废副产品的综合利用分解
废副产品的综合利用---硫酸亚铁的综合利用
硫酸亚铁又称绿矶,是硫酸法钛白粉生产中的主要副产品,根据矿源不同,每吨
钛白粉要副产七水硫酸亚铁2.5~4t。综合利用的好可以变废为宝;综合利用不好,不仅影响生产正常进行,大量的硫酸亚铁处理还是一个不小的难题,国外因为产
量很大、产品价值很低、运输费用较高,除少量综合利用外,其余大多数是用船运至深海排放,或购置山凹,底部作防渗处理后长期填埋,或者采用酸溶性钛渣为原料,减少或干脆不副产硫酸亚铁。我国的硫酸法钛白粉工厂全部用钛铁矿为原料,每吨钛白粉要副产3t 左右的七水硫酸亚铁,随着钛白粉产量不断增长,硫酸亚铁的综合利用问题越来越突出。
硫酸亚铁综合利用的渠道比较多,在美国硫酸亚铁(包括钢铁厂的副产硫酸亚铁)的消费对象,80%g于铁系颜料、8%用于肥料和饲料添加剂、5%g于水处理剂、3%g于催化剂,根据国内外的经验,如硫酸亚铁可以采用如下的综合利用路线。
(1)直接销售给不作二次深加工的用户
a.给合成氨厂作为制取铁触媒的原料,铁触媒可以促进水蒸气与一氧化碳生成氢,并能削弱氮、氢分子的化学键,降低合成氨的反应活化能,使反应能够快速进行。铁触媒的主要成分是氧化铁和铬酸酐,使用时将氧化铁还原成FesQ,
这是铁触媒主要活性成分。
铁触媒的制法是把硫酸亚铁溶液与碳酸铵(或碳酸钠)中和,生成氧化物沉淀,热煮使晶体进一步成长,然后过滤、洗涤、烘干与铬酸酐等物碾压成型后,在300C下焙烧、冷却、过筛后即为合成氨的铁触媒,1t铁触媒需消耗3.5t硫酸亚铁,其反应式如下:
FeSO 4+NaCG^ FeCOj +NaSO
FeCO 3—FeO+Ca
4FeO+O
2—2Fe2Q
2QT FdQ
FeO+Fe
b.作化肥(铁肥)硫酸亚铁作为铁肥在农业上可用作基肥、种肥或根外追肥,
也可直接给树干注射。铁肥是微量元素肥料之一,能使植物充分吸收氮和磷,可以调节植物体内的氧化还原过程,加速土壤有机物的分解,用它与有机肥料混合环施,能防止植物缺绿病(如苹果树的黄叶病)。硫酸亚铁与石灰制成合剂可防止稻热病、棉花炭疽病、角斑病等,也能防止蜗牛、种蝇等虫害,1963年河北农学
报上曾介绍用10僦酸铵、40僦酸亚铁和50%^木灰制成的复合肥可使玉米、春谷增产14.9%~37.1%另外用硫酸亚铁溶液浸渍大麦、小麦的种子可预防黑穗病和条纹病,某些花卉也需要硫酸亚铁作肥料。
由于硫酸亚铁属于酸性无机盐,它与绿肥制成的堆肥可改良盐碱地,在碱性土壤中二价铁会逐步氧化成三价铁被土壤固定住,我国北方许多地方属于石灰性土壤,缺铁问题突出,是主要使用铁肥的地区。日本专利JK-61-252289中曾介
绍用80%勺FeSO ? 7H2O与20%勺煤灰混合,在65~85°C下加热0.5~1h,脱去水分后可作为土壤改良剂;美国专利USP407779中也介绍过用硫酸亚铁作为土壤改良剂。
c.工业水处理剂硫酸亚铁本身就是一种混凝剂,在水中水解成胶体氢氧化铁与水中杂质发生共沉淀,可以代替明矶等处理工业废水如:硫酸亚铁一石灰法处理含铬废水,理论投药比为Cr6+: FeSO? 7HO=1:16,反应式如下:
H 2Cr2O+6FeSO+6HSO—Cr2(SC4)3+3Fe2(SO)3+7HO
Cr 2(SC4)3+3Ca(OH)—2Cr(OH)3 J +3CaSO 另外也可作为络合剂用于处理含氰废水:含氰废水(30~5000mg/L)在pH4~10 时加入硫酸亚铁,除去硫化物等杂质后在pH6~1(时再次加入硫酸亚铁脱氰络合,生成亚铁氰化物,进一步络合还可以生产铁蓝。
在焦化和印染行业,也可以用硫酸亚铁处理焦化厂的有机废水和印染厂的硫化废液等,1984年“上海环境科学”杂志中曾报道用10%硫酸亚铁溶液处理某色
织厂染纱废液,脱硫率可达95%使碱性的废液从pHl4降至中性。
d.混凝土添加剂,前苏联和波兰都曾研究在水泥熟料焙烧时添加2%~4硫酸
亚铁,可提高燃料中重油馏分的燃烧效率;或把硫酸亚铁与氢氧化钠一道作为混凝土中的复合添加剂,可以增强混凝土的强度。
e.饲料添加剂,硫酸亚铁可以作为微量元素(铁)用于饲料工业,国内大多数工厂是把七水硫酸亚铁洗涤净化、干燥粉碎后作为饲料添加剂出售,但最好是制成一水硫酸亚铁后使用了一水硫酸亚铁在使用时不易结块,可以减少添加量和运输量。铁是构成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素和多种氧化酶的成分,铁还对猪、鸡食用的棉籽饼中所含的毒素棉酚具有脱毒作用,还可以使猪避免出现贫血、活力下降、毛质粗硬、皮肤松弛、呼吸促迫等症状。
f.其他直接用途,用于制造缺铁性贫血用的葡萄糖酸亚铁;冰箱、洗手间除臭剂;制造蓝黑墨水;照相制版;木材防腐剂;泡沫灭火药中的添加剂,印染敏化剂等。
(2)用于制造聚合硫酸铁净水剂
聚合硫酸铁又称羟基硫酸铁,简称聚铁(PFS),是一种高效广谱高分子无机
絮凝剂,分子式为:式中n小于2、m(聚合度)大于10, m=?(n).
商品聚铁有液体和固体2种形式,最早是日本日铁矿业公司于1974年研制成功,并申请了专利(日特昭49-53195),我国原化工部天津化工研究院80年代初开始研究,并于1984年在南京油脂化工厂建成了国内第一套工业化生产装置。由于聚铁混凝效果好、工艺简单、价格便宜,目前国内已有近百家工厂生产聚合硫酸铁(绝大多数是液体),国外一些钛白粉工厂也用硫酸亚铁来制取聚合硫酸铁,如Tioxid令公司在西班牙的工厂中用副产硫酸亚铁生产聚铁。
液体聚铁是一种均相红棕色带有粘性的液体,固体聚铁是一种淡黄色至深黄
色的粉末或固体颗粒。液体聚铁的相对密度》 1.45、凝固点w -13C、20E时粘
3
度10X 10-Pa? s(cP)、pH0.5~1.0、碱化度8~1.6、三价铁含量》160g/L、二价铁含量w 1g/L o
聚铁具有多核络离子结构,或多核羟基铁配合物,属于阳离子电荷密度很高的无机高分子混凝剂。聚铁在水溶液中水解生成大量的[Fe2(OH)3] 3+、[Fe2(OH)2]4+、
[Fe8(OH)2°]4+等络离子扩能快速中和水中带负电荷的胶体微粒,在被中和或被吸附的粒子间架桥,互相碰撞、缠绕使颗粒增大而沉降下来,并具有降低CODBOD 脱色、脱臭的作用,在工业废水、自来水,特别是长江水系中沉降速度快、适用pH范围广,具有极好的混凝效果。它与硫酸铝、聚氯化铝相比价格便宜、沉降速度快,与三氯化铁相比不仅便宜、腐蚀性也较低。
液体聚铁的制备方法主要有2种。
a.催化氧化法把硫酸亚铁溶液与硫酸和催化剂,(NaNO、HQ、MnO等)混合,用氧气直接氧化,由于催化剂的存在可以使硫酸亚铁在酸性条件下氧化,其化学反应式如下:2FeSO 4+2NaN9HSQ===2Fe(OH)SGNaSO+2NO
FeSO 4+NO===Fe(NO)SO
2Fe(NO)SO 4+0.5O2+H^O===2Fe(OH)SO2NO
2NO+0.5O 2===NQ
2NO+O 2===2NO
2FeSO 4+NO+HO===2Fe(OH)SO2NO
2FeSO 4+NO+HO===2Fe(OH)SONO
我国大部分工厂采用此种方法,这种方法工艺简单、成本低,但是因为是气液反应、反应时间长、催化剂用量大,反应过程中产生的NO NO污染环境需要处理。
b.直接氧化法,直接氧化法是把氧化剂KC10 HQ、HNO HNSO亚硝酰硫酸)
等直接与硫酸亚铁溶液进行氧化反应
其中HQ法是把硫醉亚铁与硫酸混合加热搅拌升温至50 C,加入HQ进行氧化反应即可制得聚铁,但此法HQ价格贵、不易保存、使用效率低。另外一种方法是先把硫酸亚铁溶液与"Q反应制成氧化剂(A),再用氨水中和另一份硫酸亚铁溶液至pH8~9生成一种墨绿色的母液(B),然后按一定比例把A、B2种溶液在常温下混合反应1.5h后,即获得红棕色的聚铁溶液。
由于KC1Q在酸性条件下是强氧化剂,操作时把硫酸亚铁与硫酸混合加热至40~50C,加人KC1G进行氧化即可制得聚铁,但此法产品中混有Cl-根和残留的KCIQ,在有些领域中不能使用,而且KC1Q价格也较贵.
HNO 3法是把硫酸亚铁、硫酸和硝酸按一定比例混合,在50~70C、0.1~0.2MPa 下通入空气氧化,然后在102~103C下完成水解聚合、该法反应时间短(2h),所得产品浓度高,但是加压生产、设备投资高,同样存在NO、NO等的污染问题。
固体聚铁的制备方法大约有如下几种。
把硫酸亚铁在回转窑内加热至150~400C脱水,同时通入空气使其氧化(也可直接通入氧气),待氧化完全后缓慢加入硫酸进行酸化聚合,然后冷却粉碎,该法能耗高、质量不稳定、环境污染严重;
用液体聚铁直接喷雾干燥,一步法从液体聚铁制成固体(粉状)聚铁,该法产品质量好、总铁含量高、颜色浅、溶解速度快,但能耗大、成本比较高。也可以把液体聚铁先浓缩再烘干后粉碎;
美国专利USP 450727沖介绍,在流化床内加热先生成FeSQ?5.5比O,然后继续升温脱水生成FeSQ?4HO,最后在250C使80%~90的硫酸亚铁转化成硫酸铁,接着在180~200C下加入96%勺硫酸,生成含有26%E价铁、1.69 %二价铁和1.87%游离硫酸的产物,继续在流化床内鼓入空气冷却至室温出料,该法操作复杂、能耗高,工业化生产采用的很少。—
近年来聚合硫酸铁引人注目的新进展是与有机絮凝剂如:阳离子型有机高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(CH=CHCH2N(CH)2C1等复配,或铁、铝复合
生成聚合硫酸铁铝等复合型聚铁(CN1101896A CN1110664/等)或气磷酸钠反应生成聚磷硫酸铁以提高聚铁的使用效果、减低腐蚀性,并不降低原水的pH值。
(3)生产一永硫酸亚铁
一水硫酸亚铁(FeSQ?H20)的用途与七水硫酸亚铁差不多,但是一水硫酸亚铁的纯度、含量比七水硫酸亚铁高,不易潮解结块,便于长途运输和贮存,应用范围比七水硫酸亚铁广。
七水硫酸亚铁于56.8 C脱水生成FeSO ? 4HO, 64~90C转变为一水硫酸亚铁(64 C脱水成为FeSQ?HO 73C转变为白色、80C熔结、90C熔融)。制备一水硫酸亚铁的方法.主要有如下几种。
a.真空干燥脱水,一般可采用真空耙式干燥机,这种方法是使,硫酸亚铁在真空下,低温干燥脱水,产品质量好、外观颜色浅,但能耗高、生产效率低、成本也较高。
b.直接烘干法,一般可使用转窑加热烘干,为了防止硫酸亚铁在高温下氧化,有时要通入氮气保护,脱水烘干后的一水硫酸亚铁需要粉碎,该法产品质量不太稳定、能耗也较高。
c.沸腾干燥法,济南大学化学系和山东省科学院干燥中心,曾做过以燃煤热风炉为热源,采用连续多室单层流化干燥床,生产饲料级一水硫酸亚铁,可以只通过一步干燥就能达到国家标准。
d.湿法生产一水硫酸亚铁从硫酸亚铁在水中的溶解度就可以知道,在64~90C之间让硫酸亚铁达到饱和状态,就可以获得一水硫酸亚铁。具体操作方法是在搅拌下于搪瓷反应锅中,把硫酸亚铁溶于水,升温至沸腾进行蒸发浓缩,当温度达到102°C时开始变成灰白色悬浊液,然后停止加热趁热离心过滤,滤饼经干燥后粉碎包装。滤液净化后可返回用于溶解硫酸亚铁,如果滤液中重金属铅、砷超标,可加入活性铁粉,提高pH值的方法来除去。上述湿法同样可以在浓硫酸中进行,效果则更好。
(4)铁系颜料
铁系颜料是一种重要的无机颜料,一般都具有耐碱、耐晒、无毒、价廉等优点,广泛应用于涂料、塑料、橡胶、建筑等行业,是硫酸亚铁综合利用主要途径之一。
①硫酸亚铁的精制与提纯,铁白粉副产硫酸亚铁中含有Ti、Mn V、Al、Ca
Mg等的氧化物或硫酸盐,实践证明硫酸亚铁中TiO2含量超过0.3%时,对铁系颜
料的色相有非常明显的影响,因此在使用前必须预先精制提纯,硫酸亚铁的精制方法有如下几种:
a.前苏联国立涂料研究设计院,把硫酸亚铁在钛白粉水解废酸(15%~20%中
打浆,此时硫酸亚铁仍为固相,而硫酸亚铁中的杂质经过打浆进入液相废酸中,
然后经真空或离心分离即可获得精制提纯后的硫酸亚铁。
b.用硫酸把硫酸亚铁溶液的pH值调至0.4~0.5,加热到70C左右加入氯化钡溶液煮沸2~3h,然后加絮凝剂(PAM),使硫酸亚铁中的硫酸氧钛水解成白色羽毛絮状物,过滤分离后钛的净化率可达96%以上,硫酸亚铁中的TiO2含量可降至0.03%以下。
c.在硫酸亚铁溶液中加入铁粉或铁皮,使三价铁还原成二价铁,随着pH的
升高,逐渐析出水解后的偏钛酸,再通过沉降分离就可以获得精制后的硫酸亚铁溶液。
d.把硫酸亚铁溶液用酸或碱把pH值调至4,使钛以氢氧化物的形式析出,然后除去氢氧化钛,也能获得净化后的硫酸亚铁溶液。
为了获得杂质尽可能少的硫酸亚铁溶液,最好把上述净化方法中的2种并用
为好。
②氧化铁红的制备,氧化铁红是铁系颜料中最重要的一种,用硫酸亚铁制备氧化铁红(Fe z O)可分为干法和湿法2种:
干法:干法生产氧化铁红有喷雾煅烧法、直接煅烧法、一水硫酸亚铁加炭煅
烧法、一水硫酸亚铁加硫磺煅烧法、碱式硫酸铁热分解法等。最简单的办法是把 硫酸亚铁先烘干、脱水生成FeSQ ?HO,然后在800C 下煅烧生成粗氧化铁红
(Fe z Q),把此粗氧化铁红粉碎、水洗、干燥、再粉碎即为成品,废气 SQ 可回收 用于制硫酸,该法煅烧温度很重要,温度偏低色相带黄相、偏高带蓝相,其化学 反应式如下:
FeSO 4-7H 2O — FeSO 十 HQ 卡 6HjO
+ 1 +2Fe2(SO 』3 + 6H2Q
800匸
2Fe2(SO 4)3 —2F G O3 + 6SO 3
[艺流程示JS 图参见图
FeSO*,7H 3O ~l? 化 f ——划 ft 水 1
腔呂一|粉眸]? ------ I f --- [水 tft
图1 干袪H 化恢红示鬲匡
一水硫酸亚铁加炭还原煅烧法的过程是先把 FeSQ ? 7HO 烘干、脱水生成 FeSQ ?HQ,然后加入炭(焦炭、煤、木粉等还原剂),在一密闭窑中于750C 下煅 烧可得到干法氧化铁红;
添加硫磺煅烧法,主要是利用硫磺燃烧时所放出来的热量来热分解部分脱水
的硫酸亚铁,硫磺的加入可以提高煅烧废气中 SQ 、SQ 的浓度,便于回收硫酸;
碱式硫酸铁热分解法,是在2层沸腾床内进行,先在下层使硫酸亚铁脱水,
并通入含氧气体(富氧空气)生成碱式硫酸铁(FezQ ? nSQ ?nHQ),然后再吹入上 层沸腾床,以氧化铁为催化剂沸腾焙烧生成氧化铁红,此法炉气中的 SQ 较高, 可以直接用硫酸吸收生成浓硫酸;
日本堺化学公司将七水硫酸亚铁在300°C 下脱水生成一水硫酸亚铁,然后在
500C 下用空气氧化生成FezQ ,Fe(SC 4) 3,再于700~800C 下高温分解成Fe z Q,经 表面处理后制成氧化铁红颜料,月产量近 400t ,废气中的SQ 、SQ 可供制硫酸。 湿法:
工业生产中采用湿法工艺以氨中和法较多,其制造过程是先把硫酸亚
铁溶液用氨中和,沉淀出氢氧化亚铁,然后通入空气氧化制成晶种,把此晶种加到硫酸亚铁溶液中,通蒸汽加热至80~90C,同时吹入空气氧化,使氢氧化亚铁氧化成三氧化二铁,沉析在晶种上,再通过过滤、水洗、干燥、粉碎制成氧化铁红颜料,同时副产硫酸铵,也可以通过蒸发回收氨。但此法氧化时间太长,最近的新工艺是在氧化时加入亚硝酸钠,利用它生成的NO作催化剂,可明显加快氧
化反应的速度。除了用氨中和外,还可以用碱(NaOH,NaCO等)中和,但以氨中和氧化法质量较好,其化学反应式如下:
2FeSO 4+4NHOH+2O+0.5Q—F G Q+2(NH) 2SO+3HO
2FeSO 4+4NaOH七O+0.5O—FRO+ZNaSO+SHO
2FeSO 4+2NaCO+HO+0.5O—Fe2Q+2NaSO+HO+CO 在湿法生产氧化铁红的工艺中,还有一种先生成黄色的a-水合氧化铁,然
后在700~800C下煅烧而制得针状氧化铁红颜料(直接煅烧获得的是球状氧化铁红),其工艺流程示意参见图2。
胡二3严1一-EZD一^匝亘一疸国空气*_______ ,
血品f—[厢碎卜—[宇友]*—
图2龍法氣化铁红流程
此外还有在硫酸亚铁溶液中加入硫酸和氯酸钠进行氧化,使硫酸亚铁转化生成硫酸铁,然后加入氢氧化钠后加热、分离、水洗、干燥,每100份硫酸亚铁可以获得27.5份a-云母氧化铁和50份硫酸钠(USP3987156)。不同湿法生产出来的氧化铁红,由于其粒径大小的差异,其颜色深浅略有差别。
③氧化铁黄的制备,氧化铁黄也是铁系颜料中的一种,正确名称应为a-水合氧化铁,分子式Fe2Q?H2O,属于针铁矿型,温度超过177C时开始逐步脱水,最后从黄色的a-水合氧化铁生成红色的三氧化二铁(氧化铁红)。
氧化铁黄的制备工艺与湿法制备氧化铁红的工艺相类似,先把硫酸亚铁溶液
用稀氨水中和生成墨绿色的胶状氢氧化亚铁,然后通入空气氧化形成晶种,反应式如下:
FeSO 4+2NHOH> Fe(OH)2+(NH0aSC4
4Fe(OH) 2+Q—4FeOOH+2O 第二步是把晶种加到硫酸亚铁溶液中,同时加入铁屑,通蒸汽加热至
70~75C,吹入空气氧化生成a-水合氧化铁和硫酸:
4(FeSO 4 ? 7H2O)+Q— 2(Fe2Q ?H2。)J +4HSO+22HO
4H 2SQ+4Fe+28HO^4(FeSO ? 7HO)+4H T
反应中生成的硫酸又与铁屑反应生成硫酸亚铁,硫酸亚铁又继续被氧化成水
合氧化铁,所生成的水合氧化铁沉析在晶种上逐步长大,颜色由浅至深,直至达
到标准颜色为止,然后过滤、水洗、干燥、粉碎即为成品,该工艺的关键在于制备晶种时氨水的中和速度和氧化时硫酸亚铁的浓度,这2点对产品的质量有明显
的影响,工艺流程示意参见图3.
NH.OH
F8 ?刑0~;-*匮迴
排枝~一一 _ ____
曲”匾勇一匡團一医捶]—
图3湿法氧化铁黄海程示盘图
除此以外也可以把硫酸亚铁溶液与碳酸钠反应先生成碳酸亚铁沉淀,然后在20~25C下用空气使沉淀物氧化,或在50~60C下用氯酸钾氧化,可以制成氧化铁黄(玛斯黄Mass Yellow-Fe 2Q ? nH b O)。
④制备铁蓝,铁蓝又称华蓝[FeNHFe(CN)6],是在涂料和油墨中被广泛使用的一种无机颜料,可以用硫酸亚铁与黄血酸盐(钾或钠)反应制得。
生产时把硫酸亚铁事先用硫酸和铁屑净化,使亚铁中的三价铁还原成二价铁,把净化后的硫酸亚铁溶液加到黄血酸盐溶液中,升温至90~100C,加入硫酸
铵,同时加入硫酸熟化2h,随后冷却至70~75C,缓慢加入氯酸钾溶液进行氧化,保温
2~3h使二价铁氧化成高价铁变成蓝色,然后过滤、水洗,加入萘酸锌或环烷酸锌助剂以提高它的研磨时湿润性和分散性并能防止褪色,接着干燥、粉碎后
即为铁蓝成品。由于铁蓝高温下容易燃烧,因此最好采用气流粉碎机粉碎。
⑤制备氧化铁黑,氧化铁黑可以把硫酸亚铁溶液,与过量纯碱在一起用水蒸汽加热
(95 C),然后过滤、水洗、烘干、粉碎后制得,其化学反应式如下:
6FeS0 4+6NaCO+Q—2Fe3C4+6NaSQ+6COT
也可以用氢氧化铁和氢氧化亚铁加成反应后脱水制得,其化学反应式如下:
2Fe(0H) 3+Fe(0Hl—2Fe(OH)3 ? Fe(0H)2
2Fe(0H) 3 ? Fe(0H)2—Fe3Q+4HO
还可以用硫酸亚铁与氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁,然后高温脱水获得氧化亚铁,新生的氧化亚铁再与三氧化二铁(氧化铁红)反应生成黑色的四氧化三铁。制造时的原料配比为:硫酸亚铁:三氧化二铁:液碱(30%)=2.2:1:2.2,先把硫酸亚铁溶液加热到60T左右,加入三氧化二铁,升温至沸腾,缓慢加入液碱中和至pH7~8,然后检查色光是否合格,色光可通过调整硫酸亚铁的加量来掌握,色光达
到要求后,继续第二次按上述比例加入物料进行中和反应,反应接近终点时加入
硝酸铵,使残存的二价铁转为三价铁,当色光达到标样以后停止搅拌放料,沉淀、水洗、压滤,滤饼在不高于100C的情况下干燥、冷却、粉碎、包装。反应式如下:
FeSO 4+2NaO—Fe(OH)2 J +NaSQ
Fe(OH) 2—FeO+HO
FeO+Fe 20—FaQ
⑥透明氧化铁,透明氧化铁有红、黄、棕、黑色等,其中以透明氧化铁红和
透明氧化铁黄颜料用途较广,<涂料工业>1997 ? NO中介绍的方法是:先用浓硫酸和氯酸钠对硫酸亚铁进行氧化反应,化学反应式如下:
6FeSO 4+NaCIO+3HSQ—3Fe2(SC4) 3+NaCI
然后在氧化反应物料中加入氢氧化钠使F Q(SQ) 3生成胶体氢氧化铁,化学反应式如下:
Fe 2(SQ4) 3+6NaQH2Fe(QH)3+3NaSQ
反应所生成的氢氧化铁胶体为无定型的化合物,在铁屑的存在下生成晶型稳定的a-水合氧化铁,其反应式如下:
2Fe(QH) 3— F B Q ?H2O+2J2O
Fe(SO 4) 3+4Fe+4H—FezQ ?H2Q+3FeSQ6[H]
最后用十二烷基苯磺酸钠进行表面处理,表面处理后用二苯胍进行絮凝,再通过水洗、过滤、烘干、粉碎后制得透明氧化铁黄颜料。
⑦其他铁系颜料,把上述铁系颜料进一步深加工,还可以制得其他衍生铁系颜料如:把氧化铁红、氧化铁黑及少量氧化铁黄,按一定比例混合分散,可以制得氧化铁棕颜料。氧化铁棕颜料也可以用硫酸亚铁和硫酸铝与碳酸钠反应,把其沉淀物在400下煅烧后制得氧化铁棕;
把华蓝(铁蓝)与氧化铁黄按一定比例混合分散后,可以得到氧化铁绿颜料;
在制备氧化铁红时,控制F Q Q的结晶状态和粒子大小,可以制得氧化铁橙和氧化铁紫,当粒子呈片状,粒径在0.25卩m时得到的是橙色的F62Q;当粒子呈核状,粒径在0.75卩m时可获得紫色的F Q Q。
(5)硫酸亚铁用于生产硫酸
德国克朗诺斯公司和意大利蒙特迪森公司等把硫酸亚铁在高温下脱水生成一水硫酸亚铁,然后与黄铁矿一同焙烧制硫酸并已投入工业化生产。该工艺的特点是充分利用黄铁矿氧化时的热量,使硫酸亚铁分解从而降低焙烧温度,提高SQ的浓度,同时还能除去部分砷
等杂质,含硫量28%~30的黄铁矿中可以掺入30%
的FeSQ? 7HO,此法我国也有单位曾经实践过,类似以上原理,也可以把硫酸亚铁掺入硫磺中一同焙烧生产硫酸。
英国和前苏联把硫酸亚铁脱水后与煤粉一同高温焙烧,炉气中含SQ9.2%, SQ0.5%,可用于生产硫酸。日本石原产业株式会社用硫铁矿与硫酸亚铁、石油精制残渣一道焙烧后生产硫酸。
德国拜耳公司和萨其宾公司的方法是把七水硫酸亚铁先在30%~65的浓废酸
中脱水生成一水硫酸亚铁,然后再与硫铁矿焙烧生产硫酸,30%~65的浓废酸是
由废酸浓缩车间来的70%&废酸与20%勺水解废酸配制后获得的,该法的优点是可以节省硫酸亚铁脱水时的能耗,综合利用了浓废酸,而且湿法脱结晶水污染较小。美国专利
USP416304中介绍的利用废酸和硫酸亚铁联合制备硫酸的方法,也属于这一类型。
(6)制造磁性氧化铁
磁性氧化铁指的是一种有磁性的FaQ黑色粉末,可作为光电复印粉、激光喷墨打印油墨、录音磁带等;另一种是导磁性很强的丫-FezQ红棕色粉末,主要用于磁记录材料,一般都含有钻Co- 丫-Fe z Q,这样效果更好;还有一种是铁氧体用高纯氧化铁,属于a-Fe z O3 ,是软磁铁氧体的主要原料(占其组成的70%).以上3种磁性氧化铁都可以以硫酸亚铁为原料来生产,其中铁氧体用高纯氧化铁在国内已有多家工厂生产。
铁氧体用氧化铁的原料来源过去是钢铁厂酸洗钢材时废液中所提取的硫酸亚铁,著名的鲁氏(Ruthner)氧化铁,就是把轧钢时的酸洗废液(HCI或HSQ),先浓缩然后高温喷雾煅烧,使氯化亚铁或硫酸亚铁在高温下分解生成氧化铁(Fe z Q),而产生的HCI气体和SG 气体可以回收生产盐酸和硫酸,这种方法生产成本较低,我国宝钢、鞍钢等数家大型钢铁联合企业都有引进装置用此法来生产a-FezQ的装置。
日本石原产业株式会社首先开发了用钛白粉生产中的副产硫酸亚铁来生产
铁氧体用氧化铁,我国冶金部长沙矿冶研究院、南京油脂化工厂和化工部第三设计院于1989年共同在南京建立了国内第一套用钛白粉厂的副产硫酸亚铁来生产铁氧体用氧化铁的中试车间,目前国内已有数家钛白粉工厂建有此生产装置,产品质量完全符合国家有关标准,虽然生产成本比鲁氏法高,但这种方法是钛白粉工厂硫酸亚铁综合利用中附加值较高的产品,生产过程如下。
因钛白粉生产中的副产硫酸亚铁中含有硫酸钛等杂质,因此先要把硫酸亚铁溶液进行精制提纯,同时用精制后的硫酸亚铁溶液制备晶种,此晶种是一种非胶体的氢氧化铁,然后把此晶种加到净化后的硫酸亚铁溶液中,在数台串联的氧化反应器中通入空气、氨气、蒸汽,并连续加入硫酸亚铁溶液,进行连续氧化反应,然后进行过滤、水洗、煅烧后即为铁氧体用氧化铁。由于该产品对SiO2、AI2Q 等杂质要求很严,因此洗涤用水的水质要求较高,此外生产中亦可用碳酸氢铁代替氨来反应,工艺流程参见图4。
FeSO4 ' THQ
图4铁氧体用氧化铁生产流程
(7)制造硫酸锰和碳酸锰
用硫酸亚铁和水解废酸与软锰矿反应可以生产硫酸锰。为了提高锰的利用
率,可以把母液与碳酸铵或碳酸氢铵反应生成碳酸锰,其化学反应式如下:
MnO 2+2FeS(4+2HSQ—Mn SGFe(SC4) 3+2HO
4+(NH0 2CA Mn C 3+(NH02SC 4 MnSO 4+NHHC&NHHMnC 3+(NH 4) 2SO
生产时按一定比例把软锰矿粉、废酸和硫酸亚铁一同加热,同时加入铁屑使 Fe 2
(SQ )3还原成FeSO 由于溶液中的三价铁含量较高,不能用常规的生成氢氧化 铁沉淀的办法来除铁,否则溶液中的氢氧化铁胶体使溶液的过滤很困难,一般用 硫酸铵除铁,一使其生成黄铵铁矶沉淀[(NH 4)2Fe 6(SO )4(OH )i2]除去,过滤后的溶 液再用MnC 3调节pH 至5.4,加入MnS 使溶液中的重金属离子生成难溶初硫化物沉 淀。
通过过滤除去硫化物沉淀的溶液,为了防止其水解,再用硫酸把pH 调至4.5 后进行浓缩、结晶,析出粉红色的硫酸锰,母液再与碳酸铵或碳酸氢铵反应制备 碳酸锰,其工艺流程参见图5。
过 捌 N&HO*
再 ZUjCO 〉
MnSO. W 班品 MnCQj
ffiS 就Itt 域和碘嚴鮭生产濂程
(8)其他综合利用产品
硫酸亚铁与碳酸钠在一起焙烧可与制造芒硝 (Na z SQ ),其生产过程是把
FeSQ ?7”。与NaCO 一道混合粉碎,在600C 下焙烧1h,然后用水浸取,并用硫酸 把pH 调至中性;过滤、浓缩、结晶后可以制得芒硝,滤液中的 F Q Q 可以用于生
MnSO
产氧化铁红,其化学反应式如下:
4FeS0 4 ? 7F2O+4NaCG+Q—2Fe2O+4NaSG+4CG+28HO
用硫酸亚铁与氧化镁的悬浮液一同煮沸后过滤,可以得到硫酸镁。
用硫酸亚铁还可以制造亚铁氰化钠,(黄血酸钠)、亚铁氰化钾(黄血酸钾)、硫酸钾、硫酸钾铵、铁铬木质素磺酸盐(一种用于油田开采的高分子泥浆分散剂)等。