CN101423259A

CN101423259A - 一种固体聚合硫酸铝铁的制备方法

Info

Publication number: CN101423259A
Application number: CNA2008102191718A
Authority: CN
Inventors: 吕向红; 许煜超
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: CN101423259B

Abstract

本发明公开了一种固体聚合硫酸铝铁的制备方法，包括：(1)由硫酸亚铁制得碱式硫酸铁；(2)向碱式硫酸铁中依次加入水、硫酸和双氧水，搅拌，静置；(3)加入含铝化合物，再搅拌；(4)干燥下自行固化析出；(5)常温陈化，粉碎得产品。本发明采用鼓风氧化工艺，克服了传统铁系混凝剂工业中催化氧化工艺所产生的NOx对环境的污染问题。聚合硫酸铝铁为固体产品，较液体产品具有储存、运输方面的优势，且使用寿命长，无需蒸发或减压蒸发过程，产品中的混凝活性组分得到最大保留。盐基度、活性组分等质量指标均高于现有技术，在实际水体运用实施中，效果也优于聚合氯化铝聚合硫酸铁等无机混凝剂。

Description

一种固体聚合硫酸铝铁的制备方法

技术领域

本发明涉及固体聚合硫酸铝铁的制备工艺。

背景技术

无机高分子混凝剂产业始于日本，60～70年代日本先后研制开发出了聚合氯化铝和聚合硫酸铁生产工艺技术。但在实际运用中发现，聚铝与聚铁配合使用较单独使用一种混凝剂具有更有效的除浊、降COD、脱色的作用。上世纪80年代末，一些报道中提出了将铁铝共聚的聚合硫酸铝铁的概念，并报道了其制备方案。中国专利CN94117429.8提出了一种以硫酸亚铁为原料，以硝酸铝为催化剂制备聚合硫酸铝铁的生产方法，但该法中硝酸铝兼作铝组分，故产物中铝组分含量有限；同时又以纯氧为氧化剂、反应体系需要较高的系统压力要求，生产成本较高；而且该产品为液态，在运输和存储上均不方便。CN95105833.9以铝土矿和高铝灰为原料制备聚合硫酸铝铁(聚合氯化铝铁)，该工艺同样需要一定的温度和压力条件，产品也为液体。CN200410046302.9利用炼钢等工业废渣合成聚合硫酸铝铁，该法温度控制严格，工艺步骤多，为液体产品。CN01133248.4同样利用工业废渣生产聚合硫酸铝铁，产品盐基度仅为7～9％，虽为固体产品，但为液体产物蒸发脱水而得，过程需要消耗大量能量。而且有报道认为，对液体聚合铝铁加热脱水，会导致混凝剂活性组分向惰性组分的转化，导致絮凝效能较低。CN91109828.3报道了一种制备固体聚合硫酸铁的方法，该法以硫酸亚铁为原料，以空气为氧化剂，通风加热制得聚铁中间体，再以硫酸调聚获得产物，该产物经自然固化、陈化粉碎后既得固体聚铁产品，在国外也有该法的类似报道，但该法未将铝组分引入，为单一的聚铁(PFS)，而非铁铝共聚产物(PAFS)。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种聚合硫酸铝铁的制备方法，该法工艺流程简单，原料来源广泛，产品为固体，无需蒸发或减压蒸发。

一种固体聚合硫酸铝铁的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硫酸亚铁在60～80℃的温度条件下脱结晶水，待硫酸亚铁晶体由绿色转为白色时，说明大部分结晶水已经脱去，即将温度升至160～250℃并开启鼓风，加热并鼓风时间约10～14小时，待反应物呈土黄色时说明氧化基本完成，即得碱式硫酸铁，此时氧化率可达97％以上。注：脱水过程若出现结块，需粉碎成末。

(2)向碱式硫酸铁中依次加入水、硫酸和双氧水，搅拌，静置1～2小时，此时反应体系粘度显著增大，说明三价铁已开始预聚合，即可加入含铝化合物并由慢速到快速逐步加速搅拌；水、浓硫酸的用量为1kg碱式硫酸铁中加水500ml～800ml，浓硫酸90ml～120ml，或者按前述水和浓硫酸的比例采用稀硫酸与碱式硫酸铁混合搅拌反应。双氧水的用量根据二价铁的残留含量而定，为化学剂量的1.5～2倍，双氧水过量。

(3)然后加入含铝化合物，再搅拌；铝的加入形式视所需之盐基度而定，通常可以是铝液，若最终产品需要较高的盐基度则可以是经碱化剂盐基化之碱化铝液。含铝化合物为浓度1.5M～2M的硫酸铝溶液或经碱化剂碱化的碱基铝溶液。含铝化合物的加入量按铝与铁的摩尔比计，铝铁摩尔比为0.1～1:3。

(4)将反应物置干燥环境2～3日自行固化析出；

(5)最后经常温陈化5～7日，粉碎得产品。

本产品外观呈黄色或棕黄色固体，易溶于水，盐基度15％～18％，若铝组分以碱化铝液的形式加入则可使产品盐基度达到20％～28％。同时，采用Fe+Al-Ferron联合逐时络合比色法对本产品分布形态表征，本产品活性组分[Al+Fe]_a+b可达80％以上(铝组分为碱化铝液时可实现最大值)。

注：Fe+Al-Ferron联合逐时络合比色法，将聚合铝铁中的组分划分为[Al+Fe]_a，[Al+Fe]_b，[Al+Fe]_c三类：[Al+Fe]_a为自由离子及各级单核羟基络合物，为混凝活性组分；[Al+Fe]_b为中间多核络合物，为最佳混凝活性组分；[Al+Fe]_c为高分子混凝惰性组分。它们与总铝铁的物质的量关系为：[Al+Fe]_total＝[Al+Fe]_a+[Al+Fe]_b+[Al+Fe]_c。

本发明所采用的硫酸亚铁可以是钛白粉工业的副产品，也可以是含硫酸亚铁的各种废料、废渣，本发明采用的硫酸可以是工业硫酸或含硫酸的废酸。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明制备的聚合硫酸铝铁对二价铁的氧化采用鼓风氧化工艺，克服了传统铁系混凝剂工业中催化氧化工艺所产生的NOx对环境的污染问题。

2.本发明制备的聚合硫酸铝铁为固体产品，较液体产品具有储存、运输方面的优势，且固体产品使用寿命也较液体产品长。

3.本发明制备的聚合硫酸铝铁为固体产品，且无需蒸发或减压蒸发过程，使最终产品中的混凝活性组分得到最大的保留。

4.本发明制备的聚合硫酸铝铁实现了一定范围内的铁铝比任意互配，在具体的水体条件下可以以不同的铁铝比实现针对性治理。

5.本发明制备的聚合硫酸铝铁，盐基度、活性组分等一系列质量指标均高于相关专利报道，在实际水体的运用实施中，效果也优于市面上运用较广的聚合氯化铝(PAC)聚合硫酸铁(PFS)等无机混凝剂。

具体实施方式

实施例1

将1.25kg含结晶水硫酸亚铁置于烘箱中，温度控制在80℃，脱水至反应物呈白色粉末后，升温至180℃并开启烘箱风机，反应约12小时得棕色固体粉末，该粉末氧化率约为97～98％。直接称取500g该棕色碱式硫酸铁粉末置于反应釜中，然后将200mL水与50mL浓硫酸混合后也加入反应釜中，然后启动搅拌机，用慢速搅拌，然后按二价铁的氧化率加入30％的双氧水(质量百分数，1mL)，继续搅拌使各组分混合均匀。

将反应物静置1.5h，加入浓度为1.5M的硫酸铝溶液208mL，启动搅拌机由慢到快搅拌，待各组分混合均匀后再搅拌数分钟，即转移反应物入陈化池固化-陈化。

保持固化-陈化过程环境干燥2日，聚合硫酸铝铁即可自行固化析出，再经陈化7日，粉碎即得产品。

产品外观及质量指标如下：

外观：浅黄色粉末，疏松，易溶于水

盐基度：17％

活性组分：以[Al+Fe]_a+b计，50～60％

铁(Fe³⁺)％≥17.6；铝(Al₂O₃)％≥3.7

实施例2

生产方法同实施例1，将物料中的硫酸铝溶液替换为碱化铝液，投放体积467mL。固化析出时间为3日，再经陈化5日，粉碎即得产品。

其中碱化铝液的制备方法为：取1.5M硫酸铝储备液1L，投加碱化剂并迅速搅拌，使其碱化度(B值)达到1.2，静置一日即可使用，一周内用完。

所得最终聚合硫酸铝铁外观及质量质量指标如下：

外观：黄棕色粉末，疏松，易溶于水

盐基度：28％

活性组分：以[Al+Fe]_a+b计，70～80％

铁(Fe³⁺)％≥11.9；铝(Al₂O₃)％≥2.7。

Claims

1.一种固体聚合硫酸铝铁的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将硫酸亚铁在60～80℃的温度条件下脱结晶水，待硫酸亚铁晶体由绿色转为白色时，将温度升至160～250℃并开启鼓风，加热并鼓风时间约10～14小时，即得碱式硫酸铁；

(2)向碱式硫酸铁中依次加入水、硫酸和双氧水，搅拌，静置1～2小时；

(3)然后加入含铝化合物，再搅拌；

(4)将反应物置干燥环境2～3日自行固化析出；

(5)最后经常温陈化5～7日，粉碎得产品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于水、浓硫酸的用量为1kg碱式硫酸铁中加水500ml～800ml，浓硫酸90ml～120ml，或者按前述水和浓硫酸的比例采用稀硫酸与碱式硫酸铁混合搅拌反应。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于含铝化合物为浓度1.5M～2M的硫酸铝溶液或碱化铝液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于含铝化合物的加入量按铝与铁的摩尔比计，铝铁摩尔比为0.1～1:3。