高浓聚合氯化铁混凝剂的制备及混凝效果分析

薛 锚

（瑞安市环境监察大队 浙江瑞安 325200）

混凝剂大多用在工业或是日常生活当中，一般是在处理水的时候使用。而一般情况下，人们大多把铝盐作为混凝剂的首选，但由于近年来日益突出的环保问题，铝盐在混凝时常常会留下重金属铝成为环保人员与部门不可忽视的问题。而铁盐却拥有着铝盐无法匹及的好处，所以如何制备高浓度聚合氯化铁混凝剂，成为研究课题的重中之重。

1 运用的中和法、胶凝法和加热法制备混凝剂效果分析

由于聚合氯化铁中的铁为三价的铁离子，有些工业企业为了节省制作工程中浪费的时间，一般直接购进氯化铁进行制备聚合氯化铁。采用的一般为中和法、胶凝法和加热法。首先，由于三价铁离子的不稳定性，在中和法的制备中，一般会事先加入一定的稳定剂，并且在氯化铁溶液中进行充分剧烈的搅动使其接触均匀。然后，缓慢适量的往溶液中加入一定量的碱性溶液，使其形成一个足够水解的碱性环境，最后，在一系列的聚合熟化中，便可得到聚合氯化铁溶液。胶凝法则是往氯化铁中加入一定量的氨水，制备氢氧化铁胶体，最后在氢氧化铁胶体和氯化钠溶液中加入一定量的稳定剂，最后便可得到聚合氯化铁。胶凝法制备出来的聚合氯化铁的浓度较高，杂质较少，和中和法相比，更值得企业选择。而加热法顾名思义就是给氯化铁溶液加热并搅拌，并在保持温度的情况下加入水中进行混凝。因为根据相关的研究，氯化铁溶液为含十个结晶水的氯化铁，在将其放入高温炉并保持高温炉温度在280℃~320℃加热的情况下，带结晶水的氯化铁会失去离子水，生成触感软软的固体，那便是聚合氯化铁。根据相应的研究，将带结晶水的氯化铁事先碱性化，并使碱性化达到30%左右，然后将其放在约280℃下分解10min，便可最大程度的得到该条件下浓度最高的聚合氯化铁[1]。

但是，这三种方法制备的混凝剂混凝效果却大大没有达到人们的期望。首先，这三种方法的制备过程，不仅仅会消耗大量的工业资源，比如煤、酸、劳力等，而且在制备后会产生大量的工业废料污染环境，增加企业负担。同时，这三种方法制备出的混凝剂不能完全混凝出水中的各种杂质，还会留下一定量的重金属，给人们的生活生产留下隐患。

2 制备高浓度聚合氯化铁混凝剂效果分析

2.1 硫铁矿烧渣制备聚合氯化铁的过程

通过加热法、中和法、胶凝法生产聚合氯化铁混凝剂固然有其优点，但由于其成本极高，所以无法在工业生产中大规模的推广利用。同时，工业生产中会大量生成硫铁矿渣，一旦这些硫铁矿渣处理不好，会造成极大的环保问题，而以往，工厂处理这大量的硫铁矿渣也会花费巨大的资金，给企业增加经营负担。所以，又能保护环境，又能减少资金投入的硫铁矿烧渣制聚合氯化铁混凝剂的方法，无疑是极好的选择[2]。

在工业生产中，每产出一吨硫酸可以排放出约零点八吨的废渣，而每1t废渣中，大约有30%~50%是铁，如果这些可以得到充分的利用，那么潜在的价值是不可估量的。而制备聚合氯化铁，工业中一般是将生产出的废渣进行研磨，然后将其倒入特殊的筛子进行过滤，用盐酸浸泡，充分搅拌加热一段时间，并保持一定的温度，在反应炉中的物质大部分进行反应后，冷却至室温，然后加入一定量的强氧化剂（如过氧化氢），使反应液中少量的二价铁离子变成正三价铁离子。进行抽滤，向滤液中加入少量PVA，防止三价铁离子还原成二价铁离子。同时，向其中加入适量的氢氧化钠，并以此来调节溶液中氢氧根和铁离子（三价）的比例。在进行一系列的水解聚合之后，便可以得到深褐色的聚合氯化铁混凝剂。

2.2 利用硫铁矿渣制备的混凝剂的混凝效果

据研究分析，在110℃下反应1h～1.2h，固液比例达到3mg/mL时，聚合氯化铁混凝剂的析出率可以高达96.8%。这样高浓度的聚合氯化铝混凝剂，在混凝时可以达到较好的混凝效果，而且混凝效果远远超出上面三种方法制备出来的聚合氯化铁混凝剂。而且生产后产生的废料如硫等，可以进入工业生产中进行再利用[3]。

3 由酸洗废液制备聚合氯化铁的方法

氧气是一种成本较低的氧化剂，若采用其作为亚铁离子的氧化剂，可大幅度降低成本。氧化法反应机理如下：

式中：0

这种合成方法是将含有氯化亚铁的废酸液通入反应塔，在塔顶加入亚硝酸钠催化剂，在塔底不断通入氧气作为氧化剂，同时加入一定量的稳定剂。温度控制在40℃～90℃，以利于络合物的分解。循环泵的作用是保持液体在填料反应塔和贮罐之间不断循环，使亚铁不断被氧化，直至完全氧化。该方法生产的聚合氯化铁指标为：Fe3+含量为8%～13%，盐基度为6%～12%，Fe2+含量≤0.1%。

在利用氧气氧化法对宣钢酸洗废液进行了絮凝剂的合成试验研究，制备出了性能优良的聚合氯化铁。废酸液含总铁120g/L~150g/L，HCl80g/L～100g/L，用工业盐酸和铁屑将HCI/总Fe的质量比调配至0.45～0.55，用NaNO2作催化剂，通入氧气充分氧化，反应温度为15℃～70℃，压力500g/L～800kPa。制成的产品为黄褐色粘稠液体，Fe2O3含量(质量百分比)14.6%～15.4%、Fe2+<1.0g/L、盐基度>5.5%，经过试验，该产品对废水处理有良好的效果。

氯酸钠氧化法

氧化聚合原理：

在采用氯酸钠氧化法制备聚合氯化铁絮凝剂中，通过对形态分布、稳定性及氧化速度的研究确定了制备聚合氯化铁的最佳条件。该研究表明：在制备聚合氯化铁的过程中，氯化亚铁的氧化速度主要受溶液中含酸量的影响，它随溶液酸量的降低而降低。最佳条件是选择初始酸含量在0.2mol/L～0.6mol/L之间，用于调整碱化度的酸在氧化剂之后加入；氧化剂的形式用溶液最好，投加速度为1mmol/min～6.5mmol/min。

利用酸洗废液来研究制备聚合氯化铁的工艺条件得出：反应温度控制在常温，废液中二价铁与氧化剂氯酸钠的物质的量的比为l：0.08，每100mL酸洗废液加入17mL浓盐酸，反应时间为5min，可制得总铁含量大于40%、盐基度为58.7%、密度为1.3g/mL的聚合氯化铁。

4 结语

混凝剂是水处理中不可缺少的工具，好的混凝剂可以提高水处理的效率，还能保证水处理过程中的优质性。而高浓度的聚合氯化铁混凝剂不仅弥补了氯化铝混凝剂带来的不便之处，还可以使混凝效率大大提高。所以它的研发和制备是必要的。

[1]陈凌.聚合氯化铝和聚合氯化铁处理造纸废水的效果比较[J].中国造纸,2011,30(3):34-36.

[2]杨忠莲,高宝玉,王燕,等.聚合氯化铁-聚环氧氯丙烷-二甲胺复合絮凝剂在模拟染料废水处理中的絮体特性研究[J].功能材料,2012,43(14):1936-1940.

[3]卢大鹏,王晓凤,黄雯琦,等.聚合氯化铁的制备及其絮凝效果[J].化学研究,2014,25(1):72-75.