用氧化鐵紅合成聚合硫酸鐵的工藝

用氧化鐵紅合成聚合硫酸鐵的工藝摘要：當(dāng)前，國(guó)內(nèi)許多聚鐵生產(chǎn)廠(chǎng)家都是用硫酸亞鐵或者硫酸渣作為原料合成聚合硫酸鐵，在合成過(guò)程中使用了氧化劑和催化劑。本工藝用氧化鐵紅直接與硫酸反應(yīng)一步法合成聚鐵，無(wú)需氧化劑和催化劑，無(wú)需增加設(shè)備，鐵紅可以從鄂鋼薄板廠(chǎng)購(gòu)買(mǎi)，硫酸使用經(jīng)濟(jì)硫酸，兩者都價(jià)格低廉，因此該工藝成本低廉。關(guān)鍵詞：氧化鐵紅；聚合硫酸鐵；合成；Abstract:Atpresent,manydomesticpolyironmanufacturersareusingferroussulfateandsulfuricacidslagasrawmaterialforthesynthesisofpolymericferricsulfate,oxidantandcatalystusedinthesynthesisprocess.Redironoxidefortheprocessofdirectsynthesisofpolyferricsulfatereactioninonestep,withouttheneedofoxidantandcatalyst,withoutaddingequipment,ironoxideredcouldbepurchasedfromHubeisteelsheetplant,sulfuricacidusingsulfuricacid,bothlowprice,sotheprocesshastheadvantagesoflowcost.Keywords:ironoxidered;polymericferricsulfate;synthesis在焦化生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的酚氤污水，污水中含有大量有害物質(zhì)，如不充分處理將造成嚴(yán)重環(huán)境污染、資源浪費(fèi)。本方法是利用薄板廠(chǎng)酸洗產(chǎn)生的鐵紅與經(jīng)濟(jì)硫酸反應(yīng)直接合成聚合硫酸鐵的工藝。將聚鐵用于酚氤污水處理，將處理后的污水用于煉鋼循環(huán)水再利用，這樣可以達(dá)到減少環(huán)境污染，充分利用再生水源的目的。1、 理論依據(jù)以中鋼協(xié)《冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量》、《工業(yè)水處理技術(shù)》為依據(jù)。2、 反應(yīng)原理反應(yīng)式：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OmFe2(SO4)3+mnH2O=[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m+mn/2H2SO4利用聚鐵破壞酚氤污水中懸浮物的穩(wěn)定性達(dá)到絮凝作用、與酚氤污水中有害物質(zhì)反應(yīng)達(dá)到去除有害物質(zhì)作用。3、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程本實(shí)驗(yàn)從以下三個(gè)主要影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：硫酸濃度硫酸與鐵紅的質(zhì)量比反應(yīng)時(shí)間3.1硫酸濃度：將硫酸濃度以30%、40%、50%、60%、70%，分別與一定質(zhì)量的氧化鐵紅（實(shí)驗(yàn)室定在30克）反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間暫時(shí)定在3.5小時(shí)，濃硫酸與鐵紅質(zhì)量比暫時(shí)定在1.7倍，實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)如下：所得產(chǎn)品密度（p）分別是：_1.25、1.47、1.34、1.28；全鐵含量（%）分別是：9.86、12.9、10.8、10.51；成本（元/噸）分別是：511.85、433.06、604.93、639.68，當(dāng)硫酸濃度達(dá)到70%時(shí)由于反應(yīng)液太少無(wú)法反應(yīng)。則產(chǎn)品品質(zhì)及噸成本在40%時(shí)最好。理論分析：硫酸與氧化鐵紅的反應(yīng)主要是硫酸與氧化鐵紅中的三氧化鐵生成硫酸鐵，再進(jìn)一步聚合成聚鐵。當(dāng)硫酸濃度過(guò)低時(shí)，產(chǎn)品全鐵濃度過(guò)低；當(dāng)硫酸濃度過(guò)高時(shí)，濃硫酸與材料表面的鐵迅速反應(yīng)，形成一層致密的膜，不能進(jìn)一步反應(yīng)，即所謂的鈍化效應(yīng)；當(dāng)濃度為40%時(shí)可以平衡以上問(wèn)題，效果最佳結(jié)論：硫酸濃度40%時(shí)生產(chǎn)成本最低、產(chǎn)品品質(zhì)最好。3.2硫酸與氧化鐵紅的質(zhì)量比：根據(jù)硫酸與氧化鐵的反應(yīng)式：硫酸與鐵紅反應(yīng)的摩爾比為3:1，硫酸與鐵紅理論質(zhì)量比為1.7,實(shí)驗(yàn)室將質(zhì)量比例按1.5、1.7、1.9、2.1做一組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，硫酸濃度40%，氧化鐵紅30克，反應(yīng)時(shí)間3.5小時(shí)，實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品密度分別是：1.36、1.50、1.32、0.97；全鐵含量（%）分別是：8.8、12.4、9.35、7.3；產(chǎn)品噸成本分別是：609.5、435.8、579.1、699.8。所以產(chǎn)品噸成本隨原材料質(zhì)量比變化而變化，當(dāng)質(zhì)量比從1.5增加到1.7時(shí)噸成本呈遞減趨勢(shì)；當(dāng)質(zhì)量比從1.7增加到2.1時(shí)噸成本有升高趨勢(shì)；而1.7時(shí)產(chǎn)品噸成本最小，并且產(chǎn)生產(chǎn)品品質(zhì)也最好。理論分析：根據(jù)硫酸與氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)式，兩者的質(zhì)量比大約1.7，當(dāng)硫酸量少時(shí)，與鐵離子反應(yīng)的硫酸根量不足，所以難于將氧化鐵完全溶解，因此產(chǎn)品濃度過(guò)低、全鐵含量也低；當(dāng)兩者質(zhì)量比大于1.7,產(chǎn)品里面含有過(guò)量的硫酸，導(dǎo)致產(chǎn)品濃度過(guò)低，進(jìn)而全鐵含量過(guò)低，同樣達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且多余的硫酸增加了原料成本。當(dāng)兩者的質(zhì)量比為1.7時(shí)正與實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果與反應(yīng)方程式的理論正好一致。結(jié)論：硫酸與氧化鐵紅質(zhì)量比為1.7時(shí)，生產(chǎn)成本最低、產(chǎn)品品質(zhì)最好。3.3反應(yīng)時(shí)間:此反應(yīng)的關(guān)鍵是盡可能與鐵紅中的氧化鐵反應(yīng)，資料顯示：反應(yīng)時(shí)間一般為3.5小時(shí)，根據(jù)這一線(xiàn)索，我們將反應(yīng)時(shí)間定從2.5、3、3.5、4小時(shí)進(jìn)行一系列重復(fù)實(shí)驗(yàn)，硫酸與鐵紅反應(yīng)的質(zhì)量比為1.7,硫酸濃度用40%，氧化鐵紅30克，實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品密度分別是：1.26、1.35、1.49、1.45；全鐵含量(%)分別是：9.12、10.87、12.3、11.16；噸成本分別是：561.5、507.4、420.2、517.3。因此，產(chǎn)品噸成本隨反應(yīng)時(shí)間的變化而變化，反應(yīng)時(shí)間由2.5至3.5生產(chǎn)成本呈遞減趨勢(shì)；反應(yīng)時(shí)間由3.5至4小時(shí)生產(chǎn)成本呈遞增趨勢(shì)，3.5小時(shí)成本最低。所以最佳反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)，產(chǎn)生產(chǎn)品品質(zhì)最好。理論分析：聚合硫酸鐵的合成是一種聚合反應(yīng)，需要一定的時(shí)間。當(dāng)反應(yīng)還沒(méi)達(dá)到時(shí)間，硫酸與氧化鐵沒(méi)有反應(yīng)、聚合完全，致使產(chǎn)品全鐵濃度不夠，并且原材料沒(méi)有充分利用，造成原材料浪費(fèi)，成本增加；當(dāng)時(shí)間超過(guò)3.5小時(shí)時(shí)，雖然產(chǎn)品密度和全鐵含量都達(dá)標(biāo)，但由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品水分過(guò)度蒸發(fā)，使得產(chǎn)品體積過(guò)少，并且部分產(chǎn)品由于結(jié)晶而產(chǎn)生沉淀，造成損失，使得成本過(guò)高，再由于時(shí)間繼續(xù)增加，破壞了原有的聚合平衡，還增加了生產(chǎn)時(shí)間、浪費(fèi)了人力，水、電、蒸汽；當(dāng)時(shí)間在3.5小時(shí)時(shí)反應(yīng)剛好完成，此時(shí)產(chǎn)品品質(zhì)最佳、生產(chǎn)成本最低。結(jié)論：反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)，生產(chǎn)成本最低。3.4總結(jié)論：本工藝最佳配方是：硫酸濃度為40%；硫酸與鐵紅的質(zhì)量比為1.7：1；反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)。4、成本核算由上述可知：本工藝噸成本為420.2元，而公司外購(gòu)價(jià)格是730元/噸，則本工藝噸成本可節(jié)約730-420.2=309.8元。目前我公司每年大約外購(gòu)2000元/噸聚鐵，本工藝需要