钛白粉副产品硫酸亚铁制备氧化铁红的研究

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1、结论前言氧化铁红是一种无机颜料，广泛地用于建筑材料、涂料、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、油墨等工业中。硫酸亚铁又称绿矾，是硫酸法钛白粉生产中的固体废弃物。生产1t钛白粉，产生 33.2t的七水硫酸亚铁(FeSO47H2O)。硫酸亚铁部分用于饲料添加剂、净水剂、农用化肥外，部分可生产氧化铁红颜料，但大部分作为废弃物无法有效加以利用。利用钛白粉副产物硫酸亚铁生产铁红粉，有干法和湿法两种工艺。干法生产工艺简单，但原料中杂质含量高，通过水洗处理后产品仍然难上档次，同时造成二次空气污染；湿法生产工艺经过沉淀转化，提高了铁红粉原料品质，但成本较高。硫酸盐产品的有效回收、产品质量的提高，成了影响该工艺生产成本关键

2、性因素。采用硫酸法生产钛白时，每生产一吨钛白要副产硫酸亚铁(FeSO47H2O) 3.54吨。据不完全统计，我国钛白工业副产硫酸亚铁超过100万吨/年。副产的硫酸亚铁除了少量用做聚合硫酸铁净水剂外，大部分还未得到充分利用。这不仅浪费硫、铁资源，而且还造成环境污染。用钛白副产硫酸亚铁的铁原料来合成氧化铁颜料是一种解决钛白副产硫酸亚铁出路的有效途径。但是，钛白副产硫酸亚铁除含有95 %左右的亚铁盐外，还含有Ti、Mn、Mg、Al、Si等多种杂质。这些杂质若不加以处理，混杂在颜料成品中会影响颜料的色光与性能，尤其是 Ti、Mn的影响较为明显。另外，如何利用钛白副产硫酸亚铁中的硫酸根离子，这也是一个值

3、得考虑的问题。近年来，利用钛白副产硫酸亚铁合成氧化铁颜料的研究较为活跃，但就其工业应用的实际价值来讲，还存在原料的预处理和副产硫酸盐的利用等问题。近年来，我国氧化铁红需求量不断增加，年增长率高达107%，远远高于整个氧化铁颜料36.6%的增长率，是仅次于铁黑和铁黄的铁系颜料。为此，我们提出了一条用氨水代替烧碱、利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的新工艺，并较好地解决了原料预处理和副产硫酸盐的利用问题，所得产品质量符合国家标准。与传统工艺相比，该法不仅降低了生成成本，而且还减少了三废的排放，为综合利用钛白副产硫酸亚铁开辟了一条新途径。硫酸亚铁煅烧法生产铁红产品品质较低，无法得到湿法铁红“130”这

4、一类饱和度高、颜色纯正的中性红色，在没有取得理论和技术的突破之前，不宜发展。液相沉淀法生产铁红和铁黄应作为长远的研究方向。其中生产铁黄的难度要比生产铁红低，并且锌铁黄和复合铁绿是在铁黄的基础上发展出来的，可以把铁黄、锌铁黄、复合铁绿综合起来开发。铁红的主要工作是进行应用性能研究，对产品进行深加工。透明氧化铁是一类新型材料，随着应用研究的发展其应用范围会越来越广，需求量也会越来越大。前言1第一章 文献综述3第二章 副产品七水合硫酸亚铁的精制82.1原料、设备与生产工艺82.1.1原料82.1.2设备82.1.3生产工艺82.1.4工艺流程图92.2硫酸亚铁纯度的测定92.2.1无水硫酸亚铁的制取

5、92.2.2精制后的无水硫酸亚铁纯度测定92.3实验结果及数据分析102.3.1 相同的水解时间，PAM加入量不同，对硫酸亚铁纯度的影响102.3.2 PAM加入量相同，不同的水解时间对硫酸亚铁纯度的影响12第三章 氧化铁红的制取163.1直接干法制取氧化铁红163.1.1工艺原理163.1.2工艺流程图163.2实验结果及分析16第四章 沉降时间的测定194.1絮凝剂的加入量对硫酸亚铁中杂质絮凝的影响194.1.1实验原理194.1.2实验结果及分析19结论20参考文献21第一章 文献综述铁系颜料是一种重要的无机颜料，一般都具有耐碱 、耐晒、无毒 、价廉等优点，广泛应用于涂料 、塑料 、橡胶

6、 、建筑等行业中。氧化铁红是铁系颜料之一，它具有很好的耐热性，在500时不变色，在1200时也不改变化学结构，极为稳定；能吸收阳光中的紫外光，所以对涂层有保护作用；耐稀酸、耐碱、耐水、耐溶剂，使它具有很好的耐候性。我国的钛白粉生产过程中产生大量的副产物硫酸亚铁(每生产1t钛白粉就有副产品硫酸亚铁2.54t)，硫酸亚铁的本身价值并不高，目前除少量用于净水剂、肥料、饲料添加剂等，大部分都没有被充分利用，既污染了环境又浪费了宝贵的资源。若把它用作氧化铁红的生产原料，既能有效利用资源，减少环境污染，又可降低氧化铁红的生产成本，因而具有重要的现实意义。针对这一情况，作者以钛白粉副产物硫酸亚铁为原料，对氧

7、化铁红颜料的合成进行了研究，以期为工业生产综合利用钛白粉副产物提供一定的参考。 钛白副产硫酸亚铁净化方法主要有重结晶法和氧化絮凝法。重结晶法除杂效果较好,但能耗高,且硫酸亚铁损失较大。氧化絮凝法是将硫酸亚铁配成一定浓度的溶液,在一定的pH值下，加入适量絮凝剂、还原铁粉和沉淀剂搅拌通气氧化，静置，过滤得到净化的硫酸铁溶液。这种方法与重结晶法相比，成本较低，但操作过程稍为麻烦一些。这里我们提出一种二步除杂工艺，过程如下：(1) 在钛白厂将副产硫酸亚铁在硫酸法钛白副产废酸中打浆，硫酸亚铁仍为固相，杂质则溶于废酸，离心过滤，用少许水洗涤，废酸返回溶解钛矿石。(2) 将水洗过滤的硫酸亚铁溶解搅拌，加入氨

8、水调节溶液pH值至 45，再加入适量的聚丙烯酰胺絮凝剂，则钛、锰、铝、镁、铁等的水解物絮凝沉降。然后吸取上层清液，滤渣去除。在第二步除杂过程中，Fe2 +、Fe3 +会水解絮凝沉降，这会造成一些 Fe2 +的损失，损失量与溶液的pH值有关。硫酸亚铁应配成制备氧化铁红所需浓度。钛白副产硫酸亚铁经二步除杂工艺处理后，可用于生产氧化铁红，所得产品各项质量指标达到国家一级标准，收率达98.35%.副产硫铵可用作肥料。与传统工艺相比，该工艺减少了废料排放，降低了生产成本，具有较明显的经济意义。硫铁矿烧渣是一种二次资源，对其综合利用正引起广泛重视。目前烧渣的利用主要是围绕着铁系化工产品：铁盐（制取硫酸亚铁

9、、二氯化铁），铁系颜料（制取氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑），铁氧体材料高纯磁性氧化铁，净水剂（生产聚合硫酸铁及复合净水剂）。今后，探索硫铁矿烧渣更好的综合利用，将会成为研究热点，这依赖于硫铁矿烧渣浸液中高效除杂剂的筛选和合理的除杂工艺。硫铁矿烧渣是利用硫铁矿生产硫酸的过程中排出的工业废渣。我国是硫酸生产大国，产量居世界第三位，其中用硫铁矿制酸占80 左右，而每生产lt硫酸会产生0.8至0.9t烧渣，目前全国每年将有约7l0t废渣量。烧渣通常采用堆填处理，不仅严重污染堆填处环境，且占用土地。而硫铁矿烧渣中一般含铁为20 60，还有有色金属及贵金属如Cu、Ag、Au等，可见，硫铁矿烧渣是一种二次资

10、源。因此综合利用硫铁矿烧渣己引起了国内外的广泛重视。为了提高资源利用率，保护环境，化害为利，国内外对烧渣的利用己进行了一些研究，如制砖和水泥添加剂、选渣后制团炼铁、提取有色金属及贵金属等， 但都存在着烧渣利用量和利用率较低的问题。近年来伴随着科技的发展又开发出了新的领域，如制取净水剂、铁盐和铁系颜料等铁系产品，并得到了快速发展。 1硫铁矿烧渣的化学成分硫铁矿烧渣的主要化学成分为：Fe2O3和SiO2，此外还含有CaO、MgO、Al2 O3、S、Pb、Au等。硫铁矿产地不同，其烧渣成分及含量也有差异。因此，从烧渣中提铁及利用其它方法制备高附加值的铁系产品很有实际意义。但是这一实践需要考虑经济技术

11、上的可行性，这样才真正能够变废为宝，实现资源的二次利用。 2硫铁矿烧渣的综合利用途径 目前，烧渣的利用主要是围绕着制取铁系化工产品：铁盐、铁系颜料、磁性氧化铁、净水剂等开展。 2 1 铁盐 2.1.1制取硫酸亚铁（FeSO4） 用硫铁矿烧渣制备硫酸亚铁一般有两种方式：还原焙烧酸浸法和酸浸还原法。还原焙烧酸浸法就是将烧渣和还原剂如褐煤、木炭等按一定的比例在高温炉(如马弗炉)中还原焙烧，目的是使烧渣中的Fe3+转变成Fe 2+ ，然后用硫酸浸取而得到硫酸亚铁溶液。若在浸取过程中控制一定的条件可去除部分杂质如Si、CaVIlS等。 郑晓虹等人用碳作还原剂，800以上温度、反应时间约20min时铁的提

12、取率达90 以上，还原烧渣在温和条件下用硫酸浸取得到FeSO4溶液。此溶液不需再经过还原且易于净化，适合作透明氧化铁颜料、磁性铁氧体等高档用品的原料。 还有人利用还原铁粉和碱液调节溶液的pH值，而后加入絮凝剂可制得饲料级硫酸亚铁溶液，这是制取高档产品的极好原料。酸浸还原法是将烧渣先直接进行酸浸，使F e3+进入溶液，然后在溶液中加入还原剂铁或硫铁矿将Fe3+还原为Fe2+。 2.1.2制取三氯化铁(FeCl3)还原焙烧后的烧渣直接用盐酸浸取，得到氯化亚铁溶液，而后可以通过用铁屑制备氯化铁的方法得到氯化铁。冯俊瑜等用硫铁矿烧渣与废盐酸以 固液比为0.3 0.5 ： 1(质量比)在一定的温度下搅拌

13、反应，静置得到上层棕黑色的清液三氯化铁成品，并建设了一套500ta的液体三氯化铁生产装置，年产值20至30万元 。2.2铁系颜料 2.2.1制取氧化铁红 氧化铁红的制备通常有干法和湿法两种。干法生产简单，但产品纯度不高、坚硬难粉碎 ：湿法工艺复杂、周期长、成本较高，但产品纯度高、疏松易磨、色泽好。而用硫铁矿烧渣制备氧化铁红的工艺技术已经非常成熟，但是要制取高品位的氧化铁红产品一直存在着技术和经济的困难。即便如此，其利用研究仍然相当多。 传统制取氧化铁红的方法是将烧渣中的氧化铁转变成可溶性的铁盐并使其结晶，然后将结晶的铁盐煅烧，氧化分解为氧化铁，所制产品质量一般可符合湿法一级标准。此外，浇渣也可

14、利用浮选、反浮选除硅脱硫，再碱浸、铵盐浸除杂质后，于600至700氧化焙烧，磨细得铁红产品。 徐旺生等人用硫铁矿烧渣通过控制氧化时酸解液的p H 值，后在粗品氧化铁中用硝酸除杂的方法也制得了高纯度的氧化铁，纯度达到99.56 ，具有较高的工业使用价值。亦有金士威等人研究出了以硫铁矿烧渣制备高纯氧化铁红的新工艺 。产品质量符合HGT257494优等品标准。其工艺主要经过磁选、酸溶、净化、FeCO3的合成、煅烧。其新工艺关键就在于净化除SiO2的步骤中加入了一种自制的添加剂，处理效果很好 。 2.2.2制取氧化铁黄用硫铁矿烧渣制取氧化铁黄的关键在于晶种的制备，且晶种的好坏直接影响颜料性能的优劣。传

15、统制备氧化铁黄的方法是将硫铁矿烧渣还原酸溶加碱制得Fe(OH) 2，再通氧气氧化转变为FeOOH，即为铁黄。若对其煅烧、脱水便可得到铁红产品。周敏等人研究出了用硫铁矿烧渣氨法生产氧化铁黄的新工艺。其采用流态化还原技术处理硫铁矿烧渣，并在生产铁黄的二步氧化过程中运用文氏管射流氧化技术，将残渣石膏作为副产品用于建材 。 2.2.3制取氧化铁黑硫铁矿烧渣制备铁黑主要有中和法、氧化法及还原法。但是通常采取中和与氧化同时进行的方法。即先用烧渣制取酸浸液，然后酸浸液中加入碱液得到Fe(OH)2，通入氧气得到Fe(OH)3 ，而后将Fe(OH)2和Fe(OH)3混合反应而得到铁黑Fe 3O4。 2.3铁氧体

16、材料亩纯磁性氧化铁 (FeOs) 磁性氧化铁工业生产方法一般为硫酸盐法和鲁斯纳法。鲁斯纳法是将氯化铁溶液焙烧分解并氧化而得到磁性氧化铁。但产品档次不高，只适用于制备中低档磁材。而硫酸盐法以搪瓷铁皮和硫酸为原料而制得。产品质量好，适于制备高档磁材，但成本较高。总之，以硫铁矿烧渣制取高纯磁性氧化铁不仅可治理环境，而且也探索出了高纯磁性氧化铁新的生产途径。 龚竹青等人以硫铁矿烧渣制备的FeS0 47H20为原料，配成一定体积的溶液，在一定的温度下，加入碳酸铵溶液，在中强搅拌下，反应1h，静置、过滤、洗涤，离心甩干后，干燥、粉碎过筛送入煅烧炉中进行煅烧处理，得到高纯软磁用a-Fe2O3。产品各项技术指

17、均优于重庆205#标准。 笔者认为，硫铁矿烧渣的酸浸液因其含杂质Ca、Mg、AI、Si较多，可先通过控制p H值,使杂质离子通过离子共沉淀的原理凝聚，并加少量的絮凝剂的办法得到精制硫酸亚铁溶液，再加入碳酸氢铵进行合成反应，控制一定的操作条件亦可制取高纯度的F e 2 O 3 。2.4净水剂 目前的无机混凝剂以聚铝和聚铁为主，且混凝效果较好。但聚铝往往会受到原料的限制，而聚铁则可在全国各地进行生产。硫铁矿烧渣中铁氧化物的含量为6 0 7 0 ，是生产聚铁的好原料，如果能开发出铁系混凝剂不仅能降低废渣的总量，而且还能变废为宝，产生明显的经济效益、社会效益和环境效益。 2.4.1生产聚合硫酸铁(PF

18、S) 生产聚合硫酸铁的常用方法是以硫酸亚铁为原料，采用催化氧化法而得到。常用的催化剂有：HNO3、NaNO2、KCIO3、Na CIO3、Mn O 2、O 2等，但以HNO、KCIO3 、NaClO3为催化剂在生产过程中放出有害气体，NaNO2是致癌物质。为了改变这种状况，目前又研制了生产聚合硫酸铁的新工艺。 郑雅杰等人将硫铁矿烧渣与硫酸混合后，经过熟化、水溶、过滤，得到硫酸铁溶液，再将其加入新制备的氢氧化铁中，于25至60反应 2 h 加入双氧水得到聚合硫酸铁P FS。而刘家永等人直接用H2O2催化氧化酸浸还原的硫酸亚铁溶液，而得到液体PFS。 蒋佩霞等人将硫铁矿烧渣在硫酸中浸泡后35h，反

19、应温度为70至80，聚合温度在40至60的条件下，先生成水合硫酸铁，再生成碱式硫酸铁，再水解聚合成液体PFS。用此法制得的PFS经实际应用完全可以代替目前的铝系混凝剂。为了解决液体PFS在包装和运输上的困难，也有将液体聚合硫酸铁浓缩，干燥得到淡黄色固体PFS。 从目前的发展来看，如何制备高效无毒、低能耗、高稳定型的催化剂和助催化剂制取PFS仍然是絮凝剂研究领域的热点。 2.4.2复合净水剂的制备 (1)聚硅酸铝铁混凝剂(PSAF)：夏畅斌等人以高岭土和硫铁矿烧渣为原料，通过酸 浸高压碱溶，聚合得到聚硅酸，同时加入铁铝盐而得产品。这种新型混凝剂，具有电中和及吸附架桥的作用，处理印染废水效果明。(

20、2)FeCaAl型净水剂( FCA)：马同森等人将硫铁矿烧渣干燥粉碎 ，然后与硫酸反应并加入少量活化剂而得到FCA。此净水剂处理造纸废水，悬浮物去除率达100，CODc去除率在7590之间 。发生的主要反应为： Fe2O3 +3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O+CaO+H2 SO4=CaSO14+H2OAI2O3+3H2SO4=AI2(SO4)3+3H2O (3)聚硅氯化铝铁净水剂（PFACS）：万鹰昕以及陈永红等人以硫铁矿烧渣和粉煤灰 为原料，经过粉煤灰的活化(作用是打开Si- Al键) 、酸溶、碱溶、聚合而得到。该产品主要以铁铝为主凝剂，以活性硅酸为助凝剂和稳定剂。此种絮凝剂克服了

21、聚合氯化铝铁(PAFC)和聚合硫酸铝铁(PAFS)的聚合度不高和电荷数小的缺点，对还原型印染废水有更好的处理效果。 ( 4 )固体复合混凝剂（PISC）：李明玉等人一步法制得PISC。以硫铁矿烧渣为原料，添加助溶催化剂(ZR-08)，经过酸溶、水解聚合(添加多功能助剂ZJ-18)、膨化凝固等所有工艺过程均在一台反应釜中一次性完成而得到产品。 对于复合絮凝剂来说，通过加入多种阳离子、阴离子以及与有机高分子复配，使产品向着针对性强和多功能复合型方向发展是铁系絮凝剂的研究趋势。 3展望 目前硫铁矿烧渣的综合利用都是围绕着提铁展开的，主要是先制取硫酸亚铁，再制取铁红、净水剂等其他产品。但是要想拓宽和加

22、深硫铁矿烧渣的利用，就必须寻找更为有效的利用途径，开发出高档且附加值高的产品来，这必然驱使提铁的技术更为先进。如果能够得到杂质含量低、纯度高的硫酸亚铁溶液，也即寻找到精制硫酸亚铁溶液的方法，这必将为硫铁矿烧渣的利用开拓出更为广阔的领域。随着资源二次利用的深入，人们必将探索出硫铁矿烧渣更好的综合利用途径。而用硫铁矿烧渣制取铁系颜料如高纯氧化铁红，进而制取磁性铁氧体材料高纯氧化铁，必定是今后研究的热点，但这都依赖于硫铁矿烧渣酸浸液中高效除杂剂的筛选和合理的除杂工艺。随着环境保护和环境治理意识越来越强烈 ,为了不把污染带入下一世纪 ,我们必须全力以赴积极治理工业生产过程中的三废 ,而酸性废水是硫酸法

23、钛白在世界上还未完全解决的一道难题。本公司采用将20 %H2SO4 一次浓缩 ,其中部分返回工艺过程配制、浸取物料 ,剩余部分因地制宜制取铁镁肥和硫酸镁 ,从而提高企业经济效益。对1 % H2SO4采用石灰中和 ,从而确保达标排放 ,造福人类。 利用钛白副产物硫酸亚铁，通过直接煅烧法制备氧化铁红颜料，并对其进行了包膜研究。实验结果表明，水解pH值为1.52.5，水解温度为80 ，煅烧温度为80，煅烧时间为23h时，制备的氧化铁红颜料光泽较好。本工艺过程简单，成本较低，可用于大批量处理白副产物绿矾 。 液相氧化法生产铁红和铁黄：用烧碱(或氨)中和硫酸亚铁生成氢氧化亚铁 ,以空气氧化氢氧化亚铁制晶

24、种，在晶种存在下用空气氧化硫酸亚铁，反应过程中连续滴加硫酸亚铁和碱(或氨)，保持一定的亚铁浓度和pH值，通过对色光进展的控制可得到从浅到深一系列色相的氧化铁。酸性条件下得铁黄晶种，碱性条件下得铁红晶种。用空气液相氧化法生产 1t氧化铁约需七水硫酸亚铁3.54t，30 %(质量百分比)的烧碱 3t或液氨0.45t。用液相氧化法生产氧化铁在我国目前还处在实验室阶段，尚未有工业生产装置。原因主要是产品质量和目前成熟的铁皮法相比还有较大差距，另外它需要消耗大量的碱或氨，生产成本也没有优势。但作为处理钛白副产硫酸亚铁的有效途径之一，这还是一套非常值得研究的生产工艺，关键在两点：一是找到控制粒子均匀成长的

25、有效方法，提高产品质量；二是对反应的钠盐或氨盐回收利用，降低成本。以硫酸亚铁制取氧化铁红，可以采用干法和湿法两种工艺路线实现。干法制氧化铁红的原理是将副产的硫酸亚铁精制后，经高温锻烧而制得。干法生产工艺上虽然简单，但因在锻烧过程中排放出大量含有SO2和SO3的尾气，对此尾气的治理，不但工艺过程复杂，而且设备投资费用较大，若对尾气治理不当又可能会造成二次环境污染。湿法制取氧化铁红，包括精制、氧化、烘干锻烧、副产品回收等工序。虽然工艺路线较长，但产条件较温和，产品质量较好，因废水循环使用，减少了环境污染。因为实验条件有限，为此决定用干法来进行制取氧化铁红的研究。第二章 副产品七水合硫酸亚铁的精制由

26、于生产钛白粉过程中的副产品硫酸亚铁中含有Ti、Mn、V、Al、Ca、Mg等的氧化物或硫酸盐，实践证明硫酸亚铁中TiO2含量超过3%时，对铁系颜料的色相有非常明显的影响，因此在使用前必须预先进行精制。2.1原料、设备与生产工艺2.1.1原料原料：废铁屑、粗七水合硫酸亚铁、98%浓硫酸、磷酸、分子量为500万以上的聚丙烯酰胺（PAM）、蒸馏水、自来水、BaCl2饱和溶液、KMnO4标准溶液。2.1.2设备设备：四口烧瓶、电动搅拌器、电热套、烘箱、辐射炉、真空泵、布氏漏斗、分液漏斗、pH试纸、烧杯、漏斗、滤纸等。2.1.3生产工艺硫酸亚铁的提纯方法有多种，但工业上常用的是沉淀分离法，因此本实验采用的

27、提纯方法是沉淀分离法。将粗硫酸亚铁溶解于水，制成一定浓度的溶液（它在50的溶解度为48.6），投入少量的铁屑并加以搅拌，溶液中的Fe3+被还原为Fe2+，经过一段时间之后，让溶液静置，使剩余铁屑及不溶物沉降。取上层清夜，加入约0.1% BaCl2饱和溶液，在搅拌下加热至沸，并在近沸的温度下保持2h，此时加入的钡离子产生大量的BaSO4沉淀有利于把杂质吸附共沉，大多数金属杂质成为硫化物沉淀。而钛则水解为偏钛酸沉淀析出。趁热加入0.2%-0.3%的絮凝剂聚丙烯酰胺，缓慢搅拌2-3分钟（搅拌速度快，分子内氢键构成的聚丙烯酰胺环结构和螺旋的刚性链段受机械剪切的作用容易被破坏和解离，使聚丙烯酰胺的粘度降

28、低），沉淀物迅速沉降。静置沉降后再取出上层清夜，将少量铁屑投入清夜中（目的在防止Fe2+氧化为Fe3+），滴入4-5滴浓硫酸和磷酸，调节清夜的pH值为3，将溶液蒸发浓缩，在70-80进行热过滤，滤液为蓝绿色。将滤液冷却至10一下，FeSO47H2O结晶析出，用布氏漏斗通过真空泵抽滤，再用少量经纯硫酸酸化至pH为3的冷蒸馏水（10）洗涤，取出绿色、透明的硫酸亚铁晶体，在常温下风干24h后成为产品。2.1.4工艺流程图粗硫酸亚铁溶解水解加热絮凝过滤纯净硫酸亚铁杂质铁屑 图2-1 硫酸亚铁精制生产工艺流程图采用以上提纯方法，对水解时间、絮凝剂（PAM）的加入量对FeSO4纯度的影响进行考察。2.2硫

29、酸亚铁纯度的测定2.2.1无水硫酸亚铁的制取将已提纯的七水合硫酸亚铁晶体放入120的烘箱内烘干2h，由绿色、透明的晶体变为灰白色粉团，此时绿矾已失去结晶水而变成无水FeSO4。2.2.2精制后的无水硫酸亚铁纯度测定准确称取精制的无水FeSO4样品0.5g左右，置于300mL锥形瓶中，加入15mL5%硫酸溶液，充分摇匀，使其完全溶解后用浓度为0.1243mol/L的KMnO4标准溶液滴定。滴定至溶液颜色呈淡粉红色，半分钟内不褪色为终点。平行测定三次，取其平均值。5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2Ow FeSO4=C（1/5KMnO4）V*0.152/m *100式中w FeS

30、O4精制后的无水硫酸亚铁的质量分数，%；C（1/5KMnO4）高锰酸钾标准溶液物质的量浓度，0.1243mol/L；V消耗高锰酸钾溶液的体积，mL；m样品质量，g；0.152无水硫酸亚铁的摩尔质量，kg/mol2.3实验结果及数据分析2.3.1 相同的水解时间，PAM加入量不同，对硫酸亚铁纯度的影响2.3.1.1水解时间30分钟PAM%0.10.20.30.40.5FeSO4%77.2776.2763.9775.9279图2-2 水解时间为30分钟，硫酸亚铁纯度与PAM加入量关系图从图2-2可以清楚地看出，水解时间为30分钟时，折线图呈凹字行，以0.3%点作对称。当PAM加入量为0.5%时，硫

31、酸亚铁的纯度最高，为79%，其效果是最好的。但从整体情况分析，当PAM加入量增加0.3%-0.4%，硫酸亚铁的纯度只提高1.73%-2.73%（PAM加入量为0.5%时硫酸亚铁的纯度比加入量为0.1%的高出1.73%，比加入量为0.2%的高出2.73%），纯度增加的幅度不大；当PAM加入量为0.1%-0.3%之间，硫酸亚铁的纯度呈现出下降的趋势，而0.1%和0.2%两点的纯度非常接近。所以，结合经济效益考虑，水解时间为30分钟时，PAM的最佳加入量为0.1%-0.2%为宜。2.3.1.2水解时间40分钟PAM%0.10.20.30.40.5FeSO4%72.5779.6572.7668.746

32、0.01图2-3 水解时间为40分钟，硫酸亚铁纯度与PAM加入量关系图从图2-3的情况看，PAM加入量增加时，硫酸亚铁纯度先上升再下降，当PAM加入量为0.2%时，硫酸亚铁纯度为79.65%，是最高点，比其他四个都大幅升高，其中比PAM加入量为0.1%时的纯度高出7.08%，比0.3%时的高出6.89%，比0.4%时的高出10.91%，比0.5%时的更高出19.64%。因此，综合考虑，水解时间为40分钟时，PAM的最佳加入量为0.2%。2.3.1.3水解时间50分钟PAM%0.10.20.30.40.5FeSO4%61.0961.2866.8566.5664.99图2-4 水解时间为50分钟，

33、硫酸亚铁纯度与PAM加入量关系图从图2-4的情况可以看出，随着PAM加入量的增加，硫酸亚铁纯度先上升再下降，当PAM加入量为0.3%时，硫酸亚铁的纯度最高，为66.85%；从图中数据显示来看，从0.1%-0.2%上升趋势缓慢，从0.3%-0.5%下降趋势也缓慢，而从0.2%-0.3%的上升幅度比较大。因此，经综合分析后，水解时间为50分钟时，PAM的最佳加入量为0.3%。2.3.1.4水解时间60分钟PAM%0.10.20.30.40.5FeSO4%61.5677.1474.8774.8282.34图2-5 水解时间为60分钟，硫酸亚铁纯度与PAM加入量关系图从图2-5数据表明，当PAM加入量

34、为0.5%时，硫酸亚铁纯度最高，为82.34%，其他点都比最高点的纯度低太多，虽然PAM加入量为0.5%是最多的，但效果却是最好的，因此得出水解时间为60分钟时，PAM的最佳加入量为0.5%。2.3.1.5水解时间90分钟PAM%0.10.20.30.4FeSO4%72.5379.1376.6684.76图2-6 水解时间为90分钟，硫酸亚铁纯度与PAM加入量关系图从图2-6数据显示可以看出，水解时间为90分钟时，随着PAM的加入量增加，硫酸亚铁的纯度曲线先升后降再升。其中当PAM加入量为0.4%时，硫酸亚铁的纯度最高，为84.76%，其次到0.2%点，纯度为79.13%。从两者考虑，0.4%

35、点虽然比0.2%点的PAM加入量多了0.2%，但从效果上来看却是最好的，所以，综合考虑，水解时间为90分钟时，PAM的最佳加入量为0.4%。2.3.2 PAM加入量相同，不同的水解时间对硫酸亚铁纯度的影响2.3.2.1 PAM加入量为0.1%时间（分钟）3040506090FeSO4%77.2772.5761.0961.5672.53图2-7 PAM加入量为0.1%，硫酸亚铁纯度与水解时间关系图从图2-7的数据显示，PAM加入量为0.1%，当水解时间为30分钟时，硫酸亚铁纯度最高，达到77.27%，50分钟和60分钟的纯度较低。从图形上总的趋势来看，水解时间越长，硫酸亚铁纯度呈现下降的趋势，虽

36、然后面有所上升，但是还是没有水解30分钟时的纯度高，而且还花费大量时间，所以经综合分析后得出，当PAM加入量为0.1%时，最佳的水解时间为30分钟，这样是最省时且效果是最好的。2.3.2.2 PAM加入量为0.2%时间（分钟）3040506090FeSO4%76.2779.6561.2877.1479.13图2-8 PAM加入量为0.2%，硫酸亚铁纯度与水解时间关系图从图2-8的数据显示得出，PAM加入量为0.2%，其折线形状呈凹字形，50分钟时硫酸亚铁纯度最低，30分钟至40分钟时的纯度呈上升趋势，40分钟至50分钟呈下降趋势，50分钟至90分钟呈上升趋势。水解时间为40分钟时的硫酸亚铁纯度

37、最高，为79.65%，水解时间为90分钟时的纯度为79.13%，40分钟时的纯度比90分钟的高0.52%，比60分钟的高2.51%，比50分钟的高18.37%；而40分钟时的纯度比30分钟的高3.38%，虽然水解时间增加10分钟，但适用于实际生产中。而且从整体情况分析，水解时间从40分钟至90分钟，硫酸亚铁的纯度随着时间的增加而有所下降。因此，PAM加入量为0.2%时，最佳水解时间为40分钟。2.3.2.3 PAM加入量为0.3%时间（分钟）3040506090FeSO4%63.9772.7666.8574.8776.66图2-9 PAM加入量为0.3%，硫酸亚铁纯度与水解时间关系图从图2-9

38、的数据可以清楚地看出， PAM加入量为0.3%，硫酸亚铁的纯度随着水解时间的增加而呈现上升趋势，水解时间为90分钟时，硫酸亚铁的纯度最高，为76.66%，30分钟时的纯度最低。90分钟时的纯度比60分钟时的高1.97%，但时间要增加30分钟，比40分钟时的高3.9%，时间却要增加50分钟，这在实际生产中应用都不划算； 60分钟时的纯度比40分钟的高2.11%，时间增加20分钟，比50分钟的高8.02%，时间增加10分钟；而40分钟时的纯度比50分钟的高5.91%。所以经综合分析得出，PAM加入量为0.3%时，最佳水解时间为40分钟。2.3.2.4 PAM加入量为0.4%时间（分钟）304050

39、6090FeSO4%75.9268.7466.5674.8284.76图2-10 PAM加入量为0.4%，硫酸亚铁纯度与水解时间关系图从图2-10的数据看出，PAM加入量为0.4%，折线呈开口向上的抛物线形状，以50分钟时的纯度为最小值，纯度为66.56%，最大值出现在90分钟，纯度为84.76%。从30分钟到50分钟时的纯度逐渐下降，50分钟到90分钟时的纯度逐渐上升。90分钟时的纯度比60分钟的高9.94%，时间增加30分钟，比50分钟时的纯度高18.2%，时间增加40分钟，比30分钟时的高8.84%，时间增加60分钟；而30分钟时的纯度比60分钟时的高1.1%，时间减少30分钟。90分钟

40、时的纯度可达到84.76，而30分钟时的只有75.92%，所以，经综合分析得出，当PAM加入量为0.4%时，最佳水解时间为90分钟。 2.3.2.5 PAM加入量为0.5%时间（分钟）30405060FeSO4%7960.0164.9982.34图2-11 PAM加入量为0.5%，硫酸亚铁纯度与水解时间关系图从图2-11的数据可以看出，PAM加入量为0.5%，水解时间从30分钟到40分钟时硫酸亚铁纯度呈下降趋势，从40分钟到60分钟，纯度逐渐上升。水解时间为60分钟时硫酸亚铁纯度最大，为82.34%，40分钟时纯度最低，为60.01%。60分钟时的纯度比30分钟时的高3.34%，虽然时间要增加

41、30分钟，但其效果相对较好。所以，经综合分析得出，当PAM加入量为0.5%时，最佳水解时间为60分钟。第三章 氧化铁红的制取利用绿矾制取氧化铁红的方法主要有直接干法制取、间接干法制取、晶种湿法制取。本实验是采用直接干法制取的。3.1直接干法制取氧化铁红3.1.1工艺原理直接干法制取氧铁红是将精制后的绿矾放入120烘箱中加热脱水2小时。物料逐渐脱水，由绿色结晶变为白色粉团，此时绿矾已失去一部分结晶水而变成FeSO4H2O。然后将其加入反射炉进行高温焙烧，使其继续脱水，再经800焙烧约2h，即完全脱水并分解出SO2和SO3。经取样检验合格后即出料冷却，成为粗制氧化铁红，分解产生的硫氧化物气体，可供

42、生产硫酸或硫酸铵之用。将粗制品粉碎、洗涤，除去未反应之硫酸亚铁等杂质，再经过滤、烘干和粉碎得到精制氧化铁红。3.1.2工艺流程图绿矾低温脱水低温焙烧粗铁红洗涤烘干再粉碎包装精铁红粉碎图3-1 直接干法制取氧化铁红生产工艺流程图3.2实验结果及分析表3-1水解时间（分钟）PAMFeSO4 纯度颜色状态300.177.27鲜红色粉末300.276.27鲜红色粉末300.363.97鲜红色粉末300.475.92褐色粉末300.579.00鲜红色粉末400.172.57鲜红色粉末400.279.65鲜红色粉末400.372.76褐色粉末400.468.74鲜红色粉末400.560.01鲜红色粉末50

43、0.160.09褐色粉末500.261.28鲜红色粉末500.366.85鲜红色粉末500.466.56鲜红色粉末500.564.99褐色粉末600.161.56鲜红色粉末600.277.14鲜红色粉末600.374.87鲜红色粉末600.474.82鲜红色粉末600.582.34鲜红色粉末900.172.53鲜红色粉末900.279.13鲜红色粉末900.376.66鲜红色粉末900.484.76鲜红色粉末从实验结果中可以看出，煅烧精制后的硫酸亚铁所生产出的氧化铁红，大部分样品为鲜红色，而且不含其它杂色，均为粉末状，没有出现结块现象。从表3-1中的数据筛选出纯度在79以上（包括79）的数据列

44、表如下：表3-2水解时间（分钟）PAMFeSO4纯度颜色状态300.579鲜红色粉末400.279.65鲜红色粉末600.582.34鲜红色粉末900.279.13鲜红色粉末900.484.76鲜红色粉末从表3-2的数据显示，当水解时间为90分钟，PAM加入量为0.4，硫酸亚铁的纯度最高，紧接着的是水解时间为60分钟，PAM加入量为0.5，其次的是水解时间为40分钟，PAM加入量为0.2。水解时间为90分钟时硫酸亚铁的纯度比60分钟的高2.63，90分钟时的PAM加入量比60分钟的少0.1，但水解时间却要增加30分钟；而水解时间为40分时的纯度比60分钟的作比较，虽然时间上增加10分钟，但纯度

45、增加0.65，PAM加入量减少了0.3；水解时间为90分钟，PAM加入量为0.2的跟水解时间为40分钟，PAM加入量为0.2的作对比，虽然PAM加入量相同，但90分钟比40分钟增加了50分钟，而且纯度比40分钟的低0.52。而且各样品的颜色、状态都没有差别，因此，经分析得出，利用钛白粉副产品硫酸亚铁生产氧化铁红最佳的生产方案是水解时间为40分钟，PAM加入量为0.2。第四章 沉降时间的测定4.1絮凝剂的加入量对硫酸亚铁中杂质絮凝的影响4.1.1实验原理 分别准确称取七份粗七水合硫酸亚铁20g左右，置于烧杯中加入常温自来水，搅拌使其完全溶解（不加铁屑），然后将其倒入分液漏斗中，分别向七个分液漏斗

46、中加入絮凝剂（PAM），1号漏斗不加，2号加入0.1，3号加入0.2，4号加入0.3，5号加入0.4，6号加入0.5，7号加入1，然后缓慢搅拌数下，静置，观察并记录杂质絮凝时间。4.1.2实验结果及分析表4-1序号PAM加入量杂质絮凝时间（分钟）1不加6020.16030.25040.35050.43060.5307130从表4-1的数据显示 得出，PAM加入量越多，杂质絮凝时间越短，效果越显著。不加絮凝剂的絮凝时间与加入0.1的相同，都为60分钟；加入为0.2、0.3两者的絮凝时间相同，都为50分钟；加入量为0.4、0.5与1的絮凝时间相同，从经济角度考虑，以用量少的为优先；加入量为0.2、

47、0.3与0.4的作比较，PAM加入量只增加0.10.2，絮凝时间却减少20分钟。所以经综合分析得出，作杂质絮凝时最佳的PAM加入量为0.4。结论（1） 生产实践表明，以钛白粉副产品硫酸亚铁为原料生产性能优良、质量稳定的优质氧化铁是完全可行的。（2） 在硫酸亚铁的精制过程中，加入少量铁粉，不仅可还原Fe3+及部分杂质离子还可起到控制溶液pH值作用。（3） 钛白粉副产品硫酸亚铁的精制方法采用沉淀分离法，此方法的最佳操作工艺条件是：水解时间为40分钟，絮凝剂的加入量为0.2，其生产出来的氧化铁红的颜色为鲜红色，不含其它杂色。参考文献1. 吉祥 谈谈我国钛白粉生产现状及有关问题，中国涂料，1995（2

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