聚合氯化铁的性能和用途

聚合氯化铁的性能和用途：聚合氯化铁又称碱式氯化铁,简称PFC,是一种新型的高效无机高分子絮凝剂,化学式为【reZ(OH)。C16一。」m。聚合氯化铁目前主要是液体产品,外观为黑褐色透明液体,密度为1.15一1.30,PH值1.4一2.0。该产品为无机高分子化合物,稳定性较差,按一般方法生产的产品稳定期只有几天至几个月。采用我校生产技术制得的产品稳定期在两年以上,仍能保持优异的絮凝性能。聚合氯化铁的絮凝机理与聚合氯化铝相同,在水中提供的聚铁经基配离子对悬浮在水中的粒子具有很强的吸附力,对高浊度水的絮凝效果优于其他聚铁和聚铝絮凝剂,对污泥具有强脱水作用。本产品可用于源水净化及印染、造纸、洗煤、食品、制革等废水和城市生活污水的处理。特别是对高浊度的原水、碱性印染废水的处理,优于其他絮凝剂,它不仅具有明显的除浊效果,而且具有良好的脱色性。聚合氯化铁的生产工艺以废铁屑或氧化铁与盐酸和氯气反应制得的三氯化铁为原料,采用中和法生产聚合氯化铁。即将碱性物质和稳定剂直接加人到三氯化铁溶液中,使其聚合、熟化制得聚合三氯化铁。
合成时首先将含有氯化亚铁和盐酸的混合液加入贮罐中，并补加一定量的稳定剂。在反应塔顶部引入氯化铁溶液和亚硝酸钠，在反应塔底部引入氧气，溶液流经填料表面时，使气液充分接触，达到氧化氯化亚铁的目的。反应过程中通过循环泵的作用保持液体在填料反应塔和贮罐之间不断循环，使亚铁不断氧化，直至亚铁完全氧化。反应过程中保持溶液的温度在40～90℃范围内，以利于络合物的分解。这种方法与以前介绍的反应塔法生产聚合硫酸铁的方法基本相同。聚合氯化铁指标：Fe3＋为8%～13%，盐基度为6%～12%，Fe2＋≤0.1%。
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如果以盐酸和铁屑生产聚合氯化铁，生产成本较高，如果以废盐酸或盐酸酸洗废液为原料时，成本相对来讲要低一些，另外也可以采用氯气—氧气联合氧化的方法，先用氯气氧化一部分亚铁离子，再用氧气氧化剩余的亚铁离子，这样进一步降低成本。目前，国内很多生产聚合硫酸铁的设备进行一定的改造，就可以生产聚合氯化铁。
因含铁原料的不同，目前生产聚合氯化铁的工艺也不同。在以铁矿石、铁屑、氧化铁皮、硫铁矿石为原料进行生产时，首先用盐酸将上述物质在一定的条件下溶解，然后采用不同的氧化剂，将剩余亚铁离子氧化。如果在氧化前控制溶液中HCl的量高于或等于形成氯化铁所需要的量，即可形成含游离酸的氯化铁溶液或聚合氯化铁溶液。如果将盐酸量控制在低于上述值的范围内，就可以生成不同盐基度的聚合氯化铁。氧化亚铁离子的速度，取决于氧化剂，例如氯酸盐是很强的氧化剂，在溶液中可以迅速将亚铁离子氧化，但是由于氯酸盐的价格较高，以其为原料生产成本较高。氧气是一种廉价的氧化剂，采用设计合理的工艺和设备，同样可以达到接近氯酸盐的氧化速度，并且可以大幅度降低成本。盐基度取决于溶液中氯离子与铁离子的比例〔4，5〕。反应式(1)～(5)给出了氧气氧化法反应机理。
聚合氯化铁(PFC)物化性能：棕黄色粘稠液体。相对密度1.450，酸性，易溶于水。聚合氯化铁是20世纪80年代后期，针对铝盐絮凝剂残留铝对人体带来严重危害及铝的生物毒性等问题，铁盐絮凝剂混凝效果差、产品稳定性不好等不足，研制开发的新型无机高分子絮凝剂。聚合氯化铁絮凝效果与三氯化铁比较要高得多。当处理的水温较低时，效果更明显。制备方法：在三氯化铁溶液中加入氢氧化钠，生成碱式氯化铁一钠，加入氢氧化钙生成碱式氯化铁一钙。要求铁离子(Fe3+)浓度在0.01～0.75mol/L，氢氧根与铁的比(OH/Fe)在0～2.5之间。具体配制如下：将10mL 0.5mol/L六水氯化铁用水稀释到200mL，在快速搅拌下，缓慢地加入50mL 0.25mol的氢氧化钠，控制碱化度为11%左右，即为产品。每次制备数量不宜过多，制备后立即使用。存放不得超过20h，否则溶液将发生变化。产品应用：该产品可用于生活用水及生产给水的净化处理。可直接计量投加或适当稀释后投加，用做原水处理时有效投加量20～50mg/L，适用pH值范围广，处理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一种新ห้องสมุดไป่ตู้高分子絮凝剂。
HCl＋MNO2＝HNO2＋MCl (1)
HCl＋HNO2＋FeCl2＝FeCl3＋NO＋H2O (2)
2NO＋O2＝2NO2 (3)
2HCl＋NO2＋2FeCl2＝2FeCl3＋NO↑＋H2O (4)
总反应式为
4FeCl2＋（2－n)HCl＋O2＝
2Fe2（OH）nCl6－n＋2（1－n)H2O (5)
式中：M是碱金属离子或碱土金属离子；0≤n＜2。
由上述反应式可以知道，氮氧化物催化氧化亚铁离子的反应是一个典型的气液反应，因此决定反应速度的因素在NO的氧化速度和NO2的溶解速度，而NO的氧化速度要远远高于后者，所以加快NO2的溶解成为反应速度的决定步骤。加强气体的溶解通常采用两种方法，一是增大气液的接触表面积，另一种方法是增大气液相的压力。国内外在解决氮氧化物催化氧化氯化亚铁时，也是从这两方面着手。上述反应的催化剂不仅仅限可与氯化亚铁发生作用的氮氧化物，在氯化亚铁的混合液中可溶的亚硝酸盐和亚硝酸、硝酸盐及硝酸均对于该反应同样具有催化作用。采用反应釜或者反应塔，都可以用来生产聚合氯化铁。聚合氯化铁具有强烈水解的倾向，其稳定性低于聚合硫酸铁，在合成过程中应加入少量的稳定剂，它们对于提高聚合氯化铁的盐基度和稳定性有一定作用。
目前在我国不少钢铁加工单位使用盐酸酸洗工艺，这部分废酸目前尚未得到充分利用。通常是将废酸与铁屑反应制备三氯化铁溶液。虽然氯化铁溶液是一种非常好的混凝剂，但是由于该溶液中含有大量的游离酸，在使用中对于设备的腐蚀严重，从而使应用范围受到一定的限制。聚合氯化铁溶液中含有大量的聚合阳离子，可以从高水平发挥混凝作用，同时聚合氯化铁具有一定的盐基度，其酸性低于氯化铁溶液，腐蚀性相对来讲较弱，因此是一种较理想的混凝剂。钢铁盐酸酸洗液是一种廉价的制备聚合氯化铁的原料，在此我们介绍以其为主要原料合成聚合氯化铁的机理和工艺。