高濃聚合氯化鐵混凝劑的制備及混凝效果分析

薛 錨

（瑞安市環(huán)境監(jiān)察大隊(duì) 浙江瑞安 325200）

混凝劑大多用在工業(yè)或是日常生活當(dāng)中，一般是在處理水的時(shí)候使用。而一般情況下，人們大多把鋁鹽作為混凝劑的首選，但由于近年來(lái)日益突出的環(huán)保問(wèn)題，鋁鹽在混凝時(shí)常常會(huì)留下重金屬鋁成為環(huán)保人員與部門不可忽視的問(wèn)題。而鐵鹽卻擁有著鋁鹽無(wú)法匹及的好處，所以如何制備高濃度聚合氯化鐵混凝劑，成為研究課題的重中之重。

1 運(yùn)用的中和法、膠凝法和加熱法制備混凝劑效果分析

由于聚合氯化鐵中的鐵為三價(jià)的鐵離子，有些工業(yè)企業(yè)為了節(jié)省制作工程中浪費(fèi)的時(shí)間，一般直接購(gòu)進(jìn)氯化鐵進(jìn)行制備聚合氯化鐵。采用的一般為中和法、膠凝法和加熱法。首先，由于三價(jià)鐵離子的不穩(wěn)定性，在中和法的制備中，一般會(huì)事先加入一定的穩(wěn)定劑，并且在氯化鐵溶液中進(jìn)行充分劇烈的攪動(dòng)使其接觸均勻。然后，緩慢適量的往溶液中加入一定量的堿性溶液，使其形成一個(gè)足夠水解的堿性環(huán)境，最后，在一系列的聚合熟化中，便可得到聚合氯化鐵溶液。膠凝法則是往氯化鐵中加入一定量的氨水，制備氫氧化鐵膠體，最后在氫氧化鐵膠體和氯化鈉溶液中加入一定量的穩(wěn)定劑，最后便可得到聚合氯化鐵。膠凝法制備出來(lái)的聚合氯化鐵的濃度較高，雜質(zhì)較少，和中和法相比，更值得企業(yè)選擇。而加熱法顧名思義就是給氯化鐵溶液加熱并攪拌，并在保持溫度的情況下加入水中進(jìn)行混凝。因?yàn)楦鶕?jù)相關(guān)的研究，氯化鐵溶液為含十個(gè)結(jié)晶水的氯化鐵，在將其放入高溫爐并保持高溫爐溫度在280℃~320℃加熱的情況下，帶結(jié)晶水的氯化鐵會(huì)失去離子水，生成觸感軟軟的固體，那便是聚合氯化鐵。根據(jù)相應(yīng)的研究，將帶結(jié)晶水的氯化鐵事先堿性化，并使堿性化達(dá)到30%左右，然后將其放在約280℃下分解10min，便可最大程度的得到該條件下濃度最高的聚合氯化鐵[1]。

但是，這三種方法制備的混凝劑混凝效果卻大大沒(méi)有達(dá)到人們的期望。首先，這三種方法的制備過(guò)程，不僅僅會(huì)消耗大量的工業(yè)資源，比如煤、酸、勞力等，而且在制備后會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢料污染環(huán)境，增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，這三種方法制備出的混凝劑不能完全混凝出水中的各種雜質(zhì)，還會(huì)留下一定量的重金屬，給人們的生活生產(chǎn)留下隱患。

2 制備高濃度聚合氯化鐵混凝劑效果分析

2.1 硫鐵礦燒渣制備聚合氯化鐵的過(guò)程

通過(guò)加熱法、中和法、膠凝法生產(chǎn)聚合氯化鐵混凝劑固然有其優(yōu)點(diǎn)，但由于其成本極高，所以無(wú)法在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模的推廣利用。同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)大量生成硫鐵礦渣，一旦這些硫鐵礦渣處理不好，會(huì)造成極大的環(huán)保問(wèn)題，而以往，工廠處理這大量的硫鐵礦渣也會(huì)花費(fèi)巨大的資金，給企業(yè)增加經(jīng)營(yíng)負(fù)擔(dān)。所以，又能保護(hù)環(huán)境，又能減少資金投入的硫鐵礦燒渣制聚合氯化鐵混凝劑的方法，無(wú)疑是極好的選擇[2]。

在工業(yè)生產(chǎn)中，每產(chǎn)出一噸硫酸可以排放出約零點(diǎn)八噸的廢渣，而每1t廢渣中，大約有30%~50%是鐵，如果這些可以得到充分的利用，那么潛在的價(jià)值是不可估量的。而制備聚合氯化鐵，工業(yè)中一般是將生產(chǎn)出的廢渣進(jìn)行研磨，然后將其倒入特殊的篩子進(jìn)行過(guò)濾，用鹽酸浸泡，充分?jǐn)嚢杓訜嵋欢螘r(shí)間，并保持一定的溫度，在反應(yīng)爐中的物質(zhì)大部分進(jìn)行反應(yīng)后，冷卻至室溫，然后加入一定量的強(qiáng)氧化劑（如過(guò)氧化氫），使反應(yīng)液中少量的二價(jià)鐵離子變成正三價(jià)鐵離子。進(jìn)行抽濾，向?yàn)V液中加入少量PVA，防止三價(jià)鐵離子還原成二價(jià)鐵離子。同時(shí)，向其中加入適量的氫氧化鈉，并以此來(lái)調(diào)節(jié)溶液中氫氧根和鐵離子（三價(jià)）的比例。在進(jìn)行一系列的水解聚合之后，便可以得到深褐色的聚合氯化鐵混凝劑。

2.2 利用硫鐵礦渣制備的混凝劑的混凝效果

據(jù)研究分析，在110℃下反應(yīng)1h～1.2h，固液比例達(dá)到3mg/mL時(shí)，聚合氯化鐵混凝劑的析出率可以高達(dá)96.8%。這樣高濃度的聚合氯化鋁混凝劑，在混凝時(shí)可以達(dá)到較好的混凝效果，而且混凝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上面三種方法制備出來(lái)的聚合氯化鐵混凝劑。而且生產(chǎn)后產(chǎn)生的廢料如硫等，可以進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行再利用[3]。

3 由酸洗廢液制備聚合氯化鐵的方法

氧氣是一種成本較低的氧化劑，若采用其作為亞鐵離子的氧化劑，可大幅度降低成本。氧化法反應(yīng)機(jī)理如下：

式中：0

這種合成方法是將含有氯化亞鐵的廢酸液通入反應(yīng)塔，在塔頂加入亞硝酸鈉催化劑，在塔底不斷通入氧氣作為氧化劑，同時(shí)加入一定量的穩(wěn)定劑。溫度控制在40℃～90℃，以利于絡(luò)合物的分解。循環(huán)泵的作用是保持液體在填料反應(yīng)塔和貯罐之間不斷循環(huán)，使亞鐵不斷被氧化，直至完全氧化。該方法生產(chǎn)的聚合氯化鐵指標(biāo)為：Fe3+含量為8%～13%，鹽基度為6%～12%，F(xiàn)e2+含量≤0.1%。

在利用氧氣氧化法對(duì)宣鋼酸洗廢液進(jìn)行了絮凝劑的合成試驗(yàn)研究，制備出了性能優(yōu)良的聚合氯化鐵。廢酸液含總鐵120g/L~150g/L，HCl80g/L～100g/L，用工業(yè)鹽酸和鐵屑將HCI/總Fe的質(zhì)量比調(diào)配至0.45～0.55，用NaNO2作催化劑，通入氧氣充分氧化，反應(yīng)溫度為15℃～70℃，壓力500g/L～800kPa。制成的產(chǎn)品為黃褐色粘稠液體，F(xiàn)e2O3含量(質(zhì)量百分比)14.6%～15.4%、Fe2+<1.0g/L、鹽基度>5.5%，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，該產(chǎn)品對(duì)廢水處理有良好的效果。

氯酸鈉氧化法

氧化聚合原理：

在采用氯酸鈉氧化法制備聚合氯化鐵絮凝劑中，通過(guò)對(duì)形態(tài)分布、穩(wěn)定性及氧化速度的研究確定了制備聚合氯化鐵的最佳條件。該研究表明：在制備聚合氯化鐵的過(guò)程中，氯化亞鐵的氧化速度主要受溶液中含酸量的影響，它隨溶液酸量的降低而降低。最佳條件是選擇初始酸含量在0.2mol/L～0.6mol/L之間，用于調(diào)整堿化度的酸在氧化劑之后加入；氧化劑的形式用溶液最好，投加速度為1mmol/min～6.5mmol/min。

利用酸洗廢液來(lái)研究制備聚合氯化鐵的工藝條件得出：反應(yīng)溫度控制在常溫，廢液中二價(jià)鐵與氧化劑氯酸鈉的物質(zhì)的量的比為l：0.08，每100mL酸洗廢液加入17mL濃鹽酸，反應(yīng)時(shí)間為5min，可制得總鐵含量大于40%、鹽基度為58.7%、密度為1.3g/mL的聚合氯化鐵。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝劑是水處理中不可缺少的工具，好的混凝劑可以提高水處理的效率，還能保證水處理過(guò)程中的優(yōu)質(zhì)性。而高濃度的聚合氯化鐵混凝劑不僅彌補(bǔ)了氯化鋁混凝劑帶來(lái)的不便之處，還可以使混凝效率大大提高。所以它的研發(fā)和制備是必要的。

[1]陳凌.聚合氯化鋁和聚合氯化鐵處理造紙廢水的效果比較[J].中國(guó)造紙,2011,30(3):34-36.

[2]楊忠蓮,高寶玉,王燕,等.聚合氯化鐵-聚環(huán)氧氯丙烷-二甲胺復(fù)合絮凝劑在模擬染料廢水處理中的絮體特性研究[J].功能材料,2012,43(14):1936-1940.

[3]盧大鵬,王曉鳳,黃雯琦,等.聚合氯化鐵的制備及其絮凝效果[J].化學(xué)研究,2014,25(1):72-75.