硫鐵礦燒渣制備聚合磷硫酸鐵及應用研究

更新時間：2009-08-07 16:37 來源：環境污染與防治作者: 閱讀：1812

聚合磷酸硫酸鐵（PFPS）是一種新型復合無機高分子絮凝劑，目前我國尚未工業生產[1]。鄭懷禮等[2]以FeSO4•7H2O、Na2HPO4為原料合成PFPS。劉峙嶸等[3]以化工廠生產鈦白粉副產品FeSO4•7H2O為原料合成PFPS。袁斌等[4]以硫酸鐵、磷酸鈉為原料合成PFPS。鄭雅杰等[5]以硫鐵礦燒渣為原料,采取膠體分散法,分二步先制備PFS,再制備PFPS,并進行絮凝性能實驗，研究結果表明: 由于PO43-對PFS有顯著的增聚作用，PFPS堿化度范圍比PSF寬,用于廢水處理時其水解、沉降速度比PFS快，使用pH范圍更寬，除油、除濁、脫色方面比PFS有明顯提高。本文探討以硫鐵礦燒渣為原料直接用酸浸出制備PFPS ，結果表明該工藝可簡化合成工藝步驟，合成的產品符合同類型PFS質量標準，并對其性能進行實驗，得到了比較滿意的結果。

1 實驗部分

1.1　主要儀器與試劑

儀器 WGZ-1數字光電濁度儀；PHS-3C型酸度計；JJ-1精密增力電動攪拌器；紫外-可見光分光光儀；HH-S26s 恒溫水浴鍋。

試劑硫鐵礦燒渣；Na3PO4(AR)；硫酸(AR)；氯酸鉀(AR)。

1.2　分析方法

鐵含量采用重鉻酸鉀法測定；亞鐵含量測定、堿化度(鹽基度)測定按文獻[6]方法；COD采用重鉻酸鉀法測定；脫色率采用分光光度法測定。

1.3 實驗原理　

硫鐵礦燒渣用1﹕2硫酸浸出，少量FeSO4用氯酸鉀氧化，經水解、聚合即可制取聚合硫酸鐵，在此基礎上加少量的磷酸二氫鈉，反應得液態聚合磷酸硫酸鐵。

（1）溶樣：　 Fe2O3 + 3H2SO4 ==3Fe2(SO4)3 + 3H2O

（2）水解反應： Fe2(SO) 3+ n H2 O ==Fe2(OH)n(SO)3-n/2 + n/2H2SO4

（3）聚合反應：　m［Fe2(OH)n(SO)3-n/2］==[Fe2(OH)n(SO)3-n/2]m 　

[Fe2(OH)n(SO)3-n/2]m + x/3Na3PO4==[Fe2(OH)n(SO)3-n+x /2 (PO4)x /3 ] +x/3H2O＋x/2Na2SO4

加入Na3PO4增加聚合程度，提高產品堿化度，最后生成紅褐色粘稠液體，。

1.4 制備方法

取100 g 的硫鐵礦燒渣細粉（全鐵質量分數為44.35%，重鉻酸鉀法測定）加入500 mL燒杯中，加1﹕2硫酸250 mL，加熱至近沸，攪拌，溶解1 h,過濾。將濾液倒入圓底燒瓶內，補充水至250 mL，按正交表（見表1）條件，在水浴中加熱到一定溫度，在不斷攪拌下慢慢加入一定量的氯酸鉀，將溶液中的亞鐵鹽氧化。10 min 后慢慢加入一定量的Na3PO4聚合反應一定時間，在40～60℃條件下熟化4 h，可得紅褐色液狀的PAFS。

2 結果與討論

2.1 PFPS的合成條件

通過正交實驗討論磷鐵摩爾比、合成溫度、合成時間3個主要因素對合成PFPS的影響，以確定最佳合成條件。

表1 PFPS的合成的正交實驗

產品編號	合成溫度/?	聚合時間/min	Fe:P（摩爾比）	鹽基度	靜置24 h
產品編號	合成溫度/?	聚合時間/min	Fe:P（摩爾比）	鹽基度	出現的現象
1	40	20	1﹕0.06	6.1	沉淀
2	40	40	1﹕0.08	8.3	沉淀
3	40	60	1﹕0.1	10.5	沉淀
4	60	20	1﹕0.08	9.2	少量沉淀
5	60	40	1﹕0.1	12	紅褐色液體
6	60	60	1﹕0.06	9.5	紅褐色液體
7	80	20	1﹕0.1	13.2	少量沉淀
8	80	40	1﹕0.06	9.8	紅褐色液體
9	80	60	1﹕0.08	14.4	紅褐色液體
Ⅰ	24.9	28.5	25.4
Ⅱ	30.7	33.5	31.9
Ⅲ	37.4	34.4	35.7
R(極差)	4.2	2	3.4

試驗結果見表1。由表1可見：在上述條件下,聚合溫度影響最大，其次為磷鐵摩爾比，另外，溫度過低、聚合時間過短、得到的產品不穩定,原因是鐵離子水解，聚合度不夠，導致產生堿式聚合硫酸鐵沉淀；磷鐵摩爾比增加,鹽基度增大,說明PO43-對PFS有增聚作用,但比例過大靜置后會出現溶液不穩定。綜合上述因素得到穩定溶液的最佳合成條件：溫度80℃，時間60 min、鐵/磷摩爾比為1﹕0.08。在此條件下得到的9號產品質量見表2。

表2 9號產品質量

Fe³⁺/(g·L^-1）	Fe²⁺ /（g·L^-1）	鹽基度	pH（原液）	比重（20℃）/（g·cm^-3）	外觀
154	0.06	14.4	1.32	1.43	紅褐色液體

2.2 污水處理實驗

實驗所用的除濁污水為高嶺土加水配制(濁度65.0 NTU)，除COD污水為生活混合污水(COD為985 mg/L),脫色污水為偶氮類分散紅紫染料加水配制（100 mg/L，最大吸收波長560 nm）, 投加量為20 mg/L，采用燒杯攪拌實驗方法，pH調到6～8，150 r/min快速攪拌3 min,50 r/min慢速攪拌10 min，靜置15 min取上清液分析。從試驗結果可看出（見表3）：PFPS在除濁、除COD、脫色方面的效果好于PFS, 用聚磷硫酸鐵處理水樣時,礬花形成的速度更快、絮體大、沉降速度比PFS快。

表3 污水處理實驗