聚合硫酸铁

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_{聚合硫酸铁}

聚合硫酸铁是一种性能优越的无机高分子混凝剂，形态性状是淡黄色无定型粉状固体，极易溶于水，10%（质量）的水溶液为红棕色透明溶液，吸湿性。聚合硫酸铁广泛应用于饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理。

中文名聚合硫酸铁外文名Polymerized ferrous sulfate分子式[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m

有害物成分硫酸铁(聚合)性    质无机高分子混凝剂别    名聚铁或硫酸聚铁

基本信息

化学品中文名称：聚合硫酸铁，固体聚合硫酸铁 （简称固体聚铁或SPFS）
分子式：[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m (其中n<2, m=f(n))
技术说明书编码： BK-113-06
有害物成分：硫酸铁(聚合)
硫酸铁含量： 20—21%
CAS No. ： 1327-41-9
主要成分：纯品
外观与性状：黄色或红褐色无定形粉末或颗粒状固体。
pH(10g/L水溶液)： 2-3
熔点(℃)：190(253kPa)
沸点(℃)：无资料
相对密度(水=1)：2.44
相对蒸气密度(空气=1)：无资料
饱和蒸气压(kPa)：0.13(100℃)
溶解性：易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳，微溶于苯。 [1] 

特点

1 新型、优质、高效铁盐类无机高分子絮凝剂；
2 混凝性能优良，矾花密实，沉降速度快；
3 净水效果优良，水质好，不含铝、氯及重金属离子等有害物质，亦无铁离子的水相转移，无毒，无害，安全可靠；
4 除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效显著；
5 适应水体PH值范围宽为4-11，最佳PH值范围为6-9，净化后原水的PH值与总碱度变化幅度小，对处理设备腐蚀性小；
6 对微污染、含藻类、低温低浊原水净化处理效果显著，对高浊度原水净化效果尤佳；
7 投药量少，成本低廉，处理费用可节省20%-50%。

性能指标

符合中华人民共和国国家标准《净水剂聚合硫酸铁》（GB14591-2006）

项 目	指 标
GB14591-2006（Ⅱ）	本产品
全铁含量 , % , ≥	18.5	19.1
还原性物质（以 Fe2+计）含量 % , ≤	0.15	0.01
盐基度 , %	9.0-14.0	14.0
PH （1% 水溶液）	2.0-3.0	2.4
砷（As）含量 , % , ≤	0.0008	0.0001
铅（Pb） 含量 , % , ≤	0.0015	0.0001
不溶物含量 , % , ≤	0.5	0.4

应用

新型、优质、高效铁盐类无机高分子絮凝剂，主要用于净水效果优良，水质好，不含铝、氯及重金属离子等有害物质，亦无铁离子的水向转移，无毒，无害，安全可靠, 除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效显著等。也用于工业废水处理，如印染废水等，在铸造、造纸、医药、制革等方面也有广泛应用。
聚合硫酸铁应用
聚合硫酸铁在稀土工业废水处理时：例如,装置使废水的微小固体颗粒和高浓度的离子膜的表面和始终保持一定距离,大大减少有害物质和膜表面有机会避免在膜表面污染,聚合硫酸铁改善水的循环过度;这个过程不仅将稀土的提取工艺废水高浓度的分离与富集氯化铵,稀土行业标准后废水的回收,并通过电解过程和太阳能为一个成功的盐酸和氨水反应堆的复苏、聚合硫酸铁减少稀土产业生产原材料的回收,也要经过的燃料电池使用将能量回收补充说,处理大量的浪费水的成本为40元,为1600吨/天,包含100g/L的氯化铵来计算,通过这个过程,一代的盐酸和氨的水可以实现利润11万元，这不仅对该国的污水处理和处置还原、稳定和无害的目标;严格控制的稀土工业废水中的重金属和有毒、聚合硫酸铁有害物质含量;在安全、环保和经济复苏的前提下,利用废水、聚合硫酸铁废气的能量和资源,实现废水、废气治理和综合利用、节能减排、实现循环经济发展的目的。

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聚合硫酸铁使用电介质电泳技术和渗透膜分离技术相结合的方法对污水回用处理,实现废水处理技术创新和科技进步,充分发挥设备的投资和运营效率,适合中国的国情,符合特征内蒙古自治区的废水处理新技术、聚合硫酸铁新技术和新设备。若新技术被广泛应用,将提高矿山企业在该地区的工业废水的处理和处置水平,聚合硫酸铁进一步保护和改善生态环境,在该地区促进我们的经济、社会和环境的可持续发展。
工业废水处理
1、印染废水处理，替代传统低分子铁盐和铝盐的混凝剂，相对传统混凝剂用量大、混凝效率低、有铝离子等残留易造成二次污染的特点，聚合硫酸铁的投加量在150ppm左右，其用量小，对COD和色度的去除率高，最佳ph值条件为：8.0。 [2] 
2、电镀污水处理，可做混凝剂和破络剂。络合物主要是铜—氨络合物，其性质稳定，pH=11，难以与碱、聚铝等混凝剂直接发生沉淀反应。还可以用作中水回用。
3、造纸废水处理，替代聚合氯化铝、硫酸铝等，用作混凝剂，还可以用作造纸污泥脱水，在造纸废水处理白水回收工序中不可以用聚合硫酸铁（含强阳离子的聚合物），只能用聚合氯化铝。

制备方法

聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多数PFS的制备采用直接氧化法，此法工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备成本，但这种生产工艺必须依赖于氧化剂，如：H2O2、KClO3、HNO3等无机氧化剂。催化氧化法一般是选用一种催化剂，利用氧气或空气氧化制备聚合硫酸铁。以下是制备聚合硫酸铁的具体操作方法：
双氧水氧化法：
双氧水(H2O2)在酸性环境中是一种强氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁从而制得聚合硫酸铁:
2FeSO4 + H2O2+ (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+ (2-n)H2O
制备过程中,按照生产量和所需要的盐基度,在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫酸混合,当温度升高到30~45℃时,在搅拌过程中,通过加料管在釜底缓慢加入H2O2。H2O2很快将亚铁氧化成三价铁,取样分析待亚铁浓度降至规定浓度时,停止反应。
利用本法生产聚合硫酸铁,具有设备简单、生产周期短、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高等特点。但反应过程中, 有H2O2在分解时形成O2气放出在无催化剂时,起不到氧化作用。要减少O2的产生,需要控制H2O2的投加速度制备工艺为间歇式操作,影响生产效率。H2O2成本比较高,它增加了聚合硫酸铁的生产成本,不利于工业化生产。
氯酸钾(钠)氧化法：
氯酸钾是广泛应用于炸药和火柴工业的强氧化剂,同样可以将亚铁氧化成三价铁:
6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 —→ 3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+ 3(1-n)H2O + KCl
制备时,将硫酸、硫酸亚铁和水按比例加入反应釜中,在常温或稍微高温度下,搅拌中加入氯酸钾。检验亚铁离子减少到规定浓度即可结束。
该法生产工艺简单,设备投资少,产品稳定性好,反应效率高,无空气污染。产品中含有氯酸盐,可兼作混凝与杀菌剂。但制品中残留有较高的氯离子和氯酸根离子,不宜于饮用水处理。同时,由于氯酸钾价格昂贵,产品成本高。
次氯酸钠氧化法：
次氯酸钠属于碱性氧化剂,其氧化还原电位较高,理论上能将亚铁氧化成三价铁:
2NaClO + 2H2SO4—→K2SO4+ 2H2O + Cl2
生产的氯气仍为氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁。但氯气会有少量以气体形式逸出而浪费掉,不能充分利用。同时也会造成环境污染,曾加后处理工序。次氯酸钠是碱性氧化剂,制备聚合硫酸铁时,为了降低pH值, H2SO4的用量较高。用该法制备的聚合硫酸铁稳定性差,不宜长期保存。
硝酸氧化法：
硝酸为中强氧化剂,与亚铁反应如下:
FeSO4 +HNO3 —→ Fe(OH)SO4+ NO2
反应生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。
该法是以工业硫酸亚铁为原料,采用工业硫酸氧化后以工业浓硝酸氧化。FeSO4:HNO3为1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者总量的20%,于0.1~0.2MPa下，搅拌中通入充足的空气或氧气,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以内。
用HNO3氧化时,成本比较低,反应周期短。所得产品浓度高,易于制成固体产品。若选用工业一级品原料,所得产品可用于饮用水处理。但反应中生成的NO2,会造成环境污染,需增加专门吸收装置予以处理。
综上所述,直接氧化法虽然工艺简单,操作简便,但存在氧化剂用量大,成本高,氧化剂引入的离子需分离出去,反应中产生的有害气体需专门设备吸收处理等问题,因而难于在工业化生产中普及和应用。但实验研究中需要少量的聚合硫酸铁时采用此类方法制备简单易行。
催化氧化法:
聚合硫酸铁在工业生产中多采用催化氧化法。
即以硫酸亚铁及硫酸为原料,借助催化剂(NaNO2)的作用,利用氧化剂使硫酸亚铁在酸性介质中被氧化成三价铁离子。然后用氢氧化钠中和,调整碱化度进行水解,聚合反应制得聚合硫酸铁。

合成方法

聚合硫酸铝液体，将稀硫酸浓度约3%加入到硫酸亚铁中，再加入亚硝酸钠与硫酸亚铁之比约3：100，通入空气或者氧气进行氧化，经水解，聚合反应制得聚合硫酸铁。
聚合硫酸铁固体产品的制造方法：
1、利用液体亚铁为原料，制胜空气作氧化剂，经过低温脱水、粉碎、高温氧化、欣欣然冷却、调聚、固化、陈化、粉碎到成品完成。

凝聚作用

混凝处理过程中，PFS提供多种组分的核羟基络合物时，各组分就开始对矿浆中的微粒或者是对水中的胶体颗粒起多种混凝作用。那些相对分子质量较小的高价络离子被原水中的负电性胶粒和悬浮物吸引进入紧密层，起了压缩胶粒的双电层、降低ζ电位的作用，使胶粒迅速脱稳聚沉。无机高分子凝结剂的相对分子质量增大，伸展度增大触点增多，粒间的吸附作用增大。在溶液中PFS提供大量的大分子络合物及疏水性氢氧化物聚合体，具有较好的吸附作用。但PFS在溶液中多种核羟基络合物不同于有机高分子絮凝剂，这些高分子物的相对分子质量远小于有机絮凝剂的相对分子质量。其分子的大小与结构特点，使这些络离子在混凝中具有较强的吸附中和作用，因此PFS溶液中的高价大分子络离子在混凝中的主要贡献是吸附中和胶粒的电荷和兼有粒间团聚作用。PFS絮团的表面积大、表面能高，结构紧凑致密有一定的强度，在沉降过程中对胶体颗粒的吸附量大，具有吸附共沉淀作用且容易发生卷扫沉积现象，沉淀物容积小且沉降速度快，大大提高了PFS的混凝效果 [3]  。

性能指标测定

(1) 密度测定
用测量范围为1.400 g· mL～1.500 g· mL 的比重计测定20℃聚合硫酸铁溶液的密度。
(2) pH值测定
用pH计测定聚合硫酸铁的pH值。
(3) 黏度测定
用已知黏度计常数的品氏毛细管黏度计在20±0.1℃的恒温水槽中测定聚合硫酸铁的黏度 [4]  。

水净化

自来水厂存在的问题
（1）铝的毒性危害，铝是一种慢生毒物，随水进入人体后会积蓄在脑细胞等组织中，长期饮用铝混凝剂处理的自来水会引发老年痴呆症、心血管病、骨质疏松、肾功能紊乱等多种顽症。根据国际老年痴呆协会中国委员会的资料，全球老年痴呆症患者2400多万，其中中国患者700多万，且每年以30万新增病人的速度增加。西方发达国家饮用水水质标准中铝的许可含量为0.05毫克/升。我国自来水水中的铝含量超过此值好几倍。
（2）供水管道腐蚀问题，由于自来水管道电化学腐蚀问题没有解决，用户龙头水的浊度、色度、铁含量、细菌等水质指标值而大幅度升高了，导致自来水质进一步恶化。由于腐蚀，供水金属管道内壁上产生了腐蚀，水流阻力不断增大，供水电耗随之逐年增高，由此造成了巨大的电能损耗。供水管道腐蚀穿孔后，大量自来水白白地漏走了，同时供水管道使用寿命大幅度缩短。

注意事项

因原水性质各异，应根据不同情况，现场调试或作烧杯试验，取得最佳使用条件和最佳投药量以达到最好的处理效果。
1 使用前，将本产品按一定浓度（10-30%）投入溶矾池，注入自来水搅拌使之充分水解，静置至呈红棕色液体，再兑水稀释到所需浓度投加混凝。水厂亦可配成2-5%直接投加，工业废水处理直接配成5-10%投加。
2 投加量的确定，根据原水性质可通过生产调试或烧杯实验视矾花形成适量而定，制水厂可以原用的其它药剂量作为参考，在同等条件下本产品与固体聚合氯化铝用量大体相当，是固体硫酸铝用量的1/3-1/4。如果原用的是液体产品，可根据相应药剂浓度计算酌定。大致按重量比1:3而定。
3 使用时，将上述配制好的药液，泵入计量槽，通过计量投加药液与原水混凝。
4 一般情况下当日配制当日使用，配药需要自来水，稍有沉淀物属正常现象。
5 注意混凝过程三个阶段的水力条件和形成矾花状况。
(1) 凝聚阶段：是药液注入混凝池与原水快速混凝在极短时间内形成微细矾花的过程，此时水体变得更加浑浊，它要求水流能产生激烈的湍流。烧杯实验中宜快速（250-300转/分）搅拌10-30S，一般不超过2min。
(2) 絮凝阶段：是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间（10-15min），至后期可观察到大量 矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层。 烧杯实验先以150转/分搅拌约6分钟，再以60转/分搅拌约4分钟至呈悬浮态。
(3) 沉降阶段：它是在沉降池中进行的絮凝物沉降过程，要求水流缓慢，为提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用气浮法分离絮凝物），大量的粗大矾花被斜管（板）壁阻挡而沉积于池底，上层水为澄清水，剩下的粒径小、密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，至后期余浊基本不变。烧杯实验宜以20-30转/分慢搅5分钟，再静沉10分钟，测余浊。
6 强化过滤，主要是合理选用滤层结构和助滤剂，以提高滤池的去除率，它是提高水质的重要措施。
7 本产品应用于环保、工业废水的处理，使用方法与制水厂大体相同，对高色度、高COD、BOD的原水处理，辅以助剂作用效果甚佳。
8 采用化学混凝法的企业，原用的设备无需作大的改造，只需增设溶矾池即可使用本产品。

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9 本产品须保存在干燥、防潮、避热的地方（< 80℃，切勿损坏包装，产品可长期储存）。
10 本产品必须溶解才能使用，溶解设备和加药设施应采用耐腐蚀材料。

检测方法

国家标准GB14591-93（净水剂合硫酸铁）使用重铬酸钾法测定全铁便是。
方法步骤如下：在酸性溶液中，用氯化亚锡将三价铁还原为二价铁。过量的氯化亚锡用氯化汞予以除去，然后用重铬酸钾标准滴定溶液滴定。
七、安全技术说明书MSDS
聚合硫酸铁MSDS化学品安全技术说明书

危害及防护

危险性

健康危害：本品对皮肤、粘膜有刺激作用。吸入高浓度可引起支气管炎，个别人可引起支气管哮喘。误服量大时，可引起口腔糜烂、胃炎、胃出血和粘膜坏死。慢性影响：长期接触可引起头痛、头晕、食欲减退、咳嗽、鼻塞、胸痛等症状。
燃爆危险：本品不燃。
急救措施
皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医
食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。
消防措施
灭火方法：消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。
灭火剂：干燥砂土。
泄漏应急处理
应急处理：隔离泄漏污染区，限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩），穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。
小量泄漏：避免扬尘，用洁净的铲子收集于密闭容器中。
大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖。在专家指导下清除。
操作处置与储存
操作注意事项：密闭操作，局部排风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜，穿橡胶耐酸碱服，戴橡胶耐酸碱手套。远离易燃、可燃物。避免产生粉尘。避免与碱类、醇类接触。尤其要注意避免与水接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
储存注意事项：储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。相对湿度保持在75%以下。包装必须密封，切勿受潮。应与易（可）燃物、碱类、醇类等分开存放，切忌混储。不宜久存，以免变质。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
控制防护
职业接触限值
中国MAC(mg/m3)：未制定标准
TLVTN：ACGIH 2mg/m3
TLVWN：未制定标准
工程控制：密闭操作，局部排风。提供安全淋浴和洗眼设备。
呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，应该佩戴自吸过滤式防尘口罩，紧急事态抢救或撤离时，建议佩戴空气呼吸器。
眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。
身体防护：穿橡胶耐酸碱服。
手防护：戴橡胶耐酸碱手套。
环境危害：通常对水体是稍微有害的，不要将未稀释产品接触地下水，水道或污水系统。
其他防护：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕，淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服，洗后备用。保持良好的卫生习惯。
稳定性和反应活性
稳定性：比较稳定
禁配物：易燃或可燃物、碱类、水、醇类。
避免接触的条件：潮湿空气。
聚合危害：无危物
毒理学资料
急性毒性：
LD50：3730 mg/kg(大鼠经口)
LC50：QYSEM-0810

废弃处置

废弃处置方法：根据国家和地方有关法规的要求处置。或与厂商或制造商联系，确定处置方法。

运输信息

危险货物编号：81045
UN编号：1726
包装标志：防雨、防潮
包装类别：O52
包装方法：25kg、50kg装，内衬聚乙烯袋的塑料编织袋
运输注意事项：
铁路运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、碱类、醇类、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。

法规信息

化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布)，化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号)，工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规，针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定。

使用方法

本产品广泛应用于生活饮用水，工业循环水及化工、石油、矿山、造纸、印染、酿造、钢铁、煤气等行业工业废水的净化处理，对不同地区不同种类的水源均能达到理想的效果。
使用时，一般将液体聚合硫酸铁配成10%--50%的水溶液（在源水浊度较高时可直接投加），固体聚合硫酸铁配成10%--30%的水溶液，然后根据具体情况将配好的溶液按最佳的条件和药量投入，经充分搅拌后可得到最佳的混凝效果。
用量可根据原水的不同浑度，测定最佳投药量，一般混浊（浊度在100-500mg/L）水，每千吨使用本品30-50公斤，非饮用水高浊度工业污水可适当投加量 。
工业废水处理时，将一等品聚合硫酸铁稀释至1-2倍的水溶液。在源水浓度较高、处理水量较大时，可直接投加。然后根据试验室模拟试验的结果按最佳的工艺条件和药量投加，经充分搅拌、混凝沉降后，可以得到澄清的出水。
净水厂亦可稀释2-5倍后投加。投加量的确定，根据原水性质可通过生产调试或烧杯实验视矾花形成适量而定，制水厂可以原用的其它药剂量作为参考，在同等条件下本产品与固体聚合氯化铝用量大体相当，是固体硫酸铝用量的1/2-1/3。如果原用的是液体产品，可根据相应药剂浓度计算酌定，大致按重量比1:3而定。
大量实践证明，普通聚合硫酸铁在多数情况下难以达到预期的目的，一般情况下需要根据使用介质、使用地点进行剂型选择试验来确定合适的23黔SC应用科技剂型和初步使用量，再进行工业化动态试验来确定最佳投药点和最佳投药里。以利于聚合硫酸铁在矿冶领域应用范围的不断拓展。
 

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