聚合硫酸铁

CAS No. ：1327-41-9  分子式：[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m (其中n<2, m=f(n))

别称：固体聚合硫酸铁 （简称固体聚铁或SPFS）硫酸铁含量： 20—21%

外观与性状：黄色或红褐色无定形粉末或颗粒状固体   pH(10g/L水溶液):2-3  熔点(℃):190(253kPa)  相对密度(水=1):2.44 饱和蒸气压(kPa):0.13(100℃)

溶解性：易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳，微溶于苯。

用途：饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理

特点

    1 新型、优质、高效铁盐类无机高分子絮凝剂；

    2 混凝性能优良，矾花密实，沉降速度快；

    3 净水效果优良，水质好，不含铝、氯及重金属离子等有害物质，亦无铁离子的水相转移，无du，无害，安全可靠；

    4 除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效显著；

    5 适应水体PH值范围宽为4-11，最佳PH值范围为6-9，净化后原水的PH值与总碱度变化幅度小，对处理设备腐蚀性小；

    6 对微污染、含藻类、低温低浊原水净化处理效果显著，对高浊度原水净化效果尤佳；

    7 投药量少，成本低廉，处理费用可节省20%-50%。

性能指标

符合中华人民共和国国家标准《净水剂聚合硫酸铁》（GB14591-2006）

应用

    新型、优质、高效铁盐类无机高分子絮凝剂，主要用于净水效果优良，水质好，不含铝、氯及重金属离子等有害物质，亦无铁离子的水向转移，无毒，无害，安全可靠, 除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效显著等。也用于工业废水处理，如印染废水等，在铸造、造纸、医药、制革等方面也有广泛应用。

    聚合硫酸铁在稀土工业废水处理时：例如,装置使废水的微小固体颗粒和高浓度的离子膜的表面和始终保持一定距离,大大减少有害物质和膜表面有机会避免在膜表面污染,聚合硫酸铁改善水的循环过度;这个过程不仅将稀土的提取工艺废水高浓度的分离与富集氯化铵,稀土行业标准后废水的回收,并通过电解过程和太阳能为一个成功的盐.酸和氨.水反应堆的复苏、聚合硫酸铁减少稀土产业生产原材料的回收,也要经过的燃料电池使用将能量回收补充说,处理大量的浪费水的成本为40元,为1600吨/天,包含100g/L的氯化铵来计算,通过这个过程,一代的盐.酸和氨的水可以实现利润11万元，这不仅对污水处理和处置还原、稳定和无害的目标;严格控制的稀土工业废水中的重金属和有du、聚合硫酸铁有hai物质含量;在安全、环保和经济复苏的前提下,利用废水、聚合硫酸铁废气的能量和资源,实现废水、废气治理和综合利用、节能减排、实现循环经济发展的目的。

    聚合硫酸铁使用电介质电泳技术和渗透膜分离技术相结合的方法对污水回用处理,实现废水处理技术创新和科技进步,充分发挥设备的投资和运营效率,符合废水处理新技术、聚合硫酸铁新技术和新设备。若新技术被广泛应用,将提高矿山企业的工业废水的处理和处置水平,聚合硫酸铁进一步保护和改善生态环境,促进经济、社会和环境的可持续发展。

工业废水处理

    1、印染废水处理，替代传统低分子铁盐和铝盐的混凝剂，相对传统混凝剂用量大、混凝效率低、有铝离子等残留易造成二次污染的特点，聚合硫酸铁的投加量在150ppm左右，其用量小，对COD和色度的去除率高，最佳ph值条件为：8.0。

    2、电镀污水处理，可做混凝剂和破络剂。络合物主要是铜—氨络合物，其性质稳定，pH=11，难以与碱、聚铝等混凝剂直接发生沉淀反应。还可以用作中水回用。

    3、造纸废水处理，替代聚合氯化铝、硫酸铝等，用作混凝剂，还可以用作造纸污泥脱水，在造纸废水处理白水回收工序中不可以用聚合硫酸铁（含强阳离子的聚合物），只能用聚合氯化铝。

制备方法

    聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多数PFS的制备采用直接氧化法，此法工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备成本，但这种生产工艺必须依赖于氧化剂，如：H2O2、KClO3、HNO3等无机氧化剂。催化氧化法一般是选用一种催化剂，利用氧气或空气氧化制备聚合硫酸铁。以下是制备聚合硫酸铁的具体操作方法：

双.氧.水氧化法：

    双.氧水(H2O2)在酸性环境中是一种强氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁从而制得聚合硫酸铁:

    2FeSO4 + H2O2+ (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+ (2-n)H2O

    制备过程中,按照生产量和所需要的盐基度,在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫.酸混合,当温度升高到30~45℃时,在搅拌过程中,通过加料管在釜底缓慢加入H2O2。H2O2很快将亚铁氧化成三价铁,取样分析待亚铁浓度降至规定浓度时,停止反应。

    利用本法生产聚合硫酸铁,具有设备简单、生产周期短、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高等特点。但反应过程中, 有H2O2在分解时形成O2气放出在无催化剂时,起不到氧化作用。要减少O2的产生,需要控制H2O2的投加速度制备工艺为间歇式操作,影响生产效率。H2O2成本比较高,它增加了聚合硫酸铁的生产成本,不利于工业化生产。

氯.酸钾(钠)氧化法：

    氯.酸钾是广泛应用于zhayao和火柴工业的强氧化剂,同样可以将亚铁氧化成三价铁:

    6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 → 3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+ 3(1-n)H2O + KCl

    制备时,将硫.酸、硫酸亚铁和水按比例加入反应釜中,在常温或稍微高温度下,搅拌中加入氯.酸钾。检验亚铁离子减少到规定浓度即可结束。

    该法生产工艺简单,设备投资少,产品稳定性好,反应效率高,无空气污染。产品中含有氯酸盐,可兼作混凝与杀菌剂。但制品中残留有较高的氯离子和氯酸根离子,不宜于饮用水处理。同时,由于氯.酸钾价格昂贵,产品成本高。

次氯酸钠氧化法：

    次氯酸钠属于碱性氧化剂,其氧化还原电位较高,理论上能将亚铁氧化成三价铁:

    2NaClO + 2H2SO4—→K2SO4+ 2H2O + Cl2

    生产的氯气仍为氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁。但氯气会有少量以气体形式逸出而浪费掉,不能充分利用。同时也会造成环境污染,曾加后处理工序。次氯酸钠是碱性氧化剂,制备聚合硫酸铁时,为了降低pH值, H2SO4的用量较高。用该法制备的聚合硫酸铁稳定性差,不宜长期保存。

硝酸氧化法：

    硝酸为中强氧化剂,与亚铁反应如下:

    FeSO4 +HNO3 —→ Fe(OH)SO4+ NO2

    反应生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。

    该法是以工业硫.酸亚铁为原料,采用工业硫.酸氧化后以工业浓硝.酸氧化。FeSO4:HNO3为1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者总量的20%,于0.1~0.2MPa下，搅拌中通入充足的空气或氧气,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以内。

    用HNO3氧化时,成本比较低,反应周期短。所得产品浓度高,易于制成固体产品。若选用工业一级品原料,所得产品可用于饮用水处理。但反应中生成的NO2,会造成环境污染,需增加专门吸收装置予以处理。

    综上所述,直接氧化法虽然工艺简单,操作简便,但存在氧化剂用量大,成本高,氧化剂引入的离子需分离出去,反应中产生的有hai气体需专门设备吸收处理等问题,因而难于在工业化生产中普及和应用。但实验研究中需要少量的聚合硫酸铁时采用此类方法制备简单易行。

催化氧化法:

    聚合硫酸铁在工业生产中多采用催化氧化法。

    即以硫酸亚铁及硫.酸为原料,借助催化剂(NaNO2)的作用,利用氧化剂使硫.酸亚铁在酸性介质中被氧化成三价铁离子。然后用氢氧化.钠中和,调整碱化度进行水解,聚合反应制得聚合硫酸铁。

合成方法

    聚合硫酸铝液体：将稀.硫.酸浓度约3%加入到硫酸亚铁中，再加入亚硝酸钠与硫酸亚铁之比约3：100，通入空气或者氧气进行氧化，经水解，聚合反应制得聚合硫酸铁。

    聚合硫酸铁固体产品的制造方法：利用液体亚铁为原料，制胜空气作氧化剂，经过低温脱水、粉碎、高温氧化、欣欣然冷却、调聚、固化、陈化、粉碎到成品完成。

凝聚作用

    混凝处理过程中，PFS提供多种组分的核羟基络合物时，各组分就开始对矿浆中的微粒或者是对水中的胶体颗粒起多种混凝作用。那些相对分子质量较小的高价络离子被原水中的负电性胶粒和悬浮物吸引进入紧密层，起了压缩胶粒的双电层、降低ζ电位的作用，使胶粒迅速脱稳聚沉。无机高分子凝结剂的相对分子质量增大，伸展度增大触点增多，粒间的吸附作用增大。在溶液中PFS提供大量的大分子络合物及疏水性氢氧化物聚合体，具有较好的吸附作用。但PFS在溶液中多种核羟基络合物不同于有机高分子絮凝剂，这些高分子物的相对分子质量远小于有机絮凝剂的相对分子质量。其分子的大小与结构特点，使这些络离子在混凝中具有较强的吸附中和作用，因此PFS溶液中的高价大分子络离子在混凝中的主要贡献是吸附中和胶粒的电荷和兼有粒间团聚作用。PFS絮团的表面积大、表面能高，结构紧凑致密有一定的强度，在沉降过程中对胶体颗粒的吸附量大，具有吸附共沉淀作用且容易发生卷扫沉积现象，沉淀物容积小且沉降速度快，大大提高了PFS的混凝效果。