液體聚合硫酸鐵生產(chǎn)工藝改進方法

1引言

直接氧化法生產(chǎn)液體聚合硫酸鐵的工藝在國內(nèi)較為成熟，條件控制方面眾多文獻資料中都有提及，在此不再詳細闡述。本文主要是從生產(chǎn)實際控制出發(fā)，針對聚合硫酸鐵液體生產(chǎn)過程中的部分工藝細節(jié)加以改進、優(yōu)化。從除味、節(jié)能、降低氧化劑用量等方面對生產(chǎn)進行調(diào)整，以提高聚合硫酸鐵產(chǎn)品的品質(zhì)，降低聚合硫酸鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，以增強產(chǎn)品的市場競爭力。

2原有工藝存在的問題和改進

2.1直接氧化法生產(chǎn)工藝

國內(nèi)大多數(shù)聚合硫酸鐵的生產(chǎn)廠家均采用直接氧化法，此法是依靠氧化劑將Fe2+氧化成Fe3+，工藝路線較簡單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設備成本，但氧化劑用量大，且價格較貴。常見的氧化劑有氯酸鈉、雙氧水、次氯酸鈉、硝酸等。

整個反應過程分為：氧化反應、水解反應和聚合反應。

其中氧化反應如下：

氯酸鈉作為氧化劑：

6FeSO4+NaClO3+3H2SO4→3Fe2（SO4）3+3H2O+NaCl

雙氧水作為氧化劑：

2FeSO4+H2O2+H2SO4→Fe2（SO4）3+H2O

水解反應：

Fe2（SO4）3+nH2O→Fe2（OH）n（SO4）3-n/2+（n/2）H2SO4

聚合反應：

m[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]→[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]m

氧化反應為慢反應，水解和聚合反應為快反應。氧化反應控制為整個生產(chǎn)的關鍵。氯酸鈉氧化法，產(chǎn)品的穩(wěn)定性好，反應的效率也較高，但產(chǎn)品中有余氯，產(chǎn)生刺激性氣味。雙氧水氧化法，產(chǎn)品雜質(zhì)含量較少，但單獨雙氧水作為氧化劑，雙氧水用量很大，且因雙氧水密度較低，產(chǎn)出的液體產(chǎn)品密度相比氯酸鈉作為氧化劑較低。我公司原有生產(chǎn)工藝為氯酸鈉直接氧化法。主要操作步驟：向反應釜中加入清水，開啟攪拌蒸汽加熱升溫，當溫度升高至60～80℃時，投入原料硫酸亞鐵，待硫酸亞鐵完全溶解后緩慢加入工業(yè)硫酸（92.5%），加酸完畢10min后緩慢加入氯酸鈉溶液（47.5%），控制加入速度，投加完畢后檢驗聚鐵液體的熟化度，反應完全放入液體儲池，反應未完全根據(jù)檢驗結(jié)果，適當加入氯酸鈉溶液直至反應完全。生產(chǎn)過程中每1t硫酸亞鐵，需投加47.5%氯酸鈉0.14t。

2.2液體生產(chǎn)中存在的問題

液體產(chǎn)品經(jīng)離心噴霧干燥后得到固體產(chǎn)品。當固體溶解過程中會產(chǎn)生強烈的刺激性氣味，嚴重影響使用人員的操作，也在一定程度上制約了產(chǎn)品的銷量。針對這一問題，將部分氯酸鈉溶液由雙氧水代替，但雙氧水用量較大，大大增加了生產(chǎn)成本。原有工藝耗時較長，加熱升溫過程，氯酸鈉投加過程等耗時較長，以致生產(chǎn)每釜聚合硫酸鐵液體約耗時6.5h。

2.3聚合硫酸鐵液體生產(chǎn)的改進措施

產(chǎn)生刺激性氣味是因為：工藝中氧化劑氯酸鈉的化學投加計量為1.20～1.30。生產(chǎn)過程中，當反應完全即Fe2+濃度＜1.0g/L時，液體中存在過量的氯酸鈉，并一直存在與聚合硫酸鐵液體和固體中。在液體干燥過程和固體溶解過程中會有大量刺激性的含氯化合物氣體放出。調(diào)整生產(chǎn)工藝，適當減少氯酸鈉的投加量，在反應后期加入適量雙氧水，可解決此問題。經(jīng)過長時間的試驗，氯酸鈉與雙氧水配合投加，47.5%氯酸鈉溶液與27.5%雙氧水投加質(zhì)量比控制在1.0：0.8時，產(chǎn)出的液體產(chǎn)品全鐵含量11.1%～11.3%，鹽基度12.5%～14.0%，密度1.48～1.52g/cm3，完全符合GB14591—2006中的相關規(guī)定。

生產(chǎn)中引入雙氧水起到了除味效果，但雙氧水用量很大，提高了生產(chǎn)成本。結(jié)合生產(chǎn)，每噸硫酸亞鐵，需投加47.5%氯酸鈉110kg，27.5%雙氧水88kg。也就是說：47.5%氯酸鈉用量減少30kg，雙氧水用量增加近88kg。而依據(jù)47.5%氯酸鈉與27.5%雙氧水價格，生每噸聚鐵液體原料成本增加約60元。

雙氧水投加量實際值比理論值高出較多，關鍵原因在于反應釜酸性液體環(huán)境中，中部分雙氧水受熱分解，未參與對Fe2+的氧化反應。經(jīng)過摸索，采取了下列方法加以改進：（1）將雙氧水加藥管由液面上延伸至反應釜底部。控制雙氧水的投加速度，在攪拌作用下使雙氧水與反應釜中藥液更加充分的接觸，有利于氧化反應的進行。（2）降低雙氧水投加時的反應釜溫度，減小雙氧水受熱分解的速度。原有工藝反應溫度一直維持在60～80℃，雙氧水加入后分解較快，產(chǎn)生的O2未參與氧化反應。改進工藝，當氯酸鈉投加接近完成后，反應釜快速降溫至40℃后投加雙氧水，可減緩雙氧水在較高溫下分解。經(jīng)改進，生產(chǎn)每噸聚合硫酸鐵液體雙氧水用量減少15kg，控制47.5%氯酸鈉與27.5%雙氧水投加質(zhì)量比降至1.0︰0.65。

在聚合硫酸鐵液體直接氧化法生產(chǎn)中，氯酸鈉與雙氧水聯(lián)合投加方式具有很好的效果，還可將氧化劑化學投加計量降低至1.05。產(chǎn)品參數(shù)仍能滿足GB14591—2006的規(guī)定。經(jīng)過實際生產(chǎn)中的試驗，當進一步降低氯酸鈉用量后，增加雙氧水用量，產(chǎn)品密度下降較多，且成本上升；而適當減少雙氧水投加量后又不能滿足Fe2+濃度＜1.0g/L的要求。投加質(zhì)量比1.0︰0.65較為合理。

除上述生產(chǎn)改進外，還對操作進行了調(diào)整，反應釜注水后硫酸亞鐵直接入料，后加入硫酸，伴有放熱升溫。當開始加入氯酸鈉時再將溫度升至55～60℃。這樣除去了反應釜初始升溫過程和部分中間加熱環(huán)節(jié)，即縮短了生產(chǎn)時間，又減少了加熱能耗。而將氯酸鈉加藥管深入液面下，同樣有利于與藥液接觸。反應過程中，各種原料的投加速度是反應的控制關鍵，也同時影響聚合硫酸鐵液體的產(chǎn)品質(zhì)量。

3結(jié)論

將氯酸鈉單獨作為氧化劑改進為氯酸鈉和雙氧水聯(lián)合投加，降低氧化劑投加的化學計量至1.05，且解決了固體產(chǎn)品生產(chǎn)及溶解過程中產(chǎn)生刺激性氣味的問題。通過實驗調(diào)整，較終確定氯酸鈉與雙氧水的投加質(zhì)量比1.0︰0.65，對以直接氧化法生產(chǎn)聚合硫酸鐵有很強的參考意義，并將該聯(lián)合氧化法的氧化劑用量調(diào)節(jié)到了較低水平，產(chǎn)品各項參數(shù)滿足國標規(guī)定。改進生產(chǎn)過程中溫度控制，減少了能耗，并縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)時間。