硫鐵礦燒渣制備聚合磷硫酸鐵及應(yīng)用研究
聚合磷酸硫酸鐵（PFPS）是一種新型復(fù)合無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，目前我國(guó)尚未工業(yè)生產(chǎn)[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(chǎn)鈦白粉副產(chǎn)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(jìn)行絮凝性能實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明: 由于PO43-對(duì)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(shí)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(jié)果表明該工藝可簡(jiǎn)化合成工藝步驟，合成的產(chǎn)品符合同類型PFS質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了比較滿意的結(jié)果。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要儀器與試劑
儀器 WGZ-1數(shù)字光電濁度儀；PHS-3C型酸度計(jì)；JJ-1精密增力電動(dòng)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(cè)定；亞鐵含量測(cè)定、堿化度(鹽基度)測(cè)定按文獻(xiàn)[6]方法；COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定；脫色率采用分光光度法測(cè)定。
1.3 實(shí)驗(yàn)原理
硫鐵礦燒渣用1﹕2硫酸浸出，少量FeSO4用氯酸鉀氧化，經(jīng)水解、聚合即可制取聚合硫酸鐵，在此基礎(chǔ)上加少量的磷酸二氫鈉，反應(yīng)得液態(tài)聚合磷酸硫酸鐵。
（1）溶樣： Fe2O3 + 3H2SO4 ==3Fe2(SO4)3 + 3H2O
（2）水解反應(yīng)： Fe2(SO) 3+ n H2 O ==Fe2(OH)n(SO)3-n/2 + n/2H2SO4
（3）聚合反應(yīng)： 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(chǎn)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(xì)粉（全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.35%，重鉻酸鉀法測(cè)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(guò)濾。將濾液倒入圓底燒瓶?jī)?nèi)，補(bǔ)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(yīng)一定時(shí)間 ，在40～60℃條件下熟化4 h，可得紅褐色液狀的PAFS。
2 結(jié)果與討論
2.1 PFPS的合成條件
通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)討論磷鐵摩爾比、合成溫度、合成時(shí)間3個(gè)主要因素對(duì)合成PFPS的影響，以確定最佳合成條件。
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表1 PFPS的合成的正交實(shí)驗(yàn)
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試驗(yàn)結(jié)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(guò)低、聚合時(shí)間過(guò)短、得到的產(chǎn)品不穩(wěn)定,原因是鐵離子水解，聚合度不夠，導(dǎo)致產(chǎn)生堿式聚合硫酸鐵沉淀；磷鐵摩爾比增加,鹽基度增大,說(shuō)明PO43-對(duì)PFS有增聚作用,但比例過(guò)大靜置后會(huì)出現(xiàn)溶液不穩(wěn)定。綜合上述因素得到穩(wěn)定溶液的最佳合成條件：溫度80℃，時(shí)間60 min、鐵/磷摩爾比為1﹕0.08。在此條件下得到的9號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量見表2。
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表2 9號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量
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2.2 污水處理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)560 nm）, 投加量為20 mg/L，采用燒杯攪拌實(shí)驗(yàn)方法，pH調(diào)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(yàn)結(jié)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(shí),礬花形成的速度更快、絮體大、沉降速度比PFS快。
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表3 污水處理實(shí)驗(yàn)
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3 結(jié) 論
（1） 以硫鐵礦燒渣為原料直接酸浸制備PFPS，通過(guò)正交試驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ：聚合反應(yīng)溫度、磷鐵摩爾比對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和溶液的穩(wěn)定性影響較大；當(dāng)溫度為80 ℃,磷鐵摩爾比為0.08,時(shí)間為60 min時(shí)合成的PFPS，達(dá)到了同類產(chǎn)品的各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
（2）污水處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PFPS適用范圍較廣，在pH=6～8時(shí)濁度的去除率、COD 去除率、脫色率均好于PFS，處理污水時(shí)礬花更大。
參考文獻(xiàn)
[1] 鄭禮懷，劉克萬(wàn).無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].水處理技術(shù)，2004，30（6）：315-319.
[2] 鄭禮懷，舒型武.含磷復(fù)合絮凝劑的應(yīng)用研究[J].水處理技術(shù)，2001，27（5）：275-276.
[3] 劉峙嶸，梁喜珍.聚合磷硫酸鐵合成的進(jìn)一步研究[J].科技進(jìn)展，2000，（3）：26-29.
[4] 袁斌，呂松.聚合磷硫酸鐵的合成及其性能[J].水處理技術(shù)，2001，27（6）：350-351.
[5] 鄭雅杰，龔竹青,陳白珍. 硫鐵礦燒渣制備PFS、PFPS及其除濁效果比較[J].上海環(huán)境科學(xué),2001 ,20(12) :614-615.
[6] 邵維仁，朱傳俊.聚合硫酸鐵產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)[J].工業(yè)水處理，1994，14（1）：30-33.
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