后來有人對催化劑進(jìn)行了改進(jìn),以H2O2為氧化劑,按FeSO4:H2O2為(18~20)∶1配成氧化液,使氧化時間縮短為6~12h。

聚合氯化鐵(PFC)的生產(chǎn)方法

在三氯化鐵溶液中逐滴加入NaOH溶液,控制堿化度在11%左右,可制得較純凈的聚合氯化鐵。工業(yè)上采用鹽酸處理廢鋼渣,浸出液在HNO3作催化劑的條件下,通氧氣氧化,控制堿化度在11%左右,可制得聚合氯化鐵。

另外,一種簡便的方法就是在70℃處理Fe Cl3溶液就使FeCl3溶液聚合。也可以在1h內(nèi)把CaCO3懸濁液添加到FeCl3和四聚磷酸鈉的混合溶液中,就得到穩(wěn)定的聚合氯化鐵溶液。

聚合氯化硫酸鐵(PFCS)的生產(chǎn)方法

以次氯酸鈉為氧化劑的合成方法
以硫酸亞鐵為原料,比例大約為:原料23%~64%,水15%~20%,催化劑2%~8%,次氯酸鈉為氧化劑,充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)1~2h,待靜止熟化后進(jìn)行過濾,即制得了聚合氯化硫酸鐵。

以氯氣為氧化劑的合成方法
以硫酸亞鐵為原料,以氯氣為氧化劑,使二價鐵離子氧化成三價鐵離子,然后以氫氧化鈉中和調(diào)整堿化度,同時加入氯化鈣作為穩(wěn)定劑,反應(yīng)0.5h就可得到聚合氯化硫酸鐵的液體產(chǎn)品。

以氧氣為氧化劑的合成方法
利用鹽酸硫酸混合溶液處理廢鋼渣,溶液以氧氣為氧化劑,HNO3為催化劑,用H2SO4控制[OH]/[Fe3+]比值,控制產(chǎn)品堿化度在10.5%,待Fe2+完全氧化為Fe3+后停止反應(yīng),靜止冷卻至室溫,即可得成品。 

聚合磷酸硫酸鐵(PFPS)的制備方法

以生產(chǎn)鈦白粉的副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)PFPS。根據(jù)硫酸亞鐵的量加入98%的濃硫酸和30%的H2O2后,在80℃反應(yīng)2h,然后定量加磷酸鈉在80℃反應(yīng)30min,即制得深紅棕色液體產(chǎn)品,液體產(chǎn)品在50~60℃間烘干,可得固體產(chǎn)品。

復(fù)合型鐵系高分子絮凝劑的制備

聚合氯化鋁鐵(PAFC)的制備

利用煤矸石、鐵礦石或高鐵、鈦煤系高嶺巖為原料都可制得PAFC。這是一種新型鐵鋁復(fù)鹽類無機(jī)高分子混凝劑,它兼有鐵鹽和鋁鹽混凝劑的特性,反應(yīng)速度快、形成絮凝體大、沉降快、過濾性強(qiáng)等;在pH為7.0~8.2范圍內(nèi),除濁效果較佳。制備時將煤矸石粉碎、焙燒、用鹽酸浸取,在攪拌回流下加熱一定時間,冷卻、過濾、調(diào)pH聚合,可制得紅棕色的液體產(chǎn)品。PAFC的除濁效果、絮體的沉降性能和貯存穩(wěn)定性均優(yōu)于PFS,并且對印染廢水有較好的除色、除味、除臭和消毒效果。

2.2 聚合硫酸氯化鋁鐵(PAFCS)的制備

以鋁土礦、活性鋁酸鈣、鹽酸、硫酸等為原料可制得聚合硫酸氯化鋁鐵。具體是將煤矸石粉碎、研磨、過篩、焙燒、酸浸,在攪拌回流下加熱到100~110℃,反應(yīng)一定時間,冷卻、過濾,濾液加熱調(diào)pH值聚合,經(jīng)陳化濃縮得黃綠色—綜黃色固體顆粒。這種復(fù)合混凝劑,其組成為含有多核聚鐵及聚鋁與氯根、硫酸根配位的復(fù)合型無機(jī)高分子,PAFCS具有鹽基度高、聚合度大、有效成分含量高、絮凝速度快、易過濾、出水率高等特點,在脫色、除雜方面有顯著效果。并且其原料來源為工業(yè)廢渣,生產(chǎn)工藝簡單,成本較低,可望在工業(yè)水處理中具有廣闊的應(yīng)用價值。 

鐵系高分子絮凝劑以其具有原料來源多、工藝簡便、生產(chǎn)方法多等特點,已廣泛得到應(yīng)用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷深入,將會出現(xiàn)更多新的合成方法,使鐵系高分子絮凝劑在工業(yè)廢水、城市污水的處理方面發(fā)揮更大作用。
 

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