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任哲君15964492369
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沉澱法去除工業級硫酸鋁中鐵的研究進展

作者:小編(bian)瀏(liu)覽(lan)量(liang):時間:2023-09-04

信息摘要:

文(wen)章對(dui)目前硫酸鋁除(chu)鐵(tie)技(ji)術(shu)中最常用方(fang)法之一的(de)沉澱法(fa)進(jin)行研究,並結(jie)合(he)國內專(zhuan)利(li)申(shen)請(qing)和論文對沉澱法中的高(gao)錳酸鉀/二氧化錳(meng)法、鐵氰化鉀與亞(ya)鐵氰(qing)化(hua)鉀法、黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法及有(you)機(ji)絡(luo)合法進行機理分(fen)析和(he)進展研(yan)究(jiu)。

我(wo)國鋁土礦的品(pin)位(wei)較低,鋁土礦中以含鐵鋁土礦(kuang)居多(duo),造成

工業上(shang)製(zhi)備的硫酸鋁產(chan)品中鐵含(han)量偏高[1-2]。由於硫酸鋁產品中的

亞鐵離子呈(cheng)現黃色,使(shi)得(de)製備(bei)所得的工業硫酸鋁溶(rong)液為(wei)黃綠色液

體(ti),這種帶有顏(yan)色(se)的工業硫酸鋁產品遠遠(yuan)不能(neng)滿(man)足如優(you)質造(zao)紙(zhi)、

高級(ji)織物(wu)或(huo)對水質要(yao)求較(jiao)高的水(shui)處(chu)理行業的要求(qiu)[3-4],因此人們(men)開(kai)

始關(guan)注研究從工(gong)業硫酸鋁溶液中(zhong)去(qu)除鐵離(li)子(zi)的方法。然(ran)而(er),由(you)於

鋁與(yu)鐵的化學性質相似,若(ruo)使用(yong)普通的化學(xue)分離方法,分離的難

度較大,分離的成(cheng)本較高,同時(shi)造成鋁出現(xian)不同(tong)程度的損失[5-6]。

因此,尋找一種操作(zuo)簡便(bian)、分離效率高、經濟可行的分離方法成

為目(mu)前亟(ji)需(xu)解決(jue)的問題。

目前國(guo)內(nei)外(wai)硫酸鋁分離鐵的研究主(zhu)要集(ji)中於以下三種方法:

重(zhong)結晶(jing)法、沉澱(dian)法、有機萃(cui)取(qu)法[7]。其中,利用沉澱(dian)法去除硫酸

鋁中的鐵由於操作簡(jian)單(dan)、去除效率(lv)較高而應用較為廣(guang)泛。

沉澱法主要有高錳酸鉀/二氧化錳法、鐵氰化鉀(jia)與亞鐵氰化鉀

法、黃(huang)鉀鐵礬/黃銨鐵礬法及有機絡合法,以下結合目前國內專利

申請和論文進行詳細機理分析(xi)和進展研究。

1 高錳酸鉀/二(er)氧化錳法[8-10]

1.1 反應機理(li)

高錳酸鉀為強氧化劑(ji),在(zai)溶液中起(qi)氧(yang)化亞鐵離子的作用,反

應(ying)式(shi)如(ru)公式(1)所(suo)示:

5Fe2++MNO4

-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O (1)

反(fan)應生成的鐵離子發生(sheng)水解,生成氫氧化鐵沉(chen)澱,反應式如

公式(2)所示(shi):

Fe3++3H2O↔Fe(OH)3↓+3H+ (2)

同時,過量的高錳酸鉀與硫酸錳發(fa)生反應,生成活性(xing)二氧化

錳,反應式如公式(3)所示:

         3Mn 2MnO 2H O 5MnO 4H 4 2 2

2 (3)

反應生成的活(huo)性二氧化錳吸附(fu)氫(qing)氧化鐵沉澱,生成棕(zong)色的共(gong)

沉澱。此(ci)過(guo)程促使了鐵離子的水解(jie)反應往(wang)正(zheng)反應方向進行,從而

使硫酸鋁溶液中的鐵以沉澱形式析出。

1.2 研究進展

林(lin)更(geng)等人的研究表(biao)明,在溫度為90 ℃、沉澱時間(jian)30 min 時,

控製堿式硫酸鋁的濃(nong)度為3.0 g/L,鐵離子與二氧化錳摩(mo)爾比為

1∶2~1∶4,此時的除鐵效(xiao)果最佳[11]。

蔡會武(wu)等人實(shi)驗表明,當(dang)溫(wen)度(du)為100 ℃,反應時間為15 min,

pH 為3.0 時,控(kong)製工業硫酸鋁的質量分數為30 %,可使工業硫酸

鋁溶液中的鐵由4.17 %下降到(dao)0.27 %[12]。

趙春祿等人(ren)申請專利“一種在硫酸鋁生產過程(cheng)中除鐵的方

法”,其(qi)中在酸浸液中依次加入少量高錳酸鉀和硫酸錳溶液,反

應後沉降(jiang)分離,當原料中的活性Al2O3≥25 %、Fe2O3≤3.35 %時,

經(jing)處理的硫酸鋁產品中Fe2O3≤0.02 %,外觀(guan)晶瑩(ying)潔白[13]。

高錳酸鉀/活性二氧化錳法的生成工藝(yi)較為簡單,投資(zi)費用較

低(di),但缺點是反應所需的硫酸鋁濃度較高,必(bi)須(xu)進行濃縮操(cao)作以(yi)

使硫酸鋁濃度達到反應要求,使操作複雜化,同時,反應過程中

會(hui)伴(ban)隨部(bu)分氫氧化鋁的析出,鋁離子的損失較大(da)。

2 鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀法[14]

2.1 反應機理

二價鐵離子與鐵氰化鉀反應生成普(pu)魯(lu)士藍沉澱,三(san)價鐵離子

與亞鐵氰化鉀反應生成滕(teng)氏藍沉澱,反應式如公式(4)、(5)所示:

Fe2++[Fe(CN)6]3-+K+→K[Fe(CN)6Fe]↓ (4)

Fe3++[Fe(CN)6]4-+K+→K[Fe(CN)6Fe]↓ (5)

2.2 研究進展

梅(mei)永進等人研究表明,先采(cai)用鐵氰化鉀去除工業硫酸鋁溶液

中的亞鐵離子,再(zai)用氧化劑如過氧化氫氧化未(wei)反應完(wan)全(quan)的亞鐵離

子,采用亞鐵氰化鉀去除工業硫酸鋁溶液中的鐵離子,或用還原(yuan)

劑還原溶液殘(can)留的鐵離子,仍采用鐵氰化鉀去除溶液中存(cun)在的亞

鐵離子[15]。反應後的沉澱過濾(lv)後可(ke)獲(huo)得鐵含量小於(yu)0.005 %的無

鐵硫酸鋁溶液。

鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀法工藝較為簡單,除鐵效果較好(hao),但(dan)

由於需要過濾沉澱,沉澱顆(ke)粒細(xi)小,操作難(nan)度較大,同時產生的

普魯士(shi)藍沉澱及滕氏藍沉澱呈藍色,而沉澱難以完全過濾,故過

濾不完全會造成高純硫酸鋁產品的二次汙染。

3 黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法

3.1 反應機理

由於黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬(簡稱(cheng)黃堿(jian)鐵礬)在酸性條(tiao)件下溶解度

極(ji)小(xiao),容易形成晶體,因(yin)此可使硫酸鋁溶液中的鐵以黃鉀鐵礬/

黃銨鐵礬形(xing)式析出。黃堿鐵礬可看作氫氧化鐵向硫酸鐵轉(zhuan)化的中

間產物,若pH 過高,則(ze)易(yi)於生成氫氧化鐵,若pH 過低,則易於

生成硫酸鐵,因此酸度的控製尤(you)為重要。反應式如公式(6)所示:

xFe3++M++ySO4

2-+(3x-2y)H2O↔M·Fex(SO4)y(OH)3x-2y↓

+(3x-2y)H+ (6)

M·Fex(SO4)y(OH)3x-2y 為黃堿鐵礬;M 為鈉(na)離子、鉀離子、銨

離子等(deng)堿式金屬離子。

3.2 研究進展(zhan)

於淑(shu)秋(qiu)等人的研究表明,黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法能去除鋁鹽中

的鐵雜質(zhi),硫酸鋁質量分數(shu)為20 %~30 %,三氧化二鐵質量分數

為5 %~12 %時,反應溫度小於375 ℃,采用硫酸浸出,並控製最

終的酸濃度小於20 g/L,此條件下,黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法能有效

去除鐵離子,最(zui)終(zhong)可以獲得符合工業造紙對硫酸鋁溶液中鐵離子

濃度控製要求的硫酸鋁產品,除鐵後,鐵濃度約(yue)為0.5~0.6 g/L[16]。

鄒學功等人對黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法除鐵的動(dong)力學和熱力學

進行了研究。實驗表明,黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法除鐵的動力學速(su)度

與反應溫度、酸度、硫酸鐵的濃度、堿式金(jin)屬(shu)離子的濃度有關,

其中,反應速度的順序(xu)為黃鉀鐵礬>黃銨鐵礬>黃鈉鐵礬,這(zhe)是

由以上三種(zhong)物質相同溫度下的溶解度所決定的。黃鉀鐵礬、黃銨

鐵礬、黃鈉鐵礬的熱力(li)學勢能均(jun)較大,順(shun)序為鉀離子>銨離子>

鈉離子[17]。

翟(di)玉春(chun)等人申請專利“一種綜(zong)合利用含鋁物料的方法”,其

中公開了粗(cu)製硫酸鋁銨溶液采用兩種方案處理:方案一(yi)為若溶液

中鐵濃度高於1 g/L,先(xian)采用黃鐵礬法沉鐵,再采用針(zhen)鐵礦法深度

除鐵;方案(an)二為若溶液中鐵濃度低於1 g/L,直(zhi)接采用針鐵礦法沉

鐵[18]。

黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法中,黃銨鐵礬法使用最為普遍,黃鉀鐵

礬法由於黃鉀鐵礬溶解度最小,因此除鐵效果(guo)最佳。此外,黃鉀

鐵礬/黃銨鐵礬法需要對酸度進行嚴(yan)格(ge)控製,對操作性要求較高,

且需要采用酸性腐蝕容(rong)器(qi)及(ji)在加壓(ya)條件下反應,因此對容器要求

較高。

4 有機絡合法[19-22]

4.1 反應機理

有機絡合法主要采用有機絡合沉澱劑與亞鐵離子或鐵離子反

應生成溶解度較小的含鐵絡合物,鐵離子因此以沉澱形式析出,

從(cong)而達(da)到分離鋁離子與鐵離子的目的,獲得低鐵硫酸鋁產品。

4.2 研究進展

張道(dao)洪申請專利“一種利用鋁土礦製備無鐵硫酸鋁的方法”,

其中利用二硫代(dai)氨基(ji)甲酸鹽與硫酸鋁溶液中的鐵離子進行固相反

應。研究表明,二硫代氨(an)基甲酸鹽(yan)反應產生的絡合物沉澱容易沉

降且(qie)方便過濾,固(gu)相反應不(bu)帶入水而不降低硫酸鋁的濃度,二硫

代氨基甲(jia)酸鹽穩定性較好不易分解,可以在較高溫度條件下使用

[23]。

“一種去除硫酸鋁中鐵離子的方法”,

其中將(jiang)KOH 溶液加入至(zhi)少(shao)一種二胺(an)基化合物中,冷卻(que),滴加二

硫化碳(tan)後(hou),升(sheng)溫繼續(xu)反應,所得沉澱劑加(jia)入硫酸鋁溶液中,攪(jiao)拌,

與鐵離子絡合,生成不溶於水的棕黑(hei)色有機絡合沉澱物。研究表

明,母(mu)液濃縮(suo)後的固體產品中的含鐵量達到20~100 ppm。除鐵離

子後,硫酸鋁產品質量指(zhi)標符合HG-2225-91 優等品標(biao)準[24]。

有機絡合法工藝簡單,操作方便,可在室(shi)溫下進行,大大節

省能耗,但有機絡合劑需自行配製,且製備過程卻較為複雜(za),同

時,固液分離較為困難。

5 結論

化學沉澱法的主要優點在於除鐵效果明顯(xian),除鐵效率較高,

且操作簡便,處理成本低,但其一般(ban)較為適(shi)用於含鐵量較高的粗

製硫酸鋁除鐵,而深(shen)度除鐵的效果則並(bing)不明顯,目前對於深度除

鐵更為普遍(bian)的是(shi)選用有機萃取法,因此對於化學沉澱法的應用有

一定的限製。由此可見,各(ge)硫酸鋁除鐵方法各有利弊(bi),在實際應

用中,技術人員應根(gen)據(ju)各方法的特點(dian)並結合工藝所需進行選(xuan)擇。


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