制备含有三价铁离子的水纯化溶液的方法以及所获得的产物技术

本发明专利技术涉及一种由二价铁离子制备含有三价铁离子的溶液形式的水处理制剂的方法，涉及在该方法中获得的颗粒中间产物，以及涉及该方法最终产物的应用。在该方法中，在升高的温度下将由水溶液形式的二价铁离子和可能的杂质组成的原料氧化，从而获得一种沉淀的基本上纯净的三价铁化合物和一种含有所说的杂质的溶液相，本发明专利技术的发明专利技术点在于该沉淀过程以这样一种方式进行，使得部分三价铁作为针铁矿ＦｅＯ（ＯＨ）沉淀，或者在硫酸根离子存在下以水合氢离子铁矾Ｈ↓［３］ＯＦｅ↓［６］（ＯＨ）↓［６］（ＳＯ↓［４］）↓［２］的形式沉淀，而余下部分的三价铁离子以可溶于水三价铁化合物的形式保留在溶液相中，合适的原料包括含有杂质的硫酸亚铁和含有氯化亚铁的酸洗溶液。通过过滤将沉淀的纯三价铁化合物分离，或者将该浆料造粒，形成固体中间产物并且随后再次溶解在水形成浆料，而纯的三价铁化合物通过过滤而分离。将纯的三价铁化合物溶解在酸中，适合作为处理饮用水的絮凝剂，而该溶液相适用作为处理废水的絮凝剂。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于由二价铁离子制备含有三价铁离子的水纯化溶液的方法，在该方法中，水溶液形式的二价铁离子和含有杂质的原料在高温下氧化，从而获得一种可以沉淀的基本上纯净的三价铁化合物和一种含有所说的杂质的溶液相。通过本专利技术的方法，可以制备适用于水纯化过程的三价铁试剂，特别是由不纯的二价铁原料，例如作为工业过程的副产物和酸洗废液而获得的含有杂质的硫酸亚铁来制备该三价铁试剂。在本申请中，术语杂质是指在饮用水中有害成分Pb,Co,Cr,Cu,Mn,Ni,Zn,Hg,As,Cd,Sb,Se。硫酸亚铁中一种常见的杂质是Mn。三价铁试剂通常在水纯化过程中用作化学絮凝剂。它们是由作为工业过程的副产物或作为废物的铁化合物而制得的。这些原料的例子是在氧化钛生产过程中形成的硫酸亚铁以及主要含有氯化铁或硫酸铁的酸洗溶液。但是这些原料的运用受到下列事实的限制，即它们经常含有浓度受到限制的杂质。举例来说，含有大量Mn的试剂不能用作纯化饮用水。这种试剂仅能用来处理废水或污水。用来由作为工业过程副产物的硫酸亚铁制备硫酸铁溶液的常规方法是首先在水和酸的混合物中溶解硫酸亚铁，而后将氧导入到溶液中，由此形成硫酸铁溶液。PCT/FI95/00045申请中描述了一种经过改进的方法，在该方法中，向硫酸亚铁溶液中加入硫酸，从而产生一种含有硫酸的浆料；将该浆料在高压和60-140℃温度下氧化。在这种情况下的氧化反应是FeSO4+1/2O2+H2SO4+xH2O Fe2(SO4)3+yH2O由此形成一种硫酸铁浆料，可以将其造粒并以溶解形式用作水纯化试剂，只要原料不含有对水纯化运用来说过分大量的杂质。成粒的产物通常含有约20％的铁。如果产物中的铁含量可以达到更高，则该产物的使用经济性将会更好。通过降低产物的吸湿性并增加其颗粒强度，则可以进一步改善产物的可操作性。此外，通过降低该产物的酸性，其在潮湿环境下引起的腐蚀性可以得到降低。如果用作原料的硫酸亚铁就像常见的那样含有有害杂质，则所获得的产物肯定不能用于所有的水处理目的。经常是硫酸亚铁含有Mn杂质，由此由这种硫酸亚铁制得的试剂仅仅能用于对此没有限制的运用中。因此这就降低了该产物的用途及价值。人们一直在试图通过由硫酸亚铁中沉淀不太可溶的主要是氢氧化物和硫酸的盐如硫酸氢氧化铁和钠铁矾来解决由于杂质而引起的问题。这种方法公开在申请人的早期专利申请PCT/FI94/00588中。在这种方法中，将硫酸亚铁溶解于水和酸的混合物中，如果需要可以向该溶液中加入一种合适的钠化合物。将所获得的溶液在高温下氧化，从而如上所说使没有杂质的不太可溶的铁化合物由该溶液中沉淀。沉淀的铁化合物通过过滤而分离。这种方法存在下列问题，即余下的酸性母液首先必须被中和而后对其进行处理，使之可以安全排放。在实际操作中，处理母液所需的措施降低了方法的经济性。另一个问题是所获得的钠铁矾具有较低的溶解度，因此必须将其重新溶解在硫酸或盐酸中。J.Bohacek等人在材料科学杂志(美)28(1993),pp2827-2832中的文章描述了一种方法，在该方法中，将硫酸亚铁氧化成硫酸铁并且作为水合氢离子铁矾或部分作为针铁矿沉淀而用作颜料。捷克斯洛法克专利2771141描述了一种类似的沉淀过程并且认为含有硫酸铁的残余溶液可以用作水处理的絮凝剂。已经知道可以通过向溶液中加入硫酸和盐酸并且将该溶液氧化由此形成相应的铁化合物而由酸洗溶液(是氯化物或硫化物溶液)制备铁化合物。当起始溶液含有杂质时，就会在含有铁化合物的溶液中存在这些相同的杂质。因此所获得的产物作为水处理试剂的用途将取决于这些杂质在原料中浓度。本专利技术的目的在于提供一种方法，与以前用于水处理中的过程相比，通过该方法，可以更有效地采用作为工业过程副产物或废物的铁原料。其特定的目的在于由含有杂质的原料制备无杂质的铁试剂用于水处理过程中，特别是用于纯化饮用水，同时制备一种可用于废水处理的含有杂质的铁试剂。这些目的可以通过本专利技术的方法来达到，该方法的特征如权利要求1中所说。在本专利技术的方法中，可以氧化仅含铁原料和可能的水的混合物，在此情况下，氧化步骤将形成一种不溶于水的铁化合物，即针铁矿或水合氢离子铁矾，以及一种含有可溶形式的三价铁化合物的浆料；如果需要，可以在后续步骤中将浆料固化并转化成溶液形式的三价铁试剂。本专利技术基本点在于只有一部分，典型地为30-60％存在于原料中铁作为不可溶解的三价铁化合物沉淀，而其余的铁保持可溶解的形式。这就可以无需向原料中加入任何酸而实现，在这种情况下，在氧化步骤中，沉淀反应将一直进行，直到在沉淀不溶于水的铁化合物与可溶于水的铁化合物之间达到平衡。通过加入一种可以以碱的形式起反应的化合物，优选地为一种Mg化合物如氧化镁或氢氧化镁，可以使平衡向着沉淀的方向进行。该碱性物质增加了溶液的pH值，从而重新开始该沉淀反应并且使该反应一直进行，直到在该沉淀反应中形成的酸使pH值降低到使沉淀反应停止的水平。通过加入一种酸，可以使反应向着可溶化合物的方向转移。原则上，沉淀产率可以进行0-100％的调整，虽然本专利技术的思想如前所说是获得沉淀的纯铁化合物和含有铁离子的溶液这两种物质。根据本专利技术，将会获得两部分产物，这两部分均可以用作水处理试剂。当原料含有杂质时，这些杂质将进入到可溶于水的产物部分中。因此这种方法产生这样一种产物，该产物中不含杂质的不可溶的部分可以较容易地与含有杂质的可溶的部分分离。举例来说，通过过滤可以将由氧化和沉淀过程获得的浆料的溶液相和固体相彼此分离，在这种情况下，溶液相可以用作水处理试剂，而固体相重新溶解在一种酸中。另一种常常特别有益的方法是通过造粒或一些其它的相似方法如加压而使浆料固化，由此获得含有三价铁的固体中间产物。以这种方式，可以较容易地将产物输送到使用地点，并在那儿将其溶解在水中以分离纯净的三价铁化合物。当原料是含水硫酸亚铁如硫酸亚铁一水或七水合物时，可以采用下列方法。在升高的温度下、在加压反应器中将固体二价铁盐氧化，此时不加入酸或水。在氧化步骤中，二价铁盐溶解在其自身的结晶水中，同时开始沉淀出水合氢离子铁矾H3OFe3(OH)6(SO4)2。该反应可以描述如下H3OFe3(OH)6(SO4)2(s)(1)在氧化过程中，在硫酸铁溶液和水合氢离子铁矾之间建立一种平衡。这意味着大约有一半铁包含在溶液中，而其余的在沉淀出的水合氢离子铁矾中。可以将氧化的浆料造粒以产生固体中间产物，固体中间产物含有水合氢离子铁矾30-40％和余下的不同形式的硫酸铁Fe2(SO4)3·xH2O。该产物含有25-27％Fe，它比常规硫酸铁产物中高出20％。通过进一步干燥，可以获得更高的铁含量。该产物比常规的三价铁产物更少吸湿，其颗粒强度更高，其酸性更小。该产物是颗粒形式的，因此容易输送。由于天然的平衡在铁矾中包含40-60％的铁，而60-40％的铁是可溶形式的。如上所说，通过将一种碱性化合物加入到反应混合物中可以将铁矾的产量提高到该值以上。通过将该粒状产物首先溶解在水中可以制得溶液形式的絮凝剂，从而由可溶解的部分获得适用于处理废水或处理泥浆的冷硫酸铁溶液。溶液中杂质与铁的比例是原料中的两倍。不可溶解的部分可以用来制备没有杂质的絮凝剂。不溶解的部分是具有高铁含量的(33-36％)的非常纯的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由二价铁离子制备含有三价铁离子的水处理溶液的方法，其中在升高的温度下将由水溶液形式的二价铁离子和可能的杂质组成的原料氧化，从而获得一种沉淀的基本上纯净的三价铁化合物和一种含有所说的杂质的溶液相，其特征在于该沉淀过程以这样一种方式进行，使得部分三价铁作为针铁矿ＦｅＯ（ＯＨ）沉淀，或者在硫酸根离子存在下以水合氢离子铁矾Ｈ↓［３］ＯＦｅ↓［６］（ＯＨ）↓［６］（ＳＯ↓［４］）↓［２］的形式沉淀，而余下部分的三价铁离子以可溶于水的形式保留在溶液相中，以及将所获得的固体三价铁化合物与溶液相分离并且通过溶解于酸中而转化成适用于处理饮用水的纯化试剂，余下的含有可溶三价铁离子溶液相适用于处理废水。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S约克因，S佳福斯卓姆，T凯纳卡拉，O罗塔，J托玛拉，K斯泰恩达尔，
申请(专利权)人：凯米拉化学有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]