高铁酸钾的制备及应用领域

王勇军

（成都化工股份有限公司，四川 成都611430）

受内需下滑、外需不畅的经济大环境影响，2011年，氯碱行业经历了典型的“以碱补氯”生产模式。 主要氯产品需求持续下降， 价格低位运行。 特别是进入2012 年4 月以来，部分地区倒贴运费销售液氯的情况时有发生， 氯碱产品的不平衡导致行业开工率持续低位运行，严重影响氯碱企业的生产经营。

在此经济环境下，大力开发附加值高、有效平衡氯碱的下游产品对氯碱企业尤为关键。 作为一种无毒、高效、绿色的强氧化剂，高铁酸钾在水处理、有机物氧化合成、 高铁电池材料领域中有着越来越广泛的应用。 特别是采用次氯酸钾直接氧化法制取高铁酸钾时，理论氯耗能达到0.28 t/t，为氯碱行业特别是钾碱企业，提供了又一可开发的产品领域。

1 高铁酸钾性质

（1）强氧化性

在酸性条件下，FeO2-4+8H++3e-=4Fe（OH）3+8OH-，Eθ=2.20（V）

在碱性条件下，FeO2-4+2H2O+3e-=4FeO2-4+4H2O，Eθ=0.72（V）

表1 Fe（Ⅵ/Ⅲ）、Mn（Ⅶ/Ⅳ）、Cr（Ⅵ/Ⅲ）在水溶液中的标准电极电势之对比[1]

由表1 可知，在酸性、碱性环境下，高铁酸根氧化性均强于高锰酸钾、重铬酸钾。

（2）不稳定性

高铁酸钾溶于水后， 产生氧气和氢氧化铁絮状沉淀。 在水溶液环境中，H+和Fe3+对高铁酸根具有催化分解性，且2 种离子浓度越高，其催化作用越强。其中H+与生成的OH-中和，Fe3+与高铁酸根中Fe6+铁离子发生自身氧化还原反应， 生成不稳定的Fe5+、Fe4+等铁中间体，并最终生成Fe3+。

有数据[2]表明，pH 值达到5 时，由于生成的OH-不断地被中和，高铁酸根将迅速分解，释放出氧气，生成Fe3+，生成的Fe3+又反作用于高铁酸根。

在碱性环境中，FeO2-4能够稳定存在。 有数据[3]表明，pH 值>8 时，FeO2-4稳定性较好；pH 值>10 时，FeO2-4非常稳定地存在于溶液环境中。

温度、溶液浓度也对其稳定性有显著影响，温度和浓度越低，溶液越稳定。

2 制备方法

一百多年前首次发现高铁酸钾后， 对其制备方法进行了大量研究，其中，比较成熟的主要为次氯酸盐氧化法、电解法、熔融法。

2.1 次氯酸盐氧化法

次氯酸盐氧化法又分直接法和间接法。 在强碱性环境中，向次氯酸盐溶液中加入Fe3+，次氯酸根将Fe3+氧化为FeO2-4，高铁酸钾在碱性环境中溶解度小，反应生成沉淀。经分离、洗涤纯化、干燥等工序后，可得产品。

间接法采用次氯酸钠溶液， 由于Na2FeO4、K2FeO4溶解度差异大， 反应先生成中间产物Na2FeO4，再用KOH 置换出K2FeO4。直接法采用次氯酸钾溶液直接将Fe3+氧化为FeO2-4，生成K2FeO4。 该法研究较早，工艺相对成熟、生产设备简单、产品纯度高。

2.2 电解法

电解法是在电流作用下， 在铁制阳极发生氧化反应，将其氧化成FeO2-4，再在阳极液中加入KOH，从而得到K2FeO4。

阳极：Fe3++8OH-→FeO2-4+4H2O+3e-或Fe+8OH-→FeO2-4+4H2O+6e-

阴极：2H2O+2e-→H2+OH-

该法在电解槽中加入原料， 直接电解得产品，原材料消耗小，但耗电多、能耗高、副产物多、纯度不高。

2.3 熔融法

熔融法又叫高温氧化法， 即将碱金属的过氧化物和铁的氧化物按比例混合，在氧气氛下，高温煅烧从 而 得 到K2FeO4。 以K2O2为 例，2Fe2O3+ K2O2→2K2FeO4+2K2O

该法副产物少，最终产品纯度较高，高铁收率和转化率也较高，但由于碱金属过氧化物的存在，增大了工艺的爆炸危险性。

3 应用简介

高铁酸钾由于其强氧化性、 无毒性， 在环境保护、有机合成、化学电源等领域有广泛的应用前景。

3.1 水处理

高铁酸钾氧化性强于高锰酸钾、重铬酸钾，且作用后不会产生二次环境污染， 是一种非氯高效水处理剂。 高铁酸钾水处理过程是一种集氧化、絮凝、吸附、杀菌、消毒相互协同的生化过程。

高铁酸钾可用于饮用水消毒、去除水中腐殖质、氨氮、硫化物及氰化物[4]及生物污泥脱味、除臭等方面。 具有杀菌效果好、用量少、作用快、安全、使用方便等优点。

3.2 有机物合成

由于高铁酸钾的强氧化性， 在有机物氧化合成中具有很好的发展前景[5]。 可用于水相中有机物的氧化合成、苯作为溶剂有机物氧化合成、相转移催化剂存在下的有机物氧化合成等领域。 有报道将其作为复合型多孔固体催化剂，用于有机合成的实例。

3.3 新型铁电池材料

传统锌锰电池中， 大量消耗阴极材料MnO2，由于优质天然放电锰粉资源的枯竭， 寻找高性能替代性材料尤为迫切。由于高铁酸钾的一系列优点，可用于高铁碱性电池、高铁锂离子电池、高铁金属氢化物电池等。

4 结论

基于强氧化性和无毒高效等特点， 高铁酸钾在水处理、 有机合成和新型铁电池材料方面有着广泛的应用前景。 当前经济环境导致的氯碱企业开工不足现象短时间内还很难根本改善， 广大氯碱企业应当大力开发有市场潜力的新型耗氯产品， 延伸产品链条，做到氯和碱的有效平衡，确保经济效益。 次氯酸盐氧化法生产高铁酸钾无疑提供了又一思路。

［1］朱元保，等，电化学数据手册．长沙：湖南科技出版社，1985．

［2］曲久辉，林 逻，王立立．高铁酸盐的溶液稳定性及其在水质净化中的应用．环境科学学报，2001（21）：106－109．

［3］王立立，曲久辉．高铁稳定性及其影响因素的研究．东北电力学院学报，1999，19（1）：6－10．

［4］贾汉东．未纯化高铁酸盐原液处理含硫废水的研究．郑州大学学报（自然科学版），2001，33（2）：79－821．

［5］宋 华，王宝辉．绿色合成氧化剂高铁酸盐1．化学通报，2003（4）：252－2571．