聚合硫酸铁制备影响因素考察

0()7%580"1$-49$" -’$< 时 为 最 大 # 由 于 "1$%4 的 价 格
高 !加入量过多 !虽能保证氧化完全且快速 !但产品成本 增加 !因此 "1$%4 用量以 0()7%580"1$-49$" -’$< 为宜 #
()7%5 浓度的提高 ! 产品的盐基度变化幅度不是很大 "
可见 ()7%5 浓度不是影响盐基度的主要因素 # 从表中 可看出浓度 4-’:= 时 ! 产品的全铁含量在达到标准的 同时 !产品的盐基度也最好 #
氧化剂用量对 #$%&转化率的影响
时间%./0&
$-
4-
D-
H-
C-
$*-
$
盐基度 %=&
全铁含量 %= & 盐基度 %= &
$" -’$I $" -’$< $" -’*$" -’**
<-’5H C4’44 CC’:* CC’*C CC’-- CH’4- CH’5H $$’$D <5’<C CC’54 CC’:: CC’HC CC’<5 CC’<H 完全 $*’$C CC’H* CC’<: CC’<H CC’C* 完全 完全 完全 $*’$CC’C5 完全 完全 完全 完全 完全 完全 $*’-<
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浙江化工 !""#$%#&’(%)*
文章编号 ’6??=/E6AE !&??. "?J/??68/?.
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摘 要 研究了直接氧化法制备聚合硫酸铁过程中产品盐基度及全铁含量的影响因素 ! 结果表 明 " 搅 拌 速 度 为 #$$%&’() # 氧 化 剂 *+,-. 以 固 体 一 次 加 入 $ 反 应 温 度 /0! % 物 料 配 比 为 )123-4"
0@*7%6 的比例不同时 ! 可以得到不同盐基度的产 品 #
硫酸加入太少 ! 盐基 度 虽然 很高 ! 但出 现 大量 因 ()*
CC’<5 红褐色液体 CC’H5 微量沉淀 CC’D4 少量沉淀 CC’DC 沉淀产生
*D 4D 5D DD
<5’<C C:’DH C<’*4 C<’C:
CC’54 CC’5* CC’5CC’55
图 5 @13 合成工艺流程示意图
"#( 分析
按 )I&6J./B6 规定对产品溶液的全铁含量 % 还原 性物质 !以 "%&F计 "含量及盐基度进行分析测定 $
( 结果与讨论
(#! 搅拌速度的确定
为了消除传质的影响 # 在温度为 &J! # 原料 "%#(E 浓度为 .?C=@时 #硫酸按 +"%#(EK+)&#(EH6K?C. 加入 #氧化 剂 ;46(. 按 +"%#(EK+;4L(.H6K?C6A 加入 # 反应 &CJM# 通 过改变搅拌速度#来考察反应过程中 "%&F转化率情况 #实 验数据如表 6 表 5 搅拌速度与 12/C转化率的关系
" 实验部分
"#! 反应机理$!%&’
氧化反应 ="%# (EF;4G(.F. )&# (E HH ."% & ,# (E- . F. )&(F;4D 水解反应 "% & ,# (E- . F+) &( HH "% & ,()- + ,# (E- . / + 0 & F+0&) E# (E 聚合反应 2 $"%& ,()- + ,#(E - . /+ 0 & 1 HH $"%& ,()- + ,#(E - . / + 0 & 1 2 以上 . 个反 应同 时进 行 # 最后 生成 红 褐 色 粘 稠 液
)*+5$.")6/3-4""5"$7!8"$7. $ 原料 123-4 浓度为 .$79: $ 反应 /70;$ 产品全铁含量达到 !!78$: $ 盐 基度达 !/7!<: % 加入 $78: 绿矾量的合适的助聚剂 =>?!$ 能使产品的盐基度提高近 /$: % 制得的聚 铁产品呈红褐色粘稠状液体 $ 其絮凝效果明显优于 @AB &
速度 !转0 分 "
=>6??@"越高 # 产品聚合度 2 值也越高 #其形成的矾花
也越大 #絮凝效果也越好 #絮体的沉降速度越快$.1$ 我国 规定 $A1聚铁的全铁含量须达到 B@ 以上 # 盐基度 须达 到
"%&F转化率 !@ " 6?2O+ 8EC.? AECAB 8BCJ6 .?2O+ BBC&? BBCE. BBC.= J?2O+ BBCJJ BBC== BBC=? 8?2O+ BBC88 BBC8B BBC8A B?2O+ BBCA? BBCAE BBCA6
加入!反应 *’DG!改变原料 ()7%5 浓度!考察全铁含量及相 应浓度下的盐基度!分析的数据如表 :’ 表 ( 原料 #$)*" 浓度的影响
()7%5 浓度 %= & *-’C H’-$$’**5’: $-’4* $-’:*C’$$’4$$’<4-’: $$’<$*’$C 4*’5 $*’H$ $$’<D
>$-?
!"! 反应温度的确定
改变反应温度 ! 其它条件同 &’! ! 氧化剂固体一次 加入 ! 考察温度对 ()*+转化率及对产品的影响 # 表!
温度%!&
反应温度的影响
产品外观
# 从实 验中 看 出 0()7%68
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!()*;转化率 %= & $$$-./0 4-./0 D-./0 CC’:: CC’:H CC’55 CC’55 H-./0 CC’HC CC’H4 CC’D: CC’D$ C-./0
表 & 可 知 ! 反 应 温 度 在 !! ! ,,! 之 间 !&-./0 后
()*+转化率很高 ! 随着温度的上升 !()*+转 化率 稍微 下
降 # 原因是氧化反应是放热反应 ! 升高温度对反应不 利 "另外 ! 随着温度的升高 ! 产品出现沉淀 ! 这是由于反 应温度过高 ! 使产生的絮体形成碱式硫酸铁而产生沉 淀 !降低产品的总铁含量与盐基度 # 因此 !"12%& 作为 氧化剂在 *,!反应较适宜 !一般室温下即可完成反应 #
$"-’4 时 ! 得到产品的 盐基 度 达 $*’$C= ! 全 铁含 量达 到 $$’<-= ! 呈 红 褐 色 粘 稠 状 液 体 ! 达 到 国 家 化 工 部 标 准
的一等品要求 #
!"% 原料的 &’()# 浓度的影响
温度为 *D!!搅拌速度为 *--EF./0!硫酸按 0 ()7%5"0
由表 6 可见 !0()7%680"1$-49$$-’$: 时 ! 反应液中 的 ()*;不能完全转化 ! 当 0()7%580"1$-49$$-’$< 时 !()*+ 最终都能被完全氧化 !并且 ()*+转化的时间随着氧化剂 用量的增加而缩短"又可知氧化剂的用量对盐基度的大 小影响不大 ! 分析产品盐基度的结果都在 $*=左右 !以
关键词 聚合硫酸铁 絮凝剂 全铁含量 盐基度
! 前 言
聚合硫酸铁!!"#"也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁#简 称聚铁#其分子式一般可表示为$"%&’()*+,#(-./+0&12$ 它是一 种无机絮凝剂#与其他各种絮凝剂相比 #其具有生产成本 低# 净化过程投加量少# 适用 3) 范围广# 杂质 !油度%
!"$ 硫酸用量影响
反应条件同 4’*!考察硫酸用量对产品的影响 !观察 反应过程和反应产物情况如表 ,’ 表 ’ 不同硫酸加入量下的反应情况
!"* 反应时间的确定
温度为 *D! ! 搅拌速度为 *--EF./0! 原料 ()7%5 浓
+,
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浙江化工 !""#$%#&’(%)*
度为 !"#$% 时 ! 硫酸按 &’()*+,&-.)*+/0!"#! 加入 ! 氧 化 剂 120*! 按 &’()*+,&120"!/0!"#03 加入 ! 通 过 测不 同 时段 ’(.4转化率来确定最佳的反应时间 ! 反应结果列 于表 5# 表 ! 不同反应时间 "# 的转化率
!"# 氧化剂用量及影响
温度为 *,!! 改变氧化剂加入量 ! 其他条件同 &’*3 考察氧化剂 "1$%4 的加入量对反应过程中 ()*+转化率 情况及产品盐基度影响 !分析数据如表 5’ 表"
0()7%5"0"1$-4
@*7%59$"-’4 加入!氧化剂 "1$%5 按 0()7%580"1$-49$"-’$<
全铁的含量与 ()7%5 浓度 浓 度有 关 # ()7%5 浓 度 提高使溶液中 ()*;增加 ! 使氧化生成的 ()4;增 加 ! 但同 时使絮凝体聚合生碱式硫酸铁沉淀的几率 上 升 ! 降 低 了产品的稳定性" 要减少沉淀就需要增强溶液的酸 度 ! 而酸度的增强 ! 会使产品的盐基度下降 ! 这 样不 利 于提高产品的整体质量! 所以全铁含量不是越高越 好 !全 铁 含 量 在 达 标 的 前 提 下 !提 高 产 品 的 盐 基 度 才 是提高产品整体质量的主要措施# 实验表明! 随着