专利名称：混凝剂固体聚硅硫酸铁的一步法生产方法
技术领域：
本发明属化工技术领域，具体涉及一种混凝剂固体聚硅硫酸铁的一步法生产方法，主要用于环境工程、给水排水工程。
背景技术：
混凝剂是一种可用来有效分离引起水污染的细小悬浮颗粒的化学药剂，不易从水中分离的细小颗粒可通过混凝使它们变为易于分离的絮体从而从水中分离出来。今天化学处理在给水和污水处理中是一个非常重要的单元。混凝剂大体上可分为无机混凝剂和有机混凝剂。混凝剂的主要品种仍然是铁盐和铝盐。我国从上世纪80年代初期开始研制无机高分子混凝剂聚合硫酸铁，20多年来我国聚合硫酸铁生产技术和应用得到了长足发展，但是如何进一步提高聚硫酸铁的净水效果和生产成本成为目前急需解决的问题。复合型聚硅硫酸铁(PFSS)属于无机高分子混凝剂，有许多优点，如能够去除一些常规混凝剂无法去除的细微分散状态的分子，并且在净水过程中生成的矶花较大、强度高、沉降速度快，在污水处理时对某些重金属离子及COD、色度、恶臭等均有显著的去除效果，对处理水pH值适应范围广(pH＝4-11)。尤其对低温低浊水和市政废水的处理效果更理想。
目前广泛使用的生产方法都是生产液体产品，一般通过蒸发固化或者喷雾干燥的方法生产颗粒状或者粉状产品。国内现有技术中第1240197A号专利提出了一种聚硅酸金属盐混凝剂的制备方法，它是将固体聚合硫酸铁与一些添加原料研磨混合制成的。国外还没有关于固体聚硅硫酸铁生产方法的专利。
发明内容
本发明的目在于提出一种效果好、成本低、稳定性好的混凝剂固体聚硅硫酸铁的生产方法。
本发明提出的混凝剂固体聚硅硫酸铁生产方法，具体步骤为在室温条件下，将固体原料一水硫酸亚铁(FeSO4·H2O)与硅酸钠(NaSiO3)搅拌，混合均匀，然后加入硝酸(如质量浓度98％)和硫酸(如质量浓度93％)的混合液，搅拌，反应过程中放出的热会使反应温度不断升高并伴随NO生成，加速反应进行，反应时间为24-48小时，反应温度为0-90℃，从而完成原料间发生的氧化、聚合反应。反应完全后，将反应物取出并粉碎，放置24-48小时，得到固体聚硅硫酸铁产品。
本发明中，硫酸亚铁(一水水合物)、硅酸钠、硫酸、硝酸的摩尔比为1∶(O.017-0.114)∶(0.330-0.413)∶(1.349-1.478)。
本发明中，硫酸亚铁的一水水合物是由硫酸亚铁七水晶体烘干而得。
本发明的产品指标为总铁19-22％盐基度8-25％；氧化硅0.5-3％；不溶物低于1％，颗粒粒径1-500微米。
本发明制备的聚硅硫酸铁一般控制氧化硅的含量在0.5％。在水处理的过程中，当PFSS产品投加到水中后，由于硅酸参与铁盐水解离子的聚合过程，从而形成更大分子量的聚合物，因而在吸附和架桥絮凝过程中可以更大优势发挥大分子的絮凝效果。因此对某些重金属离子及COD、色度、恶臭等均有显著的去除效果，尤其是对于低温低浊度水的处理效果更佳。而且对于有机物含量高的市政废水，由于聚硅硫酸铁的水解和絮体形成速度快，矾花密实，沉降速度快，同样具有较好的处理效果。这种现象与硅酸协同聚氯化铝的作用相同，采用常规聚氯化铝和聚硫酸铁往往形成的絮体轻，不容易沉淀。聚硅硫酸铁的特性完全可以弥补聚氯化铝和聚硫酸铁的不足。
近几年我国钛白粉的产量不断扩大，副产物硫酸亚铁除了在农业和化工行业有一定的消耗量外，没有非常大的用户，目前华东地区硫酸亚铁价格在100元/吨左右，采用一步法生产固体聚硅硫酸铁成本在800元/吨左右，这个价格极具有竞争性，可以与聚合氯化铝等混凝剂竞争。另外铁盐混凝剂在城市污水脱除氨氮、总磷、臭等方面的优点是铝系混凝剂所无法比拟的。
本发明与利用液体产品生产固体聚硅硫酸铁相比，本发明的特点一是可以大大降低运行成本，简化生产过程。复合型聚硅硫酸铁混凝剂在使用过程中可先稀释然后再加入待处理的水中。本发明的另一个特点是生产技术采用在常温条件下，将原料直接混合，然后原料间发生氧化——聚合反应，进而生产固体聚硅硫酸铁，可开辟工业化生产聚硅硫酸铁混凝剂的新途径。
本发明采用一步法生产固体聚硅硫酸铁，制备方法简单，原料易得，成本低，处理效果好，具有广泛的开发价值和应用前景。
图1为本发明与高岭土配置水混凝实验比较图示。
图2为本发明与聚硫酸铁对市政污水处理效果比较图示。
具体实施例方式
实施例1、在室温条件下，向聚四氯乙烯容器中分别加入42g一水硫酸亚铁与1g硅酸钠固体，混合均匀，然后加入30g硝酸和6g硫酸的混合液。反应25小时，反应温度为20-50℃，待反应完全后，取出粉碎，放置35小时，即得到固体聚硅酸铁混凝剂产品。该产物指标如下总铁21.5％盐基度14.3％；氧化硅0.8％；还原性物质(以Fe2+计)0.03％；不溶物低于1％，颗粒粒径1-500微米。
实施例2、在室温条件下，向聚四氯乙烯容器中分别加入42g一水硫酸亚铁与2g硅酸钠固体，混合均匀，然后加入22g硝酸和9g硫酸的混合液。反应时间为36小时，反应温度为15-45℃，待反应完全后，取出粉碎，放置27小时，后，即得到固体聚硅酸铁混凝剂产品。该产物指标如下总铁19-22％盐基度15.1％；氧化硅1.5％；还原性物质(以Fe2+计)0.04％；不溶物低于1％，颗粒粒径1-500微米。
实施例3、在室温条件下，向聚四氯乙烯容器中分别加入42g一水硫酸亚铁与8g硅酸钠固体，混合均匀，然后加入23g硝酸和10g硫酸的混合液。反应时间为48小时，反应温度为25-61℃，待反应完全后，取出粉碎，放置38小时后，即得到固体聚硅酸铁混凝剂产品。该产物指标如下总铁22.0％盐基度25.5％；氧化硅3.2％；还原性物质(以Fe2+计)0.06％；不溶物低于1％，颗粒粒径1-500微米。
性能测试实验测试实验1以实施例1中的产物和固体聚硫酸铁(总铁含量为19.5％，还原性Fe2+为0.03％)为混凝剂，以配制浊度为23NTU高岭土悬浮液为原水，进行混凝对比实验。将上述混凝剂配制成1％的水溶液，利用六联烧杯实验搅拌仪，进行对比实验。处理水样体积为1000ml。混凝剂投加量分别为0、5、10、15、20、25mg/L。投加混凝剂后，首先在300转/分搅拌1分钟，然后在50转/分搅拌10分钟，再静止20分钟后，由烧杯中部取上清液，测定出水浊度。处理结果见说明书附图1。
测试实验2以实施例1中的产物和固体聚硫酸铁(总铁含量为19.5％，还原性Fe2+为0.03％)为混凝剂，以COD为402.3mg/L的市政污水为原水，进行混凝对比实验。将上述混凝剂配制成1％的水溶液。利用六联烧杯实验搅拌仪，进行对比实验。处理水样体积为1000ml。混凝剂投加量分别为40、50、60、70、80mg/L。投加混凝剂后，首先在300转/分搅拌1分钟，然后在50转/分搅拌10分钟，再静止20分钟后，由烧杯中部取上清液，测定出水COD。处理结果见说明书附图2。
权利要求
1.混凝剂固体聚硅硫酸铁的一步法生产方法，其特征在于具体步骤为在室温条件下，将固体原料一水硫酸亚铁与硅酸钠搅拌，混合均匀，然后加入硝酸和硫酸的混合液，搅拌，反应过程中放出的热会使反应温度不断升高并伴随NO生成，加速反应进行，反应时间为24-48小时，反应温度为0-90℃，从而完成原料间发生的氧化、聚合反应，反应完全后，将反应物取出并粉碎，放置24-48小时，得到固体聚硅硫酸铁产品。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于硫酸亚铁(一水晶体)、硅酸钠、硫酸、硝酸的摩尔比为1∶(0.017-0.114)∶(0.330-0.413)∶(1.349-1.478)。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于硫酸亚铁的一水晶体由硫酸亚铁七水晶体烘干而得。
全文摘要
本发明属化工技术领域，具体涉及一种混凝剂固体聚硅硫酸铁的一步法生产方法，主要用于环境工程、给水排水工程。本发明提出的混凝剂固体聚硅硫酸铁一步法生产方法，在室温条件下，将固体原料一水硫酸亚铁与硅酸钠、硝酸和硫酸混合，搅拌，反应从而完成原料间发生的氧化、聚合反应，得到固体聚硅硫酸铁产品。本发明制备方法简单，原料易得，成本低，处理效果好，具有广泛的开发价值和应用前景。
文档编号C02F1/52GK1541951SQ20031010844
公开日2004年11月3日 申请日期2003年11月6日 优先权日2003年11月6日
发明者李风亭, 张冰如, 周琪, 王铮 申请人:同济大学