鞏義市浩捷水處理材料有限公司聚合氯化鐵對(duì)高濁度水的絮凝效果優(yōu)于其他聚鐵和聚鋁絮凝劑
聚合氯化鐵的性能和用途：聚合氯化鐵又稱堿式氯化鐵,簡稱PFC,是一種新型的高效無機(jī)高分子絮凝劑,化學(xué)式為reZ(OH)。聚合氯化鐵目前主要是液體產(chǎn)品,外觀為黑褐色透明液體,密度為1.15一1.30,PH值1.4一2.0。該產(chǎn)品為無機(jī)高分子化合物,穩(wěn)定性較差,按一般方法生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定期只有幾天至幾個(gè)月。采用我校生產(chǎn)技術(shù)制得的產(chǎn)品穩(wěn)定期在兩年以上,仍能保持優(yōu)異的絮凝性能。聚合氯化鐵的絮凝機(jī)理與聚合氯化鋁相同,在水中提供的聚鐵經(jīng)基配離子對(duì)懸浮在水中的粒子具有很強(qiáng)的吸附力,對(duì)高濁度水的絮凝效果優(yōu)于其他聚鐵和聚鋁絮凝劑,對(duì)污泥具有強(qiáng)脫水作用。本產(chǎn)品可用于源水凈化及印染、造紙、洗煤、食品、制革等廢水和城市生活污水的處理。特別是對(duì)高濁度的原水、堿性印染廢水的處理,優(yōu)于其他絮凝劑,它不僅具有明顯的除濁效果,而且具有良好的脫色性。聚合氯化鐵的生產(chǎn)工藝以廢鐵屑或氧化鐵與鹽酸和氯氣反應(yīng)制得的三氯化鐵為原料,采用中和法生產(chǎn)聚合氯化鐵。即將堿性物質(zhì)和穩(wěn)定劑直接加人到三氯化鐵溶液中,使其聚合、熟化制得聚合三氯化鐵。
因含鐵原料的不同，目前生產(chǎn)聚合氯化鐵的工藝也不同。在以鐵礦石、鐵屑、氧化鐵皮、硫鐵礦石為原料進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，首先用鹽酸將上述物質(zhì)在一定的條件下溶解，然后采用不同的氧化劑，將剩余亞鐵離子氧化。如果在氧化前控制溶液中HCl的量高于或等于形成氯化鐵所需要的量，即可形成含游離酸的氯化鐵溶液或聚合氯化鐵溶液。如果將鹽酸量控制在低于上述值的范圍內(nèi)，就可以生成不同鹽基度的聚合氯化鐵。氧化亞鐵離子的速度，取決于氧化劑，例如氯酸鹽是很強(qiáng)的氧化劑，在溶液中可以迅速將亞鐵離子氧化，但是由于氯酸鹽的價(jià)格較高，以其為原料生產(chǎn)成本較高。氧氣是一種廉價(jià)的氧化劑，采用設(shè)計(jì)合理的工藝和設(shè)備，同樣可以達(dá)到接近氯酸鹽的氧化速度，并且可以大幅度降低成本。鹽基度取決于溶液中氯離子與鐵離子的比例〔4，5〕。反應(yīng)式(1)～(5)給出了氧氣氧化法反應(yīng)機(jī)理。
HCl＋MNO2＝HNO2＋MCl (1)
HCl＋HNO2＋FeCl2＝FeCl3＋NO＋H2O (2)
2NO＋O2＝2NO2 (3)
2HCl＋NO2＋2FeCl2＝2FeCl3＋NO↑＋H2O (4)
總反應(yīng)式為
4FeCl2＋（2－n)HCl＋O2＝2Fe2（OH）nCl6－n＋2（1－n)H2O
式中：M是堿金屬離子或堿土金屬離子；0≤n＜2。
由上述反應(yīng)式可以知道，氮氧化物催化氧化亞鐵離子的反應(yīng)是一個(gè)典型的氣液反應(yīng)，因此決定反應(yīng)速度的因素在NO的氧化速度和NO2的溶解速度，而NO的氧化速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，所以加快NO2的溶解成為反應(yīng)速度的決定步驟。加強(qiáng)氣體的溶解通常采用兩種方法，一是增大氣液的接觸表面積，另一種方法是增大氣液相的壓力。國內(nèi)外在解決氮氧化物催化氧化氯化亞鐵時(shí)，也是從這兩方面著手。上述反應(yīng)的催化劑不僅僅限可與氯化亞鐵發(fā)生作用的氮氧化物，在氯化亞鐵的混合液中可溶的亞硝酸鹽和亞硝酸、硝酸鹽及硝酸均對(duì)于該反應(yīng)同樣具有催化作用。采用反應(yīng)釜或者反應(yīng)塔，都可以用來生產(chǎn)聚合氯化鐵。聚合氯化鐵具有強(qiáng)烈水解的傾向，其穩(wěn)定性低于聚合硫酸鐵，在合成過程中應(yīng)加入少量的穩(wěn)定劑，它們對(duì)于提高聚合氯化鐵的鹽基度和穩(wěn)定性有一定作用。
目前在我國不少鋼鐵加工單位使用鹽酸酸洗工藝，這部分廢酸目前尚未得到充分利用。通常是將廢酸與鐵屑反應(yīng)制備三氯化鐵溶液。雖然氯化鐵溶液是一種非常好的混凝劑，但是由于該溶液中含有大量的游離酸，在使用中對(duì)于設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，從而使應(yīng)用范圍受到一定的限制。聚合氯化鐵溶液中含有大量的聚合陽離子，可以從高水平發(fā)揮混凝作用，同時(shí)聚合氯化鐵具有一定的鹽基度，其酸性低于氯化鐵溶液，腐蝕性相對(duì)來講較弱，因此是一種較理想的混凝劑。鋼鐵鹽酸酸洗液是一種廉價(jià)的制備聚合氯化鐵的原料，在此我們介紹以其為主要原料合成聚合氯化鐵的機(jī)理和工藝。
合成時(shí)先將含有氯化亞鐵和鹽酸的混合液加入貯罐中，并補(bǔ)加一定量的穩(wěn)定劑。在反應(yīng)塔頂部引入氯化鐵溶液和亞硝酸鈉，在反應(yīng)塔底部引入氧氣，溶液流經(jīng)填料表面時(shí)，使氣液充分接觸，達(dá)到氧化氯化亞鐵的目的。反應(yīng)過程中通過循環(huán)泵的作用保持液體在填料反應(yīng)塔和貯罐之間不斷循環(huán)，使亞鐵不斷氧化，直至亞鐵完全氧化。反應(yīng)過程中保持溶液的溫度在40～90℃范圍內(nèi)，以利于絡(luò)合物的分解。這種方法與以前介紹的反應(yīng)塔法生產(chǎn)聚合硫酸鐵的方法基本相同。聚合氯化鐵指標(biāo)：Fe3＋為8%～13%，鹽基度為6%～12%，F(xiàn)e2＋≤0.1%。
如果以鹽酸和鐵屑生產(chǎn)聚合氯化鐵，生產(chǎn)成本較高，如果以廢鹽酸或鹽酸酸洗廢液為原料時(shí)，成本相對(duì)來講要低一些，另外也可以采用氯氣—氧氣聯(lián)合氧化的方法，先用氯氣氧化一部分亞鐵離子，再用氧氣氧化剩余的亞鐵離子，這樣進(jìn)一步降低成本。目前，國內(nèi)很多生產(chǎn)聚合硫酸鐵的設(shè)備進(jìn)行一定的改造，就可以生產(chǎn)聚合氯化鐵。
聚合氯化鐵(PFC)物化性能：棕黃色粘稠液體。相對(duì)密度1.450，酸性，易溶于水。聚合氯化鐵是20世紀(jì)80年代后期，針對(duì)鋁鹽絮凝劑殘留鋁對(duì)人體帶來嚴(yán)重危害及鋁的生物毒性等問題，鐵鹽絮凝劑混凝效果差、產(chǎn)品穩(wěn)定性不好等不足，研制開發(fā)的新型無機(jī)高分子絮凝劑。聚合氯化鐵絮凝效果與三氯化鐵比較要高得多。當(dāng)處理的水溫較低時(shí)，效果更明顯。
制備方法：
在三氯化鐵溶液中加入氫氧化鈉，生成堿式氯化鐵一鈉，加入氫氧化鈣生成堿式氯化鐵一鈣。要求鐵離子(Fe3+)濃度在0.01～0.75mol/L，氫氧根與鐵的比(OH/Fe)在0～2.5之間。具體配制如下：將10mL 0.5mol/L六水氯化鐵用水稀釋到200mL，在快速攪拌下，緩慢地加入50mL 0.25mol的氫氧化鈉，控制堿化度為11%左右，即為產(chǎn)品。每次制備數(shù)量不宜過多，制備后立即使用。存放不得超過20h，否則溶液將發(fā)生變化。產(chǎn)品應(yīng)用：該產(chǎn)品可用于生活用水及生產(chǎn)給水的凈化處理。可直接計(jì)量投加或適當(dāng)稀釋后投加，用做原水處理時(shí)有效投加量20～50mg/L，適用pH值范圍廣，處理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一種新型高分子絮凝劑。
制備方法：
在三氯化鐵溶液中加入氫氧化鈉，生成堿式氯化鐵一鈉，加入氫氧化鈣生成堿式氯化鐵一鈣。要求鐵離子(Fe3+)濃度在0.01～0.75mol/L，氫氧根與鐵的比(OH/Fe)在0～2.5之間。具體配制如下：將10mL 0.5mol/L六水氯化鐵用水稀釋到200mL，在快速攪拌下，緩慢地加入50mL 0.25mol的氫氧化鈉，控制堿化度為11%左右，即為產(chǎn)品。每次制備數(shù)量不宜過多，制備后立即使用。存放不得超過20h，否則溶液將發(fā)生變化。產(chǎn)品應(yīng)用：該產(chǎn)品可用于生活用水及生產(chǎn)給水的凈化處理。可直接計(jì)量投加或適當(dāng)稀釋后投加，用做原水處理時(shí)有效投加量20～50mg/L，適用pH值范圍廣，處理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一種新型高分子絮凝劑。
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