凈水處理劑-粉末聚鐵（二）

2.4粉末聚合硫酸鐵

以廢鐵屑和硫酸亞鐵為原料，在常溫下可以合成液態聚合硫酸鐵，通過在硫酸鐵分子簇網絡結構中引入一定量的其他化合物，還可制備出混凝效果更好的復合絮凝劑聚氯硫酸鐵和聚磷硫酸鐵（PFCS和PPFS),將所制備的鐵鹽絮凝劑用于生活污水和印染廢水的處理，可以取得較為滿意的效果。在旋轉爐中加入500g硫酸亞鐵，于空氣中于200°C下加熱3h得到300g粉末堿式硫酸鐵，將其粉碎與霧化狀硫酸反應，制得產物。聚合硫酸鐵的制備是復雜的水解、絡合反應。固體聚合硫酸用新的催化劑、氧化劑，以單體鐵鹽聚合反應生成的不同聚合度的高價鐵鹽的總稱，這類化合物在水溶液中以Fe3+的水合離子形態存在，并隨pH值升高不斷進行水解反應。

在水解的同時，發生聚合反應，生成多核羥基絡合物，高鐵鹽在pH值為5-7時使用效果最好，在此pH值下可迅速形成凝絮體。與鋁鹽相比，鐵鹽絮凝體比重大，沉渣體積較少，有利于污泥脫水。但由于鐵鹽的顏色，使之應用范圍比鋁鹽要狹小些。

鐵鹽與鋁鹽在絮凝過程中有共性亦有個性，如何有效的發揮它們的長處而達到水處理的目的是關鍵。不同pH值條件下，不同投加量的鐵鹽和鋁鹽會以不同的形態發揮作用。

方法1：具體工藝是在一個密封的容器中，把230gFeS04.7H20,4.3gNaN03(溶入40mLzK中），90mL硫酸進行混合攬拌，經氧化處理4h得到液體產品。另一種方法也是在一個密封的容器中，把酸洗廢液450mL,FeSO4.7H2O800g,濃H2S04(d=1.84)47mLffl行混合并加入12g1%N02溶液，在65°C用0.2MPa壓力的氧氣，反應1.5h得到液體產品，其中Fe3+含量178.6g/L。Fe2+含量為零，d=1.507,堿化度8%。

此特點在于以工業酸洗廢液為原料，采用純氧加壓氧化，大大地減少了催化劑的用量，同時又加快了反應速度。

方法2：反應中所用的硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比為1:0.4,(反應使用的是廢酸）催化劑的用量為硫酸亞鐵量的2%。所用的催化劑為亞硝酸鈉，助催化劑為碘化鈉。催化劑分批加入，反應在密閉的條件下進行，催化劑一次性投入，在強攬拌下通入氧氣或壓縮空氣在加壓下進行反應。反應溫度為50°C。反應時應控制pH始終小于1.6,反應時間不到5h。一步法生產工藝是使反應脫水、氧化、催化在一臺反應釜內經一步完成。反應所用的原料為硫酸亞鐵。也可以用稀硝酸常溫氧化到反應終點后再加入固化劑與硫酸溶液進行催化聚合反應生成產品。再經陳化、粉碎、包裝得成品。

方法3：將燒渣與質量分數為65%-85%的硫酸于瓷缽中混合，待固化后在200-300°C下熟化1-2h后，將熟化料轉入三頸瓶中，加入一定量水，在80°C下攪拌1h后過濾得到硫酸鐵溶液；按照不同量加入自制的硫酸亞鐵和氯酸鈉，在60°C左右反應一定時間，可制得不同堿化度的液體PFS；然后將液體PFS倒入燒杯中，在100°C左右濃縮至一定程度，于60°C攬拌下干燥數小時得淡黃色固體PFS。

2.5用雙氧水催化劑的直接氧化生產工藝

氮氧化物的催化氧化過程為氣液反應，反應速度由氣體的吸收速度控制，只有加快氣體的溶解速度才能提高反應速度。因此，反應可提高氣向壓力或加大氣液反應表面積或使二者結合起來達到快速完成反應的目的。對于定量液體，霧化過程中液滴越小，表面積越大，氣體的吸收速度也越快。

方法1：以雙氧水為催化劑，其制法是將547.24gFeS04. ；7H20倒入反應器中，然后加入220g水，再加入100gH2S04(96%),攪勻后把噴灑器的噴嘴插入反應器底部，把噴灑器中的120gH202(30%)通過噴嘴噴灑出來，使之發生反應，直至亞鐵離子完全氧化，即可結束反應。反應完成后得到深揭色PFS溶液。其中Fe3+含量165g/L。Fe2+氧化率100%,利用噴灑氧化劑可進行自然攬拌，產品純凈，質量穩定，反應時間短，設備投資小。反應在常溫常壓下可以完成，利用反應熱來提高反應溫度，同樣適用于任何單位和個人生產。

方法2：用雙氧水為氧化劑一步法生產固體聚鐵，操作過程如下：

將16.67kgFeSO4.7H20、固體1.683kgKOH、6kg水混合攪拌，有黑綠色沉淀析出，在緩慢攬拌下，加入8L30%的雙氧水、40LH2O后煮沸，在100°C下產生淡黃色沉淀，由生成的漿料中分出產物，沉淀在100°C下干燥得固體產物，為理論產率的95.5%。

方法3：將10kgFeS04.7H20與2.49kgK2C03—起搗碎，在緩慢攬拌下加入12L15%H202,煮沸后再加水40L,再次煮沸15min,從漿料中分離出產物，洗滌。在100°C下干燥，得固體聚鐵，為理論產率的97%。

方法4：國內PFS多為液體產品，不便儲存和運輸，將液體PFS可以加工成固體產品，即將液體PFS移入蒸發釜中進行減壓蒸發，待蒸發近干時取出，放在干燥器內烘干，或在日光下曬干，得塊狀固體聚體，再經粉碎得成品。

硫酸亞鐵以晶態形式存在，難于直接轉化成含羥基的硫酸鐵，主要是鐵的氧化物。其轉換成PFS的方法可以是先行脫水，再轉化成PFS。

本法采用全新的生產工藝，一步制備固體產物的方法是使用H202、KCI03、KMno4等氧化劑，與Fefflin熱下攬拌混合，在沸點溫度、pH值為1.5-3.5下反應15min制成裝狀產物。

方法5：將12.5kgFeS04.7H202,KCI031.29kg,KOH0.448kg投入帶攬拌器的反應器中，通入低壓蒸氣，用3min時間達到煮沸溫度，再在沸點溫度下攬拌反應煮沸15min,從生成的漿料中分出產物，經洗滌，在100°C下干燥得產物，為理論量的96%。

一步法生產固體PFS,具有以下發展優勢：

①不使用硫酸；②在常壓下，單釜完成；③產品質量優良。

采用雙氧水為氧化劑，生產聚合硫酸鐵，具有設備投資小（以年產5000噸計，只需常壓1000L反應釜2-3只，計3萬元）、生產周期短、產品穩定性好（產品1年后無沉淀，性能不變）等特點，相比于催化氧化法直接利用空氣作為氧化劑，生產過程中無二次污染、雜質少，而且無需加壓加溫，可節省生產成本，因此，非常適合中小型企業投資生產。

方法6：稱取55g磨細后的硫酸亞鐵于250ml錐形瓶中，加水25ml,濃硫酸3.2ml,開啟攪拌器，通過蠕動泵以0.7mlAnin勻速加入雙氧水13.5mL(導入細管插至錐形瓶底部）。雙氧水加完后，過濾、靜置、冷卻，即得聚合硫酸鐵成品溶液。硫酸加入量達到3.40ml后,得到的成品符合一級品標準。

聚鐵生產成本低于堿式氯化鋁，其絮凝效果更優越。由于鋁及氯均對人體有害，將會被限制使用。用PFS代替鋁系絮凝劑用于飲用水處理，可防止人體攝取鋁，至于選用何種氧化劑，可按價格及易得程度決定。

直接氧化法反應速度快，效率高，生產周期短，操作安全，產品質量穩定完全達到國際標準。這無疑為制備固體聚鐵開辟了一條新途徑。

將硫酸亞鐵溶解在水中，調節溶液中的硫酸根含量，使硫酸根/鐵離子小于1.5,在不斷攬拌下加入雙氧水溶液。在激烈反應下溶液逐漸變有紅棕色，并放出熱量。隨著反應的進行，顏色加深。隨時檢測溶液中硫酸亞鐵離子含量。當亞鐵離子含量小于0.2%時，反應結束，檢測全鐵含量、亞鐵離子含量、黏度與鹽基度、pH值和密度。反應氧化劑用量為化學計量的170%。加入速度為1.0-1.5ml/min,反應時間為2h,溶液的pH值應小于1.5。

反應稱取硫酸亞鐵150g置于三口玻璃反應瓶內，加入110mL的水，再加入濃硫酸12mL在50°C的水浴上使硫酸全部溶解。在攪拌下加入含有1.5g亞硝酸鈉的水溶液20ml通入氧氣或空氣進行鼓泡氧化，在80°C下使溶液中的二價鐵轉化為三價鐵。

方法7："—步法"生產固體復合混凝劑的生產過程是將水、硫鐵礦燒渣、催化劑和濃硫酸按一定的比例依次加入到反應釜內，在催化酸溶液下反應2-3h即可得到中間產物，然后再加入助聚調節劑，經水解聚合反應得到最終產物。產物放出后，在室溫下膨化凝固，再經晾干、粉碎、包裝即得淡紅色粉末固體產品，易溶于水。由于在一臺反應釜中一次完成，故稱為"一步法"。該法工藝簡單，操作簡便，生產周期短，設備投資少，生產成本低，產品收率達98.5%,單位成本為450元/噸。

方法8：制備固體聚鐵的關鍵有三點：①脫水，②氧化，③聚合。脫水和氧化必須控制好溫度和時間，為此采用硫酸亞鐵的熱空氣脫水氧化工藝，空氣既作為干燥介質又作為氧化劑，這樣便于控制溫度，同時脫水和氧化在同一個反應器中即可完成，使工藝簡化。聚合時，必須控制好產品的堿化度，為此要控制好硫酸的加入量。一般按一定量加需的硫酸，同時快速攬拌使之達到均勻，聚合即得。具體工藝如下：

①將一定量的硫酸亞鐵晶體裝入反應器中。總鐵含量為162.61g/L，首先通入一定溫度的干空氣使其脫水，硫酸亞鐵顏色發生變化后，表明已脫去大部分水分，已達到要求。

②升高空氣的溫度，進一步通空氣氧化脫水硫酸亞鐵，當反應物變為土黃色，即Fe2+氧化率達90%以上時，即得堿式硫酸鐵。

③將此氧化產物移出反應器，并加入攬拌聚合槽中，按ZS04/ZFe=1.2-1.45的摩爾比例加入所需的硫酸，攬拌、聚合、固化，即得淡黃色固體聚鐵。

本工藝非常簡單，避免了液體聚鐵生產中采用NO2催化劑而易造成二次污染的弊端，無需催化劑和氧化劑，反應速度又快得多。生產中可能會有些粉塵，可用液封除去。

本工藝可采用設備有:①空氣壓縮機，②緩沖罐，③空氣預熱器，④轉子流量計，⑤脫水氧化塔，⑥液封，⑦攪拌聚合槽，⑧硫酸儲槽等。