專利名稱：硫酸亞鐵—碳酸銨法高純α－Fe的制作方法
技術領域：
本發明提供一種無機化工品生產技術，具體說是硫酸亞鐵一碳酸銨法高純α-Fe2O3生產技術。
(二)技術背景生產Fe2O3方法很多，但可大工業生產高純α-Fe2O3工藝僅有幾種；傳統凈化Fe2+與草酸反應得草酸鐵晶體沉淀，濾出、洗凈、干燥、加熱分解成FeCO3，再通熱風≥600℃下加水蒸汽催化燒成α-Fe2O3高純品，工藝簡單，質量合格，但草酸昂貴，成本太高。南京暢暢公司用FeSO4液加氨，鼓風氧化以Fe(OH)3↓濾出、洗凈、干燥煅燒成α-Fe2O3，因反應放熱大，水，氨汽化多，Fe(OH)3與硫銨成近似固態，稱《固相法》，有兩大缺憾一是氧化下Fe(OH)3沉淀，同時NH4+、Na+、K+也以黃鉀鐵礬[M2Fe6(sO4)4·(OH)2，式中M=NH4+,Na+,K+,Pb2+/2]]]>型式共沉淀，此物洗滌不去，分解不了，造成產品總是Na+、SO42-超標，最好只達二級品，不可取二是名為《固相法》，產硫酸銨結晶與Fe(OH)3稠泥混合，須水洗分離，洗得硫酸銨濃度不高，回收高耗能，反應熱使氨汽化多，須硫酸洗氣回收氨，造成氨、酸耗費大，多了工序，增加了酸、氨消耗，不經濟，故《固相法》在山東工業化生產，投資大，效益欠佳，難推廣。以凈化FeSO4液與碳酸銨反應，制得高純FeCO3晶體，避開了黃鉀鐵礬產生，可煅燒成α-Fe2O3，高純商品，百余年前就知道，只因要產FeCO3高純，不僅要FeSO4和(NH4)2CO3兩反應液要高純，反應溫度，PH值，攪拌強度最佳下，兩反應液濃度或過飽度必須很低，在有晶種下混合反應才能得晶粒粗大均一，沉洗濾性能良好的FeCO3高純晶體，才可燒得高純α-Fe2O3產品；而兩反應液濃度低，附產硫酸銨母液濃度就更低，若大工業化生產，附產大量低濃度硫酸銨母液，回收虧本，排放浪費，也是巨大水污染源。故如此簡單工藝，百余年無人工業化應用。
本發明為解此難題，專門設計雙循環復分解沉淀反應器(另一專利，申請在同日)，以200g/L上下濃硫酸銨母液夾帶微小懸浮FeCO3晶體作雙循環介質，在雙路循環流中途分別加入濃FeSO4和(NH4)2CO3凈化液，循環流中兩反應液被稀釋倍數由人設計到最佳，兩路循環液相遇混合一瞬間發生反應時均是低濃度，又有晶種，晶種會在不斷循環中長大，大到一定程度，被串接漩流器回收，盡是粗大均一，易于沉濾洗的FeCO3晶體，純水漂凈，干燥后入爐煅燒成α-Fe2O3，盡是特優純品；因Fe2+反應，無黃鉀鐵礬產生可能，產高純品有保證，又因泵入反應兩液濃，產硫酸銨母液必濃，一般≥200g/L，多效濃縮，附產硫酸銨成本低，效益好，節能突出，清潔生產得實現；年產六千噸α-Fe2O3高純品生產線，可附產硫酸銨1萬噸，工業化本小利大。所產α-Fe2O3可達99％-99.9％。

發明內容本工藝是①制高純FeSO4凈化液，粗FeSO4·7H2O原料，多為硫酸法鈦白粉廠附產，純度≥90％，雜質多，先入溶解槽，加入過量鐵屑、開水及動物膠8-10g/m3，以氨或硫酸調PH＝4～5間，攪拌溶解，控制在60-70℃間，含FeSO4460±10g/L為好，再泵入沉淀槽，槽入液口吊一籃鐵屑，液面浮一層液體石蠟，使FeSO4液與空氣隔絕下，保溫靜置≥16h，粗濾得化學凈化液有鐵屑可保Fe3+全變成Fe2+，隔絕空氣可防再氧化，鐵同時置換Co、Ni、Sn、Pb、Cu等，PH＝4～5間加動物膠，可使硅酸、Al3+、Ti4+易水解沉淀到＜10-6，被精濾除盡。但Ca、Mg、Mn此法難除盡，若硫化，Fe2+硫化勢大于Mn2+，不能用硫化除Mn，可將化學凈化液泵入靜態離子交換槽，化驗Ca、Mg、Mn總量選磺酸基陽離子001×7，作吸除ca、Mg、Mn劑，計算總用量，先小試，校正計算值，將離交樹脂裝入網籃浸入溶液，電機使左右擺動，促進交換，到測溶液雜質殘量達標為止，大工業生產可多槽逆流離子交換，此法只吸除雜質，不與目的離子(此處為Fe2+)交換，離子樹脂用量、再生劑消耗少，成本低，離交凈化液純度高，非常實用，飽吸雜質離子樹脂，常規再生，循環使用，不贅述；②制高純碳酸銨液農用碳酸氫銨，氨水，溫水，絮凝劑，聚丙烯酰胺6-12g/m3加入銨鹽溶解槽，攪拌溶解成52±3℃下含(NH4)2CO3330±20g/L，含游離氨20±5g/L溶液，靜置保溫下≥12h后精濾，精濾液過離交凈化槽，用007×1離交樹脂吸除Ca、Mg、Mn等雜質，得高純碳酸銨液；③上述兩高純溶液，按Fe2+∶(NH4)2CO3摩爾比1∶1.1比例，同時泵入雙循環復分解沉淀反應器內，稀釋比8-10間，反應FeSO4+(NH4)2CO3→FeCO3↓+(NH4)2SO4，濾出FeCO3晶體，純水漂凈，干燥后入爐，通≥600℃凈化熱風，加風量25％體積水蒸汽催化下煅燒得高純α-Fe2O3，純度在99～99.9％之間，達超高純；④母液含(NH4)2SO4≥200g/L，少量(NH4)2CO3及游離NH3，可加硫酸中和到PH6.5～7.5間，加H2O2使殘Fe2+以Fe(OH)3↓除凈，多效蒸發回收硫酸銨附產品，實現綜合利用，清潔生產。
權利要求
硫酸亞鐵-碳酸銨法高純α-Fe2O3生產技術，其特征是①粗FeSO4·7H2O加入溶解槽，加過量鐵屑、開水及動物膠8-10g/L，以氨或硫酸調PH＝4-5間攪拌，控制溫度60-70℃間，含FeSO4460±10g/L，泵入沉淀槽，槽面浮≥5cm液體石蠟以隔絕空氣，液體入口吊一籃鐵屑，保溫靜值≥16h后，上清液精濾后泵入離子交換凈化槽，槽內液面仍液體石蠟浮面，化驗液內有害離子。此刻，關鍵是Ca、Mg、Mn離子總量(Fe3+已被鐵屑還原成Fe2+、Co、Ni、Sn、Pb、Cu等被Fe置換，PH4-5下Al、Ti、SiO2多水解并被動物膠吸附絮凝沉淀精濾除凈，上述雜質很難超標)，在Fe2+液中唯殘Ca、Mg、Mn氧化、硫化都不行，用離子交換樹脂可有限除凈，選001×7磺酸基陽離子交換樹脂，用量以殘Ca、Mg、Mn總量稍過量為準，計算好再小試修正用量(第一次這樣作，以后照比例加就是)作靜態離子交換，就是樹脂裝網籃，浸入溶液作上下、左右相對運動，促離子交換，到測液中有害離子濃度達標為止，算制成高純FeSO4液，離交樹脂再生再用，不贅述；②碳酸氫銨，氨水，溫水，絮凝劑加入銨鹽溶解槽，攪拌勻，成52±3℃含(NH4)2CO3330±10g/L，游離氨20±5g/L溶液，靜置12h后，精濾液入離子交換凈化槽，加001×7磺酸基陽離子交換樹脂，吸除Ca、Mg、Mn等離子達標為凈化高純碳酸銨液；③將上述兩高純凈化液同時以FeSO4∶(NH4)2CO3＝1∶1.1摩爾比泵入雙循環復分解沉淀反應器內，在器內硫酸銨母液濃度≥200g/L，PH＝7.5-8.5間，控制兩加入濃液雙循環中稀釋比8-10間，循環稀釋又混合反應，于漩流器下收得晶粒粗大均一，沉濾洗性良好的FeCO3↓，純水漂凈，干燥后為中間產品高純FeCO3晶粉，大部分可入煅爐，通≥600℃凈化熱風，加入25％風量水蒸汽，作催化劑，反應得高純α-Fe2O3，品質可達含Fe2O3在99～99.9％之間；④分離母液含(NH4)2SO4≥200g/L，少量碳酸銨及游離氨及Fe2+，可加H2O2使Fe2+→Fe3+以Fe(OH)3↓濾除，加硫酸調PH到中性，多效濃縮脫水，獲硫酸銨附產品，年產六千噸α-Fe2O3之生產線，，因此可多產1萬噸硫酸銨，清潔生產，意義重大。以上四項請求知識產權保護。
全文摘要
本發明提供一種無機化工品生產技術，具體說是硫酸亞鐵—碳酸銨法高純α－Fe
文檔編號C01C1/00GK101016171SQ20061004176
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月9日 優先權日2006年2月9日
發明者朱作遠 申請人:朱作遠