聚合硫酸鐵

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

別稱：固體聚合硫酸鐵 （簡稱固體聚鐵或SPFS）硫酸鐵含量： 20—21%

外觀與性狀：黃色或紅褐色無定形粉末或顆粒狀固體   pH(10g/L水溶液):2-3  熔點(℃):190(253kPa)  相對密度(水=1):2.44 飽和蒸氣壓(kPa):0.13(100℃)

溶解性：易溶于水、醇、氯.仿、四.氯.化碳，微溶于ben。

用途：飲用水、工業(yè)用水、各種工業(yè)廢水、城市污水、污泥脫水等的凈化處理

特點

    1 新型、優(yōu)質(zhì)、高效鐵鹽類無機(jī)高分子絮凝劑；

    2 混凝性能優(yōu)良，礬花密實，沉降速度快；

    3 凈水效果優(yōu)良，水質(zhì)好，不含鋁、氯及重金屬離子等有害物質(zhì)，亦無鐵離子的水相轉(zhuǎn)移，無du，無害，安全可靠；

    4 除濁、脫色、脫油、脫水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金屬離子等功效顯著；

    5 適應(yīng)水體PH值范圍寬為4-11，最.佳PH值范圍為6-9，凈化后原水的PH值與總堿度變化幅度小，對處理設(shè)備腐蝕性小；

    6 對微污染、含藻類、低溫低濁原水凈化處理效果顯著，對高濁度原水凈化效果尤佳；

    7 投藥量少，成本低廉，處理費(fèi)用可節(jié)省20%-50%。

性能指標(biāo)

符合中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《凈水劑聚合硫酸鐵》（GB14591-2006）

項 目	指 標(biāo)
GB14591-2006（Ⅱ）	本產(chǎn)品
全鐵含量 , % , ≥	18.5	19.1
還原性物質(zhì)（以 Fe2+計）含量 % , ≤	0.15	0.01
鹽基度 , %	9.0-14.0	14.0
PH （1% 水溶液）	2.0-3.0	2.4
砷（As）含量 , % , ≤	0.0008	0.0001
鉛（Pb） 含量 , % , ≤	0.0015	0.0001
不溶物含量 , % , ≤	0.5	0.4

應(yīng)用

    新型、優(yōu)質(zhì)、高效鐵鹽類無機(jī)高分子絮凝劑，主要用于凈水，效果優(yōu)良，水質(zhì)好，不含鋁、氯及重金屬離子等有害物質(zhì)，亦無鐵離子的水向轉(zhuǎn)移，無du，無害，安全可靠, 除濁、脫色、脫油、脫水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金屬離子等功效顯著等。也用于工業(yè)廢水處理，如印染廢水等，在鑄造、造紙、醫(yī)藥、制革等方面也有廣泛應(yīng)用。

    聚合硫酸鐵在稀土工業(yè)廢水處理時：例如,裝置使廢水的微小固體顆粒和高濃度的離子膜的表面和始終保持一定距離,大大減少有害物質(zhì)和膜表面有機(jī)會避免在膜表面污染,聚合硫酸鐵改善水的循環(huán)過度;這個過程不僅將稀土的提取工藝廢水高濃度的分離與富集氯.化銨,稀土行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后廢水的回收,并通過電解過程和太陽能為一個成功的鹽.酸和氨.水反應(yīng)堆的復(fù)蘇、聚合硫酸鐵減少稀土產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)原材料的回收,也要經(jīng)過的燃料電池使用將能量回收補(bǔ)充說,處理大量的浪費(fèi)水的成本為40元,為1600噸/天,包含100g/L的氯.化銨來計算,通過這個過程,一代的鹽.酸和氨的水可以實現(xiàn)利潤11萬元，這不僅對污水處理和處置還原、穩(wěn)定和無害的目標(biāo);嚴(yán)格控制的稀土工業(yè)廢水中的重金屬和有du、聚合硫酸鐵有hai物質(zhì)含量;在安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的前提下,利用廢水、聚合硫酸鐵廢氣的能量和資源,實現(xiàn)廢水、廢氣治理和綜合利用、節(jié)能減排、實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。

聚合硫酸鐵使用電介質(zhì)電泳技術(shù)和滲透膜分離技術(shù)相結(jié)合的方法對污水回用處理,實現(xiàn)廢水處理技術(shù)創(chuàng)新和科技進(jìn)步,充分發(fā)揮設(shè)備的投資和運(yùn)營效率,符合廢水處理新技術(shù)、聚合硫酸鐵新技術(shù)和新設(shè)備。若新技術(shù)被廣泛應(yīng)用,將提高礦山企業(yè)的工業(yè)廢水的處理和處置水平,聚合硫酸鐵進(jìn)一步保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.    用作鐵鹽無機(jī)高分子絮凝劑，主要用于城鎮(zhèn)生活飲用水、工業(yè)給水的凈化方面。如除鐵、除氟、除ge、除放射性污染、除漂浮油等。水處理行業(yè)用作凈水劑，用作凈水的混凝劑和污泥的處理劑；硫酸鐵作為混凝劑使用時，其適用的ph值范圍為4.0～12.0；

2.    可對各種工業(yè)廢水與城市污水(如食品、皮革、礦山、冶金、印染、造紙、石.油等廢水)進(jìn)行凈化處理

3.有機(jī)合成中聚合過程的催化劑；

4.用于制造顏料的原料，

5.用作染料，毛織物染色和棉布印花的媒染劑

6.用作鐵催化劑，可用作制造鐵礬及其他鐵鹽

7.用于金屬特別是不銹鋼和銅件的酸洗處理，鋁質(zhì)器件的蝕刻劑；

8.用于鍍鋅鎳鐵合金、鍍鋅鐵鈷合金等電解液中，也可用于鋁氧化膜染色及不銹鋼浸蝕溶液中；

9.廢銀回收

10.酸性溶液用作從礦石中提取有用組分的氧化介質(zhì)；

11.用于制墨水

12.用于制革

13.用于制糖

14.用于消du

15.用于精密鑄造、造紙橡膠、石.油、化工

16.用于抑汗化妝品主要原料。

17.用于油水分離

18.用作分析試劑。用于銀的分析，糖的定時測定。分析銀，測定碳，

19.農(nóng)業(yè)上的土壤改良劑；單倍體育種中配制改良懷特培養(yǎng)基，

20.醫(yī)藥上用硫酸鐵作收斂劑和止血劑

工業(yè)廢水處理

    1、印染廢水處理，替代傳統(tǒng)低分子鐵鹽和鋁鹽的混凝劑，相對傳統(tǒng)混凝劑用量大、混凝效率低、有鋁離子等殘留易造成二次污染的特點，聚合硫酸鐵的投加量在150ppm左右，其用量小，對COD和色度的去除率高，最.佳ph值條件為：8.0。

    2、電鍍污水處理，可做混凝劑和破絡(luò)劑。絡(luò)合物主要是銅—氨絡(luò)合物，其性質(zhì)穩(wěn)定，pH=11，難以與堿、聚鋁等混凝劑直接發(fā)生沉淀反應(yīng)。還可以用作中水回用。

    3、造紙廢水處理，替代聚合氯.化鋁、硫酸鋁等，用作混凝劑，還可以用作造紙污泥脫水，在造紙廢水處理白水回收工序中不可以用聚合硫酸鐵（含強(qiáng)陽離子的聚合物），只能用聚合氯.化鋁。

制備方法

    聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多數(shù)PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設(shè)備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)備成本，但這種生產(chǎn)工藝必須依賴于氧化劑，如：H₂O₂、KClO₃、HNO₃等無機(jī)氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法：

雙.氧.水氧化法：

    雙.氧水(H₂O₂)在酸性環(huán)境中是一種強(qiáng)氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵從而制得聚合硫酸鐵:

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

    制備過程中,按照生產(chǎn)量和所需要的鹽基度,在反應(yīng)釜中加入硫酸亞鐵、水和硫.酸混合,當(dāng)溫度升高到30~45℃時,在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢加入H₂O₂。H₂O₂很快將亞鐵氧化成三價鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規(guī)定濃度時,停止反應(yīng)。

    利用本法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,具有設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)不用催化劑、產(chǎn)品不含雜質(zhì)、穩(wěn)定性高等特點。但反應(yīng)過程中, 有H₂O₂在分解時形成O₂氣放出在無催化劑時,起不到氧化作用。要減少O₂的產(chǎn)生,需要控制H₂O₂的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產(chǎn)效率。H₂O₂成本比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

氯.酸鉀(鈉)氧化法：

    氯.酸鉀是廣泛應(yīng)用于zhayao和火柴工業(yè)的強(qiáng)氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價鐵:

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

    制備時,將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應(yīng)釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中加入氯.酸鉀。檢驗亞鐵離子減少到規(guī)定濃度即可結(jié)束。

    該法生產(chǎn)工藝簡單,設(shè)備投資少,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,反應(yīng)效率高,無空氣污染。產(chǎn)品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時,由于氯.酸鉀價格昂貴,產(chǎn)品成本高。

次氯.酸鈉氧化法：

    次氯.酸鈉屬于堿性氧化劑,其氧化還原電位較高,理論上能將亞鐵氧化成三價鐵:

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

    生產(chǎn)的氯.氣仍為氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵。但氯.氣會有少量以氣體形式逸出而浪費(fèi)掉,不能充分利用。同時也會造成環(huán)境污染,曾加后處理工序。次氯.酸鈉是堿性氧化劑,制備聚合硫酸鐵時,為了降低pH值, H₂SO₄的用量較高。用該法制備的聚合硫酸鐵穩(wěn)定性差,不宜長期保存。

硝.酸氧化法：

    硝.酸為中強(qiáng)氧化劑,與亞鐵反應(yīng)如下:

    FeSO₄ +HNO₃ —→ Fe(OH)SO₄+ NO₂

    反應(yīng)生成的NO₂又可以起到氧化作用,因而HNO₃的氧化效率高。

    該法是以工業(yè)硫.酸亞鐵為原料,采用工業(yè)硫.酸氧化后以工業(yè)濃硝.酸氧化。FeSO₄:HNO₃為1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者總量的20%,于0.1~0.2MPa下，攪拌中通入充足的空氣或氧氣,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以內(nèi)。

    用HNO₃氧化時,成本比較低,反應(yīng)周期短。所得產(chǎn)品濃度高,易于制成固體產(chǎn)品。若選用工業(yè)一級品原料,所得產(chǎn)品可用于飲用水處理。但反應(yīng)中生成的NO₂,會造成環(huán)境污染,需增加專門吸收裝置予以處理。

    綜上所述,直接氧化法雖然工藝簡單,操作簡便,但存在氧化劑用量大,成本高,氧化劑引入的離子需分離出去,反應(yīng)中產(chǎn)生的有hai氣體需專門設(shè)備吸收處理等問題,因而難于在工業(yè)化生產(chǎn)中普及和應(yīng)用。但實驗研究中需要少量的聚合硫酸鐵時采用此類方法制備簡單易行。

催化氧化法:

    聚合硫酸鐵在工業(yè)生產(chǎn)中多采用催化氧化法。

    即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO₂)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價鐵離子。然后用氫氧化.鈉中和,調(diào)整堿化度進(jìn)行水解,聚合反應(yīng)制得聚合硫酸鐵。

合成方法

    聚合硫酸鋁液體：將稀硫.酸濃度約3%加入到硫酸亞鐵中，再加入亞硝.酸鈉與硫酸亞鐵之比約3：100，通入空氣或者氧氣進(jìn)行氧化，經(jīng)水解，聚合反應(yīng)制得聚合硫酸鐵。

    聚合硫酸鐵固體產(chǎn)品的制造方法：利用液體亞鐵為原料，制勝空氣作氧化劑，經(jīng)過低溫脫水、粉碎、高溫氧化、欣欣然冷卻、調(diào)聚、固化、陳化、粉碎到成品完成。

凝聚作用

    混凝處理過程中，PFS提供多種組分的核羥基絡(luò)合物時，各組分就開始對礦漿中的微粒或者是對水中的膠體顆粒起多種混凝作用。那些相對分子質(zhì)量較小的高價絡(luò)離子被原水中的負(fù)電性膠粒和懸浮物吸引進(jìn)入緊密層，起了壓縮膠粒的雙電層、降低ζ電位的作用，使膠粒迅速脫穩(wěn)聚沉。無機(jī)高分子凝結(jié)劑的相對分子質(zhì)量增大，伸展度增大觸點增多，粒間的吸附作用增大。在溶液中PFS提供大量的大分子絡(luò)合物及疏水性氫氧化物聚合體，具有較好的吸附作用。但PFS在溶液中多種核羥基絡(luò)合物不同于有機(jī)高分子絮凝劑，這些高分子物的相對分子質(zhì)量遠(yuǎn)小于有機(jī)絮凝劑的相對分子質(zhì)量。其分子的大小與結(jié)構(gòu)特點，使這些絡(luò)離子在混凝中具有較強(qiáng)的吸附中和作用，因此PFS溶液中的高價大分子絡(luò)離子在混凝中的主要貢獻(xiàn)是吸附中和膠粒的電荷和兼有粒間團(tuán)聚作用。PFS絮團(tuán)的表面積大、表面能高，結(jié)構(gòu)緊湊致密有一定的強(qiáng)度，在沉降過程中對膠體顆粒的吸附量大，具有吸附共沉淀作用且容易發(fā)生卷掃沉積現(xiàn)象，沉淀物容積小且沉降速度快，大大提高了PFS的混凝效果。

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