液体聚合硫酸铁生产工艺改进方法

1引言

直接氧化法生产液体聚合硫酸铁的工艺在国内较为成熟，条件控制方面众多文献资料中都有提及，在此不再详细阐述。本文主要是从生产实际控制出发，针对聚合硫酸铁液体生产过程中的部分工艺细节加以改进、优化。从除味、节能、降低氧化剂用量等方面对生产进行调整，以提高聚合硫酸铁产品的品质，降低聚合硫酸铁产品的生产成本，以增强产品的市场竞争力。

2原有工艺存在的问题和改进

2.1直接氧化法生产工艺

国内大多数聚合硫酸铁的生产厂家均采用直接氧化法，此法是依靠氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+，工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备成本，但氧化剂用量大，且价格较贵。常见的氧化剂有氯酸钠、双氧水、次氯酸钠、硝酸等。

整个反应过程分为：氧化反应、水解反应和聚合反应。

其中氧化反应如下：

氯酸钠作为氧化剂：

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

双氧水作为氧化剂：

2FeSO4+H2O2+H2SO4→Fe2（SO4）3+H2O

水解反应：

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

聚合反应：

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

氧化反应为慢反应，水解和聚合反应为快反应。氧化反应控制为整个生产的关键。氯酸钠氧化法，产品的稳定性好，反应的效率也较高，但产品中有余氯，产生刺激性气味。双氧水氧化法，产品杂质含量较少，但单独双氧水作为氧化剂，双氧水用量很大，且因双氧水密度较低，产出的液体产品密度相比氯酸钠作为氧化剂较低。我公司原有生产工艺为氯酸钠直接氧化法。主要操作步骤：向反应釜中加入清水，开启搅拌蒸汽加热升温，当温度升高至60～80℃时，投入原料硫酸亚铁，待硫酸亚铁完全溶解后缓慢加入工业硫酸（92.5%），加酸完毕10min后缓慢加入氯酸钠溶液（47.5%），控制加入速度，投加完毕后检验聚铁液体的熟化度，反应完全放入液体储池，反应未完全根据检验结果，适当加入氯酸钠溶液直至反应完全。生产过程中每1t硫酸亚铁，需投加47.5%氯酸钠0.14t。

2.2液体生产中存在的问题

液体产品经离心喷雾干燥后得到固体产品。当固体溶解过程中会产生强烈的刺激性气味，严重影响使用人员的操作，也在一定程度上制约了产品的销量。针对这一问题，将部分氯酸钠溶液由双氧水代替，但双氧水用量较大，大大增加了生产成本。原有工艺耗时较长，加热升温过程，氯酸钠投加过程等耗时较长，以致生产每釜聚合硫酸铁液体约耗时6.5h。

2.3聚合硫酸铁液体生产的改进措施

产生刺激性气味是因为：工艺中氧化剂氯酸钠的化学投加计量为1.20～1.30。生产过程中，当反应完全即Fe2+浓度＜1.0g/L时，液体中存在过量的氯酸钠，并一直存在与聚合硫酸铁液体和固体中。在液体干燥过程和固体溶解过程中会有大量刺激性的含氯化合物气体放出。调整生产工艺，适当减少氯酸钠的投加量，在反应后期加入适量双氧水，可解决此问题。经过长时间的试验，氯酸钠与双氧水配合投加，47.5%氯酸钠溶液与27.5%双氧水投加质量比控制在1.0：0.8时，产出的液体产品全铁含量11.1%～11.3%，盐基度12.5%～14.0%，密度1.48～1.52g/cm3，完全符合GB14591—2006中的相关规定。

生产中引入双氧水起到了除味效果，但双氧水用量很大，提高了生产成本。结合生产，每吨硫酸亚铁，需投加47.5%氯酸钠110kg，27.5%双氧水88kg。也就是说：47.5%氯酸钠用量减少30kg，双氧水用量增加近88kg。而依据47.5%氯酸钠与27.5%双氧水价格，生每吨聚铁液体原料成本增加约60元。

双氧水投加量实际值比理论值高出较多，关键原因在于反应釜酸性液体环境中，中部分双氧水受热分解，未参与对Fe2+的氧化反应。经过摸索，采取了下列方法加以改进：（1）将双氧水加药管由液面上延伸至反应釜底部。控制双氧水的投加速度，在搅拌作用下使双氧水与反应釜中药液更加充分的接触，有利于氧化反应的进行。（2）降低双氧水投加时的反应釜温度，减小双氧水受热分解的速度。原有工艺反应温度一直维持在60～80℃，双氧水加入后分解较快，产生的O2未参与氧化反应。改进工艺，当氯酸钠投加接近完成后，反应釜快速降温至40℃后投加双氧水，可减缓双氧水在较高温下分解。经改进，生产每吨聚合硫酸铁液体双氧水用量减少15kg，控制47.5%氯酸钠与27.5%双氧水投加质量比降至1.0︰0.65。

在聚合硫酸铁液体直接氧化法生产中，氯酸钠与双氧水联合投加方式具有很好的效果，还可将氧化剂化学投加计量降低至1.05。产品参数仍能满足GB14591—2006的规定。经过实际生产中的试验，当进一步降低氯酸钠用量后，增加双氧水用量，产品密度下降较多，且成本上升；而适当减少双氧水投加量后又不能满足Fe2+浓度＜1.0g/L的要求。投加质量比1.0︰0.65较为合理。

除上述生产改进外，还对操作进行了调整，反应釜注水后硫酸亚铁直接入料，后加入硫酸，伴有放热升温。当开始加入氯酸钠时再将温度升至55～60℃。这样除去了反应釜初始升温过程和部分中间加热环节，即缩短了生产时间，又减少了加热能耗。而将氯酸钠加药管深入液面下，同样有利于与药液接触。反应过程中，各种原料的投加速度是反应的控制关键，也同时影响聚合硫酸铁液体的产品质量。

3结论

将氯酸钠单独作为氧化剂改进为氯酸钠和双氧水联合投加，降低氧化剂投加的化学计量至1.05，且解决了固体产品生产及溶解过程中产生刺激性气味的问题。通过实验调整，较终确定氯酸钠与双氧水的投加质量比1.0︰0.65，对以直接氧化法生产聚合硫酸铁有很强的参考意义，并将该联合氧化法的氧化剂用量调节到了较低水平，产品各项参数满足国标规定。改进生产过程中温度控制，减少了能耗，并缩短了产品的生产时间。