專利名稱：一種硫酸亞鐵的分離精制方法
技術領域：
本發明涉及以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵的ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，這種硫酸亞鐵粗品是在鹽酸酸洗廢液的資源化綜合利用過程中得到的，本發明特別涉及一種以鹽酸溶液為酸洗液對鋼鐵元件進行酸洗處理以清除金屬表面氧化物過程中得到的含鐵鹽酸酸洗廢液經資源化綜合利用及處理后得到的硫酸亞鐵粗品的分離精制方法，屬于無機化工技術領域。
背景技術：
鋼鐵元件在表面熱鍍鋅前要經過鹽酸酸洗過程以清除金屬表面的氧化物，鹽酸酸洗廢液是為了清除金屬鋼鐵元件表面氧化物而產生的含鐵鹽酸酸洗廢液。鹽酸酸洗廢液中含有 120Kg/m3 180Kg/m3 氣化亞鐵 FeCl2、30Kg/m3 50Kg/m3 鹽酸 HC1、lKg/m3 2Kg/m3的酸洗添加剤。鹽酸酸洗廢液充分利用FeCl2+H2S04 — FeS04+2HCl置換反應原理、FeSO4和FeCl2在酸性水溶液中的溶解度差異以及FeSO4 ·7Η20隨溫度的溶解度變化規律。在鹽酸酸 洗廢液加入濃硫酸，使鹽酸酸洗廢液中的氯化亞鐵轉變為硫酸亞鐵和鹽酸，利用結晶技術析出得到硫酸亞鐵FeSO4 · 7Η20粗品，鹽酸酸洗廢液中得到的硫酸亞鐵FeSO4 · 7Η20粗品除含有硫酸亞鐵外，還含有其他雜質以及鹽酸酸洗液中添加的除銹劑、緩蝕劑、抑霧劑等。硫酸亞鐵粗品作為制造水處理劑和顔料等的原料使用時，還必須對硫酸亞鐵粗品進行分離精制得到聞純度的硫酸亞鐵廣品，才能滿足按照GB8285-87硫酸亞鐵晶體廣品的質量指標要求。因此為了獲得滿足エ業要求的硫酸亞鐵FeSO4 · 7Η20產品，實現廢物再利用，需要解決硫酸亞鐵FeSO4 · 7Η20粗產品的分離精制問題。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種エ藝合理、制備方法簡單、制備成本低、產品純度高的ー種硫酸亞鐵的分離精制方法。實現上述目的的技術方案是ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，所述方法步驟如下(I)升溫溶解將硫酸和水加入升溫溶解設備中，將pH值調整為2 4，將原料硫酸亞鐵粗品進行升溫溶解；(2)鐵粉還原在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入鉄粉，硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵；(3)沉淀除雜在上一歩硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑，與沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S進行反應的雜質生成流化鹽沉淀；(4)吸附除雜在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入吸附除雜劑進行吸附除雜操作；(5)固-液分離將上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液進行固-液分離，固-液分離得到精制的精制母液進入下一歩，固相物料經去處理；(6)蒸發濃縮在熱泵蒸發濃縮設備中，將上一歩得到的物料進行蒸發濃縮，氣相物料為水蒸汽經過進ー步冷凝后作為第九步洗滌水回收使用，液相物料進入下一歩；(7)冷卻結晶將上一歩得到的物料進行冷卻降溫，硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶析出；(8)固-液分離將上一歩得到的物料進行固-液分離，固相物料為硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶進入下一歩，液相物料直接作為第一歩的水和硫酸亞鐵原料循環使用；(9)水洗除雜將上ー步分離精制得到的硫酸亞鐵進行水洗除雜，水洗除雜時采用第六步蒸發濃縮得到的冷凝水洗滌，水洗除雜后得到精制的硫酸亞鐵固體，經過洗滌的水作為第一歩的水循環使用；

(10)脫水干燥將上ー步分離精制得到硫酸亞鐵的結晶固體在100°C 105°C干燥，得到高純的硫酸亞鐵產品。進ー步，所述第一歩升溫溶解步驟中的操作溫度為60°C 90°C，硫酸亞鐵在水溶液中的質量濃度為30% 50%。進ー步，所述第二步鐵粉還原步驟中的鉄粉加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的
1% 5%。進ー步,所述第三步沉淀除雜步驟中沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S的加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的O. 1% I. 0%。進ー步，所述第四步吸附除雜步驟中的吸附除雜劑為分子篩或活性碳或硅藻土中的任意一種或者任意兩種或任意三種組分的混合物，吸附除雜劑加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的1.0% 5.0%。進ー步，所述第五步和第八步固-液分離步驟中所述固-液分離裝置為沉降式或過濾式或離心式或葉片式固-液分離裝置中的任意ー種。進ー步，所述第六步蒸發濃縮步驟中，利用熱泵技術，在熱泵蒸發濃縮設備中蒸發濃縮產生的氣相物料加壓壓縮后進入換熱器，將氣相物料移出的熱作為再沸器的熱源，蒸發濃縮后的硫酸亞鐵重量百分濃度為物料的50% 80%。進ー步，所述第七步冷卻結晶步驟中，液相物料進行冷卻降溫至0°C 40°C。本發明的主要反應原理是(I)在硫酸亞鐵的硫酸水溶液中加入鉄粉，將硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵，而且加入鉄粉可以與其他不活潑金屬離子發生置換反應，以減少沉淀除雜的用量，得到初歩脫除金屬雜離子的目的，反應式為2Fe3++Fe = 3Fe2+，未沉淀重金屬離子同時被還原為金屬產生沉淀。(2)在硫酸亞鐵水溶液中加入3沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S,重金屬離子和砷與沉淀除雜劑發生反應，生成難溶于稀酸的金屬硫化物沉淀，進ー步脫除金屬雜離子，以除去重金屬離子和砷等，反應式為Sn2++H2S = SnS I +2H.Cu2++H2S = CuS I +2H+2As3++3H2S = As2S3 I +6H+。(3)利用鹽酸酸洗液中添加的除銹劑、緩蝕劑、抑霧劑等容易發生吸附在吸附劑的特性，在脫除金屬雜離子的硫酸亞鐵溶液中加入吸附除雜劑進行吸附除雜操作，將物料中夾帶的有機物進行吸附除雜。實現本發明需要的主要エ藝設備為升溫溶解設備、固-液分離設備、熱泵蒸發濃縮設備、冷卻結晶設備、脫水干燥設備以及除雜設備等。采用上述技術方案的好處是本發明方法エ藝合理，制備方法簡單，制備成本低，廣品純度尚。具體表現在(I)在硫酸亞鐵的硫酸水溶液中加入鉄粉，將硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵，而且加入鉄粉可以與其他不活潑金屬離子發生置換，未沉淀重金屬離子同時被還原為金屬產生沉積沉淀，以減少沉淀除雜的用量。(2)在硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S進行反應，進 一歩脫除金屬雜離子，以除去重金屬離子和砷等。 (3)在脫除金屬雜離子的硫酸亞鐵溶液中加入吸附除雜劑進行吸附除雜操作，進一歩脫除鹽酸酸洗液中添加的除銹劑、緩蝕劑、抑霧劑等雜質，特別是將物料中夾帶的有機物雜質進行吸附除雜。(4)充分利用了硫酸和硫酸亞鐵難揮發的特點，經過的精制FeSO4溶液進行蒸發濃縮，提高液相物料的硫酸亞鐵濃度，經過進一歩冷卻后結晶析出FeSO4 · 7H20，得到的冷卻水作為第九步的洗滌用水。(5)充分利用了熱泵技術的特點，在蒸發濃縮過程中，蒸發出的氣相物料放出潛熱作為再沸器熱源，能量利用率高，大幅度提高能量利用率，減小換熱器的換熱面積，降低制備成本和操作費用。(6)充分利用了硫酸亞鐵的分離精制過程的特殊性，蒸發濃縮后采用冷卻結晶的方法，將上一歩的物料進行冷卻降溫度，使物料冷卻降溫，進ー步降低了硫酸亞鐵產品中雜質的含量，提高產品的純度。將固-液分離后硫酸亞鐵的母液直接作為進入第一歩升溫溶解操作的混合配料的原料循環使用，物料利用充分。產品質量好，滿足GB8285-87產品質量指標要求。(7)簡化了分離精制過程，制備方法簡單，制備成本低，有利于實現過程的清潔生產，大幅度降低了制備成本，便于實現連續大規模エ業化。本發明的制備方法簡單，エ藝合理，制備成本低，產品純度高，產品質量好，收率聞。


附圖為本發明的エ藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步詳細的說明。實施例一主要エ藝設備為攪拌釜、熱泵蒸發濃縮設備、過濾式固-液分離裝置、離心式固-液分離裝置、冷卻結晶裝置、脫水干燥設備等。如圖所示，ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，所述方法步驟如下(I)升溫溶解將IOOOKg硫酸亞鐵粗品、硫酸和水加入攪拌釜中，調整pH值為2，升溫到60°C，得到質量濃度為30%的硫酸亞鐵溶液；(2)鐵粉還原在上一步得到的硫酸亞鐵水溶液中加入硫酸亞鐵粗品的質量的I %鐵粉，硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵；(3)沉淀除雜在上一歩硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑流化氫H2S,流化氫H2S的加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的O. I %,與沉淀除雜劑流化氫H2S反應的雜質生成流化鹽沉淀；(4)吸附除雜在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入吸附除雜劑為活性碳，活性碳加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的1.0%進行吸附除雜操作； (5)固-液分離在過濾式固-液分離裝置過濾機中，將上ー步得到的硫酸亞鐵水溶液進行固-液分離，固-液分離得到精制的精制母液進入下一歩，固相物料去進ー步處理；(6)蒸發濃縮在熱泵蒸發濃縮設備中，將上一歩得到的物料進行蒸發濃縮，利用熱泵技術，在蒸發濃縮設備中蒸發濃縮產生的氣相物料加壓壓縮后進入換熱器，將氣相物料移出的熱作為再沸器的熱源，蒸發濃縮后的硫酸亞鐵重量百分濃度為物料的80%。氣相物料為水蒸汽經過進ー步冷凝后作為第九步洗滌水回收使用，液相物料進入下一歩；(7)冷卻結晶將上一歩得到的物料進行冷卻降溫液相物料進行冷卻降溫至0°C，硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶析出；(8)固-液分離在離心式固-液分離裝置離心機中，將上ー步得到的物料進行固-液分離，固相物料為硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶進入下一歩，液相物料直接作為第一歩的水和硫酸亞鐵原料循環使用；(9)水洗除雜將上ー步分離精制得到的硫酸亞鐵進行水洗除雜，水洗除雜時采用第六步蒸發濃縮得到的冷凝水洗滌，水洗除雜后得到精制的硫酸亞鐵固體，經過洗滌的水作為第一歩的水循環使用；(10)脫水干燥將上ー步分離精制得到硫酸亞鐵的結晶固體在100°C干燥，得到高純的硫酸亞鐵產品，硫酸亞鐵(FeS04*7H20)含量彡99.0%，重金屬(以pb計)
<O. 002%，達到GB8285-87硫酸亞鐵質量指標要求。實施例ニ主要エ藝設備為攪拌槽、熱泵蒸發濃縮設備、葉片式固-液分離裝置、離心式固-液分離裝置、冷卻結晶裝置、脫水干燥設備等。如圖所示，ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，所述方法步驟如下(I)升溫溶解將IOOOKg硫酸亞鐵粗品、硫酸和水加入攪拌槽中，調整pH值為4，升溫到90°C，得到質量濃度為50%的硫酸亞鐵溶液；(2)鐵粉還原在上一步得到的硫酸亞鐵水溶液中加入硫酸亞鐵粗品的質量的5 %鐵粉，硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵；(3)沉淀除雜在上ー步硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑流化鈉Na2S,流化鈉Na2S的加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的I. 0%,與沉淀除雜劑流化鈉Na2S反應的雜質生成流化鹽沉淀；(4)吸附除雜在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入吸附除雜劑分子篩，分子篩加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的5. 0%進行吸附除雜操作；(5)固-液分離在葉片式固-液分離裝置中，將上ー步得到的硫酸亞鐵水溶液進行固-液分離，固-液分離得到精制的精制母液進入下一歩，固相物料去進ー步處理；(6)蒸發濃縮在熱泵蒸發濃縮設備中，將上一歩得到的物料進行蒸發濃縮，利用熱泵技術，在蒸發濃縮設備中蒸發濃縮產生的氣相物料加壓壓縮后進入換熱器，將氣相物料移出的熱作為再沸器的熱源，蒸發濃縮后的硫酸亞鐵重量百分濃度為物料的50%。氣相物料為水蒸汽經過進ー步冷凝后作為第九步洗滌水回收使用，液相物料進入下一歩；(7)冷卻結晶將上一歩得到的物料進行冷卻降溫液相物料進行冷卻降溫至 40°C，硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶析出；(8)固-液分離在離心式固-液分離裝置離心機中，將上ー步得到的物料進行固-液分離，固相物料為硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶進入下一歩，液相物料直接作為第一歩的水和硫酸亞鐵原料循環使用；(9)水洗除雜將上ー步分離精制得到的硫酸亞鐵進行水洗除雜，水洗除雜時采用第六步蒸發濃縮得到的冷凝水洗滌，水洗除雜后得到精制的硫酸亞鐵固體，經過洗滌的水作為第一歩的水循環使用；(10)脫水干燥將上ー步分離精制得到硫酸亞鐵的結晶固體在105°C干燥，得到高純的硫酸亞鐵產品，硫酸亞鐵(FeS04*7H20)含量彡99.0%，重金屬(以pb計)< O. 002%，達到GB8285-87硫酸亞鐵質量指標要求。實施例三主要エ藝設備為攪拌釜、熱泵蒸發濃縮設備、離心式固-液分離裝置、沉降式固-液分離裝置、冷卻結晶裝置、脫水干燥設備等。如圖所示，ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，所述方法步驟如下(I)升溫溶解將IOOOKg硫酸亞鐵粗品、硫酸和水加入攪拌槽中，調整pH值為3，升溫到80°C，得到質量濃度為40%的硫酸亞鐵溶液；(2)鐵粉還原在上一步得到的硫酸亞鐵水溶液中加入硫酸亞鐵粗品的質量的3 %鐵粉，硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵；(3)沉淀除雜在上一歩硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑流化氫H2S,流化氫H2S的加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的O. 6%,與沉淀除雜劑流化氫反應的雜質生成流化鹽沉淀；(4)吸附除雜在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入吸附除雜劑為50%活性碳和50%硅藻土分子篩的混合物，除雜劑加用量為原料量中硫酸亞鐵粗品的質量的3. 0%進行吸附除雜操作；(5)固-液分離在沉降式固-液分離裝置中，將上ー步得到的硫酸亞鐵水溶液進行固-液分離，固-液分離得到精制的精制母液進入下一歩，固相物料去進ー步處理；(6)蒸發濃縮在熱泵蒸發濃縮設備中，將上一歩得到的物料進行蒸發濃縮，利用熱泵技術，在蒸發濃縮設備中蒸發濃縮產生的氣相物料加壓壓縮后進入換熱器，將氣相物料移出的熱作為再沸器的熱源，蒸發濃縮后的硫酸亞鐵重量百分濃度為物料的70%。氣相物料為水蒸汽經過進ー步冷凝后作為第九步洗滌水回收使用，液相物料進入下一歩；(7)冷卻結晶將上一歩得到的物料進行冷卻降溫液相物料進行冷卻降溫至25°C，硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶析出；(8)固-液分離在離心式固-液分離裝置離心機中，將上ー步得到的物料進行固-液分離，固相物料為硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶進入下一歩，液相物料直接作為第一歩的水和硫酸亞鐵原料循環使用；(9)水洗除雜將上ー步分離精制得到的硫酸亞鐵進行水洗除雜，水洗除雜時采用第六步蒸發濃縮得到的冷凝水洗滌，水洗除雜后得到精制的硫酸亞鐵固體，經過洗滌的水作為第一歩的水循環使用；(10)脫水干燥將上ー步分離精制得到硫酸亞鐵的結晶固體在103°C干燥， 得到高純的硫酸亞鐵產品，硫酸亞鐵(FeS04*7H20)含量彡99.0%，重金屬(以pb計)
<O. 002%，達到GB8285-87硫酸亞鐵質量指標要求。除上述實施例外，本發明的各項技術參數還可在優選數值范圍內任意選擇。如溫溶解步驟中的操作溫度還可選取600C 90°C中的其它數值，液相物料進行冷卻降溫至(TC 40°C中的其它數值等。除上述各實施例，本發明的實施方案還有很多，凡采用等同或等效替換的技術方案，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，其特征在于所述方法步驟如下 (1)升溫溶解將硫Ife和水加入升溫溶解設備中，將pH值調整為2 4,將原料硫酸亞鐵粗品進行升溫溶解； (2)鐵粉還原在上一步得到的硫酸亞鐵水溶液中加入鐵粉，硫酸亞鐵粗品中含有的硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵； (3)沉淀除雜在上一歩硫酸亞鐵水溶液中加入沉淀除雜劑，與沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S進行反應的雜質生成流化鹽沉淀； (4)吸附除雜在上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液中加入吸附除雜劑進行吸附除雜操作； (5)固-液分離將上一歩得到的硫酸亞鐵水溶液進行固-液分離，固-液分離得到精制的精制母液進入下一歩，固相物料經去處理； (6)蒸發濃縮在熱泵蒸發濃縮設備中，將上一歩得到的物料進行蒸發濃縮，氣相物料為水蒸汽經過進ー步冷凝后作為第九步洗滌水回收使用，液相物料進入下一歩； (7)冷卻結晶將上一歩得到的物料進行冷卻降溫，硫酸亞鐵FeSO4· 7H20結晶析出； (8)固-液分離將上一歩得到的物料進行固-液分離，固相物料為硫酸亞鐵FeSO4 · 7H20結晶進入下一歩，液相物料直接作為第一歩的水和硫酸亞鐵原料循環使用； (9)水洗除雜將上ー步分離精制得到的硫酸亞鐵進行水洗除雜，水洗除雜時采用第六步蒸發濃縮得到的冷凝水洗滌，水洗除雜后得到精制的硫酸亞鐵固體，經過洗滌的水作為第一歩的水循環使用； (10)脫水干燥將上ー步分離精制得到硫酸亞鐵的結晶固體在100°C 105°C干燥，得到高純的硫酸亞鐵產品。
2.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第一歩升溫溶解步驟中的操作溫度為60°C 90°C，硫酸亞鐵在水溶液中的質量濃度為30% 50%。
3.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第二步鐵粉還原步驟中的鐵粉加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的1% 5%。
4.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第三步沉淀除雜步驟中沉淀除雜劑流化氫H2S或流化鈉Na2S的加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的O. 1% I. 0%。
5.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第四步吸附除雜步驟中的吸附除雜劑為分子篩或活性碳或硅藻土中的任意一種或者任意兩種或任意三種組分的混合物，吸附除雜劑加用量為原料量硫酸亞鐵粗品質量的I. 0% 5. 0%。
6.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第五步和第八步固-液分離步驟中所述固-液分離裝置為沉降式或過濾式或離心式或葉片式固-液分離裝置中的任意ー種。
7.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第六步蒸發濃縮步驟中，利用熱泵技術，在熱泵蒸發濃縮設備中蒸發濃縮產生的氣相物料加壓壓縮后進入換熱器，將氣相物料移出的熱作為再沸器的熱源，蒸發濃縮后的硫酸亞鐵重量百分濃度為物料的50% 80%。
8.根據權利要求I所述ー種硫酸亞鐵的分離精制方法，其特征在于所述第七步冷卻結晶步驟中，液相物料進行冷卻降溫至0°C 40°C。
全文摘要
本發明涉及一種硫酸亞鐵的分離精制方法，是以鹽酸酸洗廢液的資源化綜合利用過程中得到的硫酸亞鐵粗品為原料分離精制得到高純硫酸亞鐵，所述方法步驟如下(1)升溫溶解硫酸亞鐵溶解于硫酸水溶液中；(2)鐵粉還原硫酸鐵與鐵粉發生還原反應生成硫酸亞鐵；(3)沉淀除雜與沉淀除雜劑反應的雜質生成流化鹽沉淀；(4)吸附除雜；(5)固-液分離；(6)蒸發濃縮；(7)冷卻結晶；(8)固-液分離得到硫酸亞鐵FeSO4·7H2O結晶；(9)水洗除雜；(10)脫水干燥得到高純的硫酸亞鐵產品，滿足GB8285-87要求。本發明制備方法簡單，工藝合理，制備成本低，產品純度高，產品質量好，收率高。
文檔編號C01G49/14GK102689932SQ20111007170
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者付明, 付榮, 傅琦鳳, 孫劍, 許文林, 陳新雨 申請人:鎮江市丹徒區江南熱鍍鋅有限公司