鈦白粉產(chǎn)生廢酸生產(chǎn)制備聚合硫酸鐵方法
硫酸法二氧化鈦生產(chǎn)中有大量的廢、副產(chǎn)生，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每噸二氧化鈦平均要產(chǎn)生副產(chǎn)七水硫酸亞鐵2.5～4.5 t、20%～25%廢硫酸6～11 t。綜合利用這部分廢副物，對(duì)大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)而言，不僅解決了廢副處置問(wèn)題，而且還能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。
聚合硫酸鐵具有以下特點(diǎn)：（1）極易混合，快速絮凝，絮凝物相對(duì)密度大，顆粒大，在重力作用下沉降速度快；（2）脫臭、脫色能力強(qiáng)，可以降低水中的鐵含量，腐蝕性小；（3）在很廣的pH范圍（4～11）內(nèi)都能保證較好的沉降效果；（4）制備成本較低，尤其在鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)，七水硫酸亞鐵作為副產(chǎn)品；（5）使用范圍廣，不僅使用在自來(lái)水及泥水的處理中，還廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理，有很好的降低BOD和COD的作用。
聚合硫酸鐵按產(chǎn)品性質(zhì)分為固體和液體兩類，固體聚合硫酸鐵是黃色的粉末或顆粒，液體聚合硫酸鐵是具有一定黏度、呈現(xiàn)棕紅色的液體，其相對(duì)密度在1.45以上，凝點(diǎn)在-13℃，pH正常范圍在0.5～3.0，鹽基度8～16，其中鐵含量中全鐵含量在11 g/L以上，以二價(jià)鐵含量來(lái)計(jì)在1 g/L以下。
液態(tài)聚合硫酸鐵的制備
用量筒量取一定量（20%～25%）的濃廢酸于1 000 mL燒杯中，在電磁攪拌下，將七水硫酸亞鐵（經(jīng)圓盤(pán)分離）緩慢加入到廢酸中，在水浴鍋內(nèi)加熱至60～90℃，水解。試驗(yàn)通過(guò)濃硫酸調(diào)整溶液中硫酸根離子和鐵離子的濃度，達(dá)到不同的設(shè)定值后，分多次加入適量的亞硝酸鈉催化劑，及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2（替代氧氣），此過(guò)程反應(yīng)時(shí)間設(shè)定在2～4 h，體系pH控制在1.0左右，最終得到紅褐色液體樣品。
工藝過(guò)程參數(shù)
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：n(SO42-）/n(Fe)=1.24；催化氧化溫度：70℃（考慮到規(guī)模化生產(chǎn)熱量損失問(wèn)題）；預(yù)溶溫度：50℃（提高溫度加快溶解速度）；NaNO2加量控制在聚合硫酸鐵總質(zhì)量的0.4%；氧化劑（氧氣）量占聚合硫酸鐵總質(zhì)量的0.6%；反應(yīng)時(shí)間4.5 h；冷卻溫度50℃。
按照上述工藝參數(shù)，制得的聚合硫酸鐵產(chǎn)品的性能指標(biāo)
方案過(guò)程
(1）由濃廢酸計(jì)量罐取定量的廢酸加入反應(yīng)釜。
(2）用少量的氧氣轉(zhuǎn)換一下反應(yīng)釜內(nèi)的空氣。
(3）將催化劑亞硝酸鈉水溶后，通過(guò)壓縮氣體壓入相應(yīng)的反應(yīng)釜內(nèi)，加入氧氣開(kāi)始反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)壓力控制在0.06 MPa。
(4）當(dāng)反應(yīng)釜不再吸入氧氣時(shí)，可依次加入第2次/第3次催化劑，其間隔時(shí)間不得少于45 min。
(5）當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至70℃時(shí)，應(yīng)打開(kāi)冷卻水使反應(yīng)釜內(nèi)溫度不得超出70℃。
(6）當(dāng)設(shè)備無(wú)異常時(shí)，在第三次催化劑加入后，反應(yīng)至不吸氧氣，若持續(xù)15 min不吸氧，可視為反應(yīng)結(jié)束，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量。
通過(guò)對(duì)硫酸法鈦白濃廢酸制備聚合硫酸鐵可行性方案研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論：
(1）以硫酸法鈦白的副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵和濃廢酸為原料、以氧氣為氧化劑、亞硝酸鈉為催化劑，通過(guò)催化氧化合成液態(tài)聚合硫酸鐵的方案是可行的。
(2）通過(guò)年產(chǎn)25 kt聚合硫酸鐵項(xiàng)目方案可行性研究，年產(chǎn)5萬(wàn)t鈦白粉生產(chǎn)線可以通過(guò)4套年產(chǎn)25 kt廢酸制備聚合硫酸鐵方案消化100 kt濃廢酸，將濃廢酸完全循環(huán)作為絮凝劑產(chǎn)品進(jìn)行銷售，變廢為寶，綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
(3）通過(guò)試驗(yàn)分析找出了最佳的工藝條件，n(SO42-）/n(Fe)=1.24；催化劑亞硝酸鈉加量控制在聚合硫酸鐵總質(zhì)量的0.4%，氧化劑（氧氣）量占聚合硫酸鐵總質(zhì)量的0.6%。
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