多元共聚鐵系凈水劑的生產方法技術

多元共聚鐵系凈水劑的生產方法，是以硫酸亞鐵和硫酸為主要原料，以硝酸鋅、硝酸鎂、硝酸鈣為催化劑，以磷酸、鹽酸為改性劑，在加溫加壓及充氧的條件下進行氧化、水解和聚合反應，約一小時內即可制得一種鹽基度≥２０％的多元共聚鐵系凈水劑。該生產方法生產周期短，反應過程溫和且無三廢污染。該凈水劑成本低，穩定性好，對人畜無毒無害無副作用，且凈水效果優越，可顯著提高出水速率，適用于自來水及生活污水、工業廢水等的凈化處理。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于處理自來水、工業用水、工業廢水及城市污水等的絮凝劑的生產方法，更準確地說是涉及用于處理自來水、工業用水、工業廢水及城市污水等的無機高分子絮凝劑——。多元共聚鐵系凈水劑是一種改性聚合硫酸鐵，是對聚合硫酸鐵傳統產品的一種改造和提高，是一種更高品質的聚合硫酸鐵新品種。聚合硫酸鐵是近幾年發展起來的一種重要元機高分子絮凝劑。聚合硫酸鐵與傳統的絮凝劑如三氯化鐵、硫酸鋁、氯化硫酸鐵等相比，具有生產成本低、且凈化過程的投加量少、適用pH范圍廣、雜質(濁度、重金屬、COD、懸浮物等)去除率高、殘留物濃度低、礬花沉降速度快，脫色效果好等優點。聚合硫酸鐵的生產方法多種多樣，但都包括了氧化、水解和聚合等過程。若按氧化方式的不同來劃分，聚合硫酸鐵的生產方法主要可分為二大類(1)直接氧化法，即采用強氧化劑(如H2O2、NaClO、KClO3和MnO2等)直接將亞鐵離子氧化為鐵離子，再經水解和聚合而得到聚合硫酸鐵；(2)催化氧化法，即在催化劑的作用下，利用空氣或氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，同樣經水解和聚合而得到聚合硫酸鐵。直接氧化法因為氧化劑消耗量很大，成本過高，加之由氧化劑而引進的殘留物的分離費用較大，不分離又將影響產品的質量，所以難以工業化生產。目前，國內外普遍采用催化氧化法生產聚合硫酸鐵，且主要以亞硝酸鈉和硝酸作催化劑。例如日本特許公開昭51-17516公開了一種聚合硫酸鐵的生產方法，是以硫酸亞鐵為原料，以亞硝酸鈉為催化劑，在一定溫度、壓力下通空氣氧化，經水解和聚合得到液體聚合硫酸鐵。公開號為CN1040505A(1990年)的中國專利技術專利，申請公開的方法是以亞硝酸鈉為催化劑，硫酸亞鐵用空氣氧化后與硫酸反應制得液體聚合硫酸鐵。公開號為CN1053322A(1991年)的中國專利技術專利，申請公開的方法是以硝酸為催化劑和氧化劑，硫酸亞鐵在硫酸存在的條件下經氧化、水解和聚合后制得了液體聚合硫酸鐵。總括目前國內外業已開發的生產聚合硫酸鐵的各項技術，大多存在如下缺點或不足(1)反應速度慢，生產周期長達15～18h，致使生產效率及設備利用率很低，生產成本較高。(2)這些生產方法對酸度都存在極大的依賴性，即酸的投加量必須很大才能保證最終的產品混合物中不出現氫氧化鐵沉淀，而酸的投加量增大必然降低產品的鹽基度，從而影響其凈水效果。(3)由于這些生產方法都會產生較多的氮的氧化物，而且都是在反應結束前的一個短時間內迅速產生，既污染了環境，又危害了安全生產。為了安全起見，反應釜往往在低負荷運行，致使設備效率低。此外，普通聚合硫酸鐵用于自來水的凈化，效果普遍比不上堿式氯化鋁，很難達到飲用水水質標準，所以在自來水行業主要仍采用堿式氯化鋁作凈水劑。本專利技術的多元共聚鐵系凈水劑由于鹽基度高、分子聚合度大且存在多組分協同作用，其穩定性和凈水效果比普通聚合硫酸鐵和堿式氯化鋁優越得多。由于多元共聚鐵系凈水劑不含鋁及其他有害成分，用于自來水凈化，徹底消除了鋁及其他有害成分對人體健康的潛在危害。聚合硫酸鐵的分子式可簡單地表示為m，其對應的鹽基度 聚合硫酸鐵的鹽基度越高，即n值越大，產品聚合度m也越高，其形成的礬花越大，絮凝效果越好，絮體的沉降速度越快。我國規定聚合硫酸鐵一級品的鹽基度必須≥12％，日本標準樣品的鹽基度規定為8.33～16.67％。但到目前為止，國內外聚合硫酸鐵工業品的鹽基度大多為8～12％，鹽基度超過16.67％的聚合硫酸鐵產品至今未見報導。因此，設法提高聚合硫酸鐵的鹽基度就成為改善產品質量的一條重要途徑。專利技術人經過長期探索性試驗與研究，篩選出一種新的催化劑和改性劑——硝酸鋅、硝酸鎂、硝酸鈣、磷酸、鹽酸及由它們組成的混合物，不僅大大加快了反應速度，使反應時間縮短至1h左右，而且在保證最終的產品混合物中不出現氫氧化鐵沉淀的前提下，有效地降低了硫酸的投加量，從而顯著地提高了產品的鹽基度。實事上，系統中少量的氯離子可增強產品的穩定性，并顯著地提高聚合反應的速度和分子聚合度；少量磷酸根的存在亦可顯著地增強產品的穩定性，并有利于礬花的形成和快速沉降；而少量鋅、鎂和鈣離子的存在不僅消除了鋁對人體健康的危害，而且顯著地強化了產品脫色、除濁和脫除重金屬等方面的性能。本專利技術的目的在于提供一種，采用新的催化劑，以極少的用量即可大大加快反應速度，縮短反應時間，提高生產效率，降低生產成本。本專利技術的目的還在于提供一種，采用新的催化劑，以極少的用量即可催化完成整個反應過程，完全消除了對環境的污染。本專利技術的目的還在于提供一種，采用一種改性劑，使反應過程對酸的依賴性大為降低，從而能顯著提高產品的鹽基度。本專利技術更重要的目的在于提供一種，采用一種改性劑，極大地改善了產品的穩定性和凈水效果。產品用于自來水凈化，不僅處理費用大為降低，出水速率顯著提高，而且還徹底消除了鋁對人體健康的潛在危害。本專利技術生產多元共聚鐵系凈水劑的方法是以硫酸亞鐵和硫酸為主要原料，以硝酸鋅或硝酸鎂或硝酸鈣或它們的混合物為催化劑，以磷酸或鹽酸或它們的混合物為改性劑，在加溫加壓及充氧的條件下進行反應。本專利技術生產多元共聚鐵系凈水劑的方法是將30.0％～32.0％重量的硫酸亞鐵、2.0％～5.0％重量的硫酸、1.0％～5.0％重量的催化劑、0.0％～2.0％重量的改性劑和55.0％～65.0％重量的水加入反應釜中，攪拌使各組分迅速混和均勻，旋開氧氣閥，將氧氣的流量調節在空釜速度為0.01～0.10V/V/M范圍內，并開始加熱，控制反應溫度為110～150℃和系統壓力為1.0～6.0atm。本專利技術生產多元共聚鐵系凈水劑的具體方法如下在常溫常壓下將30.0～32.0％重量的硫酸亞鐵、2.0～5.0％重量的硫酸、0.0～5.0％重量的硝酸鋅、0.0～5.0％重量的硝酸鎂、0.0～5.0％重量的硝酸鈣、0.0～1.0％重量的磷酸、0.0～1.0％重量的鹽酸及55～65.0％重量的水依次加入反應釜。上述物料可以不分先后順序加入反應釜內。加料完畢后關閉反應釜，并立即啟動攪拌機，使各組分迅速混和均勻；然后緩緩旋開氧氣進料閥，將氧氣的流量調節在空釜速度為0.01～0.10V/V/M范圍內，并開始加熱；控制反應溫度在110～150℃范圍內，系統壓力在1.0～6.0atm之間；反應1h左右即制得了一種均質、棕紅色粘稠狀、性能穩定的液體多元共聚鐵系凈水劑。由于整個生產過程既包含有大量吸熱反應，又包含有大量放熱反應，而且這些反應同時發生，互相制約，所以系統的溫度和壓力也會隨之發生周期性變化。在充氧速度及反應溫度基本不變的前提下，當系統壓力急劇下降至最高壓力的一半甚至更低時，反應即告結束。本專利技術采用的硫酸亞鐵可以是工業硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的礦渣、廢渣。本專利技術采用的硫酸可以是工業硫酸或含硫酸的廢液。本專利技術采用的磷酸和鹽酸可以是工業磷酸和工業鹽酸，或磷酸鹽和氯化物，或含磷酸根和含氯離子的廢液、廢渣。本專利技術采用的硝酸鋅、硝酸鎂和硝酸鈣，可以是含硝酸根、鋅離子、鎂離子及鈣離子的工業產品或廢料。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點(1)本專利技術提供的生產方法，選用了一種新的催化劑，減少了催化劑用量，縮短了反應時間，提高了生產效率和設備利用率，降低了生產成本，并完全消除了三廢污染。(2)本專利技術提供的生產方法，通過添加一種改性劑，不僅本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多元共聚鐵系凈水劑的生產方法，其特征在于以硫酸亞鐵和硫酸為主要原料，以硝酸鋅或硝酸鎂或硝酸鈣或它們的混合物為催化劑，以磷酸或鹽酸或它們的混合物為改性劑，在加溫加壓及充氧的條件下進行反應。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：莫炳祿，公國慶，阮復昌，盧燕玲，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]