CN101503216B

CN101503216B - 利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法

Info

Publication number: CN101503216B
Application number: CN2009100643950A
Authority: CN
Inventors: 李党生
Original assignee: Yellow River Conservancy Technical Institute
Current assignee: Yellow River Conservancy Technical Institute
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-03-16
Also published as: CN101503216A

Abstract

本发明公开了一种利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，该方法采用氧化铝工业生产中产生的废料赤泥作为原料，首先将强碱溶液加入到反应器中，同时投入烘干处理过的赤泥粉末搅拌均匀，加热煮沸至糊状，赤泥与强碱溶液的重量比例为1∶2～6；然后加入有效氯为8～15％的NaClO溶液，常压下加热，将其温度控制在35～90℃反应，反应时间为5～30分钟，加热时充分搅拌，所述赤泥与NaClO溶液二者加入量的重量比例为1∶2～8；反应结束后，将其反应溶液经离心或过滤，处理后即可得到高铁酸盐溶液。本发明方法简单、成本低，并且为废料赤泥的综合利用提供了新方法，使废料能够资源化，减少了环境污染，符合循环经济的要求，既获得了经济效益，又取得了环境和社会效益。

Description

利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法

一、技术领域：

本发明涉及一种高铁酸盐的制备方法，特别是涉及一种以氧化铝工业生产过程中产生的废料——赤泥为铁源制备高铁酸盐溶液的方法。

二、背景技术：

高铁酸盐通常是指高铁酸钾、高铁酸钠，其中铁是六价，具有很强的氧化性，由此已被人们考虑应用在许多领域。例如：1、高铁酸盐可以用在有机合成方面作为其他高毒性化合物的替代物；2、用在水处理方面取代氯气或臭氧；3、用在超铁电池方面作为阴极材料等等。由于高铁酸盐具有多方面的应用价值，近年来，国内外已有不少院校和科研机构对高铁酸盐的制备和应用方面进行了开发研究。

高铁酸盐是一种集消毒、氧化、混凝吸附为一体，无毒副作用的高效多功能水处理剂，高铁酸盐作为水处理剂应用的关键是其稳定产品的合成。目前，现有技术中高铁酸盐的制备方法大致可分为三种：化学湿法、化学干法和电化学法。化学湿法是利用次氯酸盐将三价铁(盐)氧化成六价，该方法操作过程较为复杂，反应条件要求严格，工艺复杂，成本高，并且易造成环境污染，不利于环保。化学干法是利用铁的化合物与硝酸钾或过氧化钾进行固相反应而生成，此反应需要在高温条件下进行，反应条件难以控制，产品不够均匀且生产率较低；电化学法是将金属铁或其氧化物直接进行阳极氧化转化成六价铁，此方法操作虽然简单，但对反应装置的要求较高，电极副反应使电流效率降低，无功电力耗损大。目前，国内对高铁酸盐制备技术的研究尚未真正成熟，需要进一步深入研究。

赤泥是氧化铝生产过程中铝土矿经强碱浸出时所产生的残渣。一般情况下，每生产1吨氧化铝就会产生1.0～1.3吨的赤泥废渣。据统计，每年全世界铝工业产出的赤泥废渣约有6000万吨，我国以年处理600万吨铝土矿计算，每年将会产生380～400万吨的赤泥废渣。目前，世界各国大多数氧化铝厂都是将废渣赤泥堆积或倾入深海。赤泥的堆积存放不仅占用大量的土地和耕地、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱性物质不断向地下渗透，不仅赤泥中的碱性物质得不到回收、增加成本，并且对地下水源造成一定的污染。在土地资源日趋紧张、环境保护和可持续发展日趋重视的今天，赤泥废渣的综合治理已成为人们所关注的焦点之一。

目前，现有技术中涉及到赤泥的回收利用方面的文献有：1、景英仁，景英勤，杨奇：赤泥的基本性质及其工程特性，轻金属，2001(1)：20-23；2、姜平国，王鸿振：从赤泥中回收铁工艺的研究进展，四川有色金属，2005(6)：23-25；3、何善媛，刘敏：利用膜技术回收利用碱性废水研究进展，中国资源综合利用，2005(6)：13-16。研究高铁酸盐的制备技术及其应用方面的文献有：1、王利平，徐金妹等：高铁酸钾药剂处理废水的研究现状，工业水处理，2007(10)：9-13；2、裴慧霞，李福祥等：高铁酸钾稳定性研究进展，山西化工，2007(4)：21-23；3、张雪盈，杨长春等：高铁酸盐研究进展，合成化学，2006(2)：113-117；4、田宝珍，曲久辉：化学氧化法制备高铁酸钾循环生产可能性的试验，环境化学，1999，18(2)：173-177；5、宋华，王宝辉：绿色合成氧化剂高铁酸盐，化学通报，2003(4)：242-257；6、姜洪泉，王鹏等：化学氧化法制备高铁酸钾的清洁生产工艺，现代化工，2001，21(6)：31-34；7、贾汉东等，高铁酸盐溶液除臭效果的研究，环境污染与防治，2002，24(2)：82-84；8、冉春玲等，复合高铁酸盐脱除焦化废水中氨氮的研究，水处理技术，2002，28(6)：360-362；9、夏庆余，方熠，吴挡兰，陈震：绿色氧化剂高铁酸盐的制备与应用，化工进展.2005，24(3)：245-250；10、刘永春，谢家理：活性白土负载高铁酸钠的稳定化性能的研究，化学研究与应用.2004，16(6)：861-862；11、卢成慧，李俊，林敬东，符显珠，廖代伟：高铁酸钾的合成及其性能，化学研究与应用.2005，17(4)：495-497。研究高铁酸盐制备方法的专利文献有：1、专利申请号为200710042875.8，发明名称为高铁酸钾的制备方法；2、专利申请号为200510123115.0，发明名称为超声电化学耦合制高铁酸钠和高铁酸钾的工艺及方法及系统；3、专利申请号200510027780.X，发明名称为直接电化学制备高铁酸盐的方法；4、专利申请号为200610124990.5，发明名称为一种利用钢铁酸洗废液制备高铁酸钾的方法。

经过查新，在有关高铁酸盐的制备方法及其应用方面，未见到以氧化铝工业生产中产生的废渣——赤泥作为原料制备高铁酸盐的有关文献报道。而化学湿法制备高铁酸盐的文献大都是以铁盐(氯化铁或硝酸铁)为原料(个别是以氢氧化铁、硫酸亚铁为原料)。本发明人前期曾以Fe₂O₃为反应性铁制备高铁酸盐溶液，详见发明名称为“快速制备高铁酸盐溶液的方法”，该发明的专利号200310103164.9。本发明人在对高铁酸盐制备方法及其应用方面的不断研究和探索中，成功研制了一种以氧化铝工业生产中产生的废渣——赤泥为原料制备高铁酸盐溶液的制备方法。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种制备方法简单、成本低、有利于环保的以氧化铝工业生产中产生的废料——赤泥为原料制备高铁酸盐溶液的方法。

本发明的技术方案是：

赤泥的化学成分中含有大量的有价金属元素，其中铁的含量约为30％(据统计，国外赤泥的化学成分中，Fe₂O₃含量一般都在30％～52.6％之间，国内的在7.54％～39.7％之间)，铁在赤泥中主要以Fe₂O₃为主，含有少量的FeO。

反应机理：

赤泥(Fe₂O₃)+NaClO+NaOH→Na₂FeO₄+NaCl+H₂O

本发明利用废料——赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，其详细步骤如下：

a、所述制备高铁酸盐溶液的方法是采用氧化铝工业生产过程中产生的废料——赤泥作为原料，首先将强碱溶液加入到反应器中，同时投入烘干处理过的赤泥粉末搅拌均匀，加热煮沸至糊状，所述赤泥与强碱溶液二者加入量的重量比例为1∶2～6；

b、然后加入有效氯含量为8～15％的NaClO溶液，在常压条件下进行加热，将其温度控制在35～90℃进行反应，反应时间为5～30分钟，加热的同时充分搅拌，所述赤泥与NaClO溶液二者加入量的重量比例为1∶2～8；

c、反应结束后，将其反应溶液经离心或者过滤，处理后即可得到高铁酸盐溶液。

根据上述利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，步骤a中所述强碱为NaOH或KOH，所述强碱溶液的浓度为25～45％。

根据上述利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，步骤b中所述NaClO溶液中有效氯的含量为10～15％。

根据上述利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，所述高铁酸盐溶液为紫黑色溶液。

本发明的积极有益效果：

1、本发明以氧化铝工业生产过程中产生的废料——赤泥为原料制备高铁酸盐溶液，该发明为赤泥的综合处理问题提供了一种新方法，使其废料赤泥能够资源化，从而减少了环境污染，符合循环经济的要求，即获得了经济效益，又取得了环境和社会效益。

2、以废料赤泥作为原料制备高铁酸盐溶液，由于赤泥中含有一定量的废碱液，使其在制备高铁酸盐溶液的过程中减少了强碱溶液的用量，既降低了生产成本，同时也减少了碱液的污染问题。

3、由于废料赤泥中含有对高铁酸盐溶液具有稳定作用的Na₂SiO₃，使制备的高铁酸盐溶液在常温条件下，在一定程度上延长了高铁酸盐溶液的储存时间。

4、本发明采用赤泥作为原料制备高铁酸盐溶液，不仅为赤泥的综合利用开辟了一条新的途径，并且制备的产品(高铁酸钠溶液)浓度不低于以铁盐为铁源制备的高铁酸盐溶液的浓度，其稳定性较高，可作为产品销售，也可作为二步法制备K₂FeO₄、BaFeO₄等的前段工序原料。本发明为高铁酸盐的进一步研究和应用奠定了基础。

四、具体实施方式：

以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。

实施例1

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液30ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在90℃左右，反应时间为20min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为2g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

实施例2

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液30ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在80℃左右，反应时间为20min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为2.5g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

实施例3

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液20ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在60℃左右，反应时间为20min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为1.4g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

实施例4

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液20ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在35℃左右，反应时间为30min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为1.1g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

实施例5

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液60ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在70℃左右，反应时间为20min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为0.9g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

实施例6

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到20ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为8％的NaClO溶液20ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在50℃左右，反应时间为30min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为0.8g/L的高铁酸盐溶液。

实施例7

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末10g，投入到30ml浓度为25％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为11％的NaClO溶液30ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在50℃左右，反应时间为30min，反应后将其反应溶液经离心可得到浓度约为0.6g/L的高铁酸盐溶液。

实施例8

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末20g，投入到60ml浓度为45％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为15％的NaClO溶液60ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在80℃左右，反应时间为15min，反应停止后，将其反应溶液经过滤可得到浓度约为5.8g/L的高铁酸盐溶液。

实施例9

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末20g，投入到60ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为15％的NaClO溶液60ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在90℃左右，反应时间为10min，反应停止后，将其反应溶液经过滤可得到浓度约为2.6g/L的高铁酸盐溶液。

实施例10

称取氧化铝工业生产过程中烘干处理过的赤泥粉末20g，投入到60ml浓度为32％的NaOH溶液中搅拌均匀，加热煮沸至糊状，然后加入有效氯含量为15％的NaClO溶液20ml，在常压条件下进行加热，并适当搅拌，反应温度控制在70℃左右，反应时间为15min，反应停止后，将反应溶液经离心可得到浓度约为4.2g/L的紫黑色高铁酸盐溶液。

Claims

1.一种利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，其特征在于：步骤a中所述强碱为NaOH或KOH，所述强碱溶液的浓度为25～45％。

3.根据权利要求1所述的利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，其特征在于：步骤b中所述NaClO溶液中有效氯的含量为10～15％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的利用赤泥制备高铁酸盐溶液的方法，其特征在于：所述高铁酸盐溶液为紫黑色溶液。