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，國內(nèi)許多聚鐵生產(chǎn)廠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，無需氧化劑和催化劑，無需增加設(shè)備，鐵紅可以從鄂鋼薄板廠購買，硫酸使用經(jīng)濟硫酸，兩者都價格低廉，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)過程中會產(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。本方法是利用薄板廠酸洗產(chǎn)生的鐵紅與經(jīng)濟硫酸反應(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)定性達到絮凝作用、與酚氤污水中有害物質(zhì)反應(yīng)達到去除有害物質(zhì)作用。3、 實驗過程本實驗從以下三個主要影響因素進行實驗：硫酸濃度硫酸與鐵紅的質(zhì)量比反應(yīng)時間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（實驗室定在30克）反應(yīng)，反應(yīng)時間暫時定在3.5小時，濃硫酸與鐵紅質(zhì)量比暫時定在1.7倍，實驗平均數(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)硫酸濃度達到70%時由于反應(yīng)液太少無法反應(yīng)。則產(chǎn)品品質(zhì)及噸成本在40%時最好。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，再進一步聚合成聚鐵。當(dāng)硫酸濃度過低時，產(chǎn)品全鐵濃度過低；當(dāng)硫酸濃度過高時，濃硫酸與材料表面的鐵迅速反應(yīng)，形成一層致密的膜，不能進一步反應(yīng)，即所謂的鈍化效應(yīng)；當(dāng)濃度為40%時可以平衡以上問題，效果最佳結(jié)論：硫酸濃度40%時生產(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,實驗室將質(zhì)量比例按1.5、1.7、1.9、2.1做一組重復(fù)實驗，硫酸濃度40%，氧化鐵紅30克，反應(yīng)時間3.5小時，實驗平均數(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時噸成本呈遞減趨勢；當(dāng)質(zhì)量比從1.7增加到2.1時噸成本有升高趨勢；而1.7時產(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，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)品里面含有過量的硫酸，導(dǎo)致產(chǎn)品濃度過低，進而全鐵含量過低，同樣達不到國家標(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時正與實驗室的結(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，生產(chǎn)成本最低、產(chǎn)品品質(zhì)最好。3.3反應(yīng)時間: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)時間一般為3.5小時，根據(jù)這一線索，我們將反應(yīng)時間定從2.5、3、3.5、4小時進行一系列重復(fù)實驗，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，實驗平均數(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)時間的變化而變化，反應(yīng)時間由2.5至3.5生產(chǎn)成本呈遞減趨勢；反應(yīng)時間由3.5至4小時生產(chǎn)成本呈遞增趨勢，3.5小時成本最低。所以最佳反應(yīng)時間為3.5小時，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)，需要一定的時間。當(dāng)反應(yīng)還沒達到時間，硫酸與氧化鐵沒有反應(yīng)、聚合完全，致使產(chǎn)品全鐵濃度不夠，并且原材料沒有充分利用，造成原材料浪費，成本增加；當(dāng)時間超過3.5小時時，雖然產(chǎn)品密度和全鐵含量都達標(biāo)，但由于時間過長，產(chǎn)品水分過度蒸發(fā)，使得產(chǎn)品體積過少，并且部分產(chǎn)品由于結(jié)晶而產(chǎn)生沉淀，造成損失，使得成本過高，再由于時間繼續(xù)增加，破壞了原有的聚合平衡，還增加了生產(chǎn)時間、浪費了人力，水、電、蒸汽；當(dāng)時間在3.5小時時反應(yīng)剛好完成，此時產(chǎn)品品質(zhì)最佳、生產(chǎn)成本最低。結(jié)論：反應(yīng)時間為3.5小時，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)時間為3.5小時。4、成本核算由上述可知：本工藝噸成本為420.2元，而公司外購價格是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2000元/噸聚鐵，本工藝需要