硫酸铁

聚合硫酸铁（简称取聚铁或SPFS）是一种碱性硫酸盐，是当今新一代环保产品，它具有很强的高价多核聚合铁络离子，它们具有很强的中和悬浮颗粒上电荷的能力，降低胶团电位，较高的电位使之胶稳，并水解成为絮状的羟基铁化合物，它具有较大的比表面积及较强的吸附能力。所以说它是一种新型无机高分子混凝剂。根据该产品的自身特点，与其它无机絮凝剂相比，具有絮凝物颗粒大，沉降速度快，易分层澄清，适用pH的范围广等特点，对水中的悬浮物、有机物、硫化物、重金属的去除效果好，具有脱色、除臭、破乳及污泥脱水等功能，特别是COD去除功能大大的优于其它净水产品。该产品无毒，腐蚀性小，使用后不会造成二次污染。它可广泛应用于各种工业用水的除浊以及矿山、印染、造纸、食品、皮革等工业废水的处理。它与传统的净水剂硫酸亚铁或硫酸铝比较，聚合硫酸铁具有以下特点：投药量少；适应能力强，对各种水质条件都能获得良好的效果；絮凝速度快、矾花大、沉降迅速；具有脱色、除菌、 除放射性元素、降重金属离子、降低COD及BOD的功能；是目前使用效果较好的阳离子型无机高分子絮凝剂。

图1 为黄色聚合硫酸铁粉末

1. 聚合硫酸铁作为水处理剂对各种水质适应性强，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。
2. 净化后的水质优于硫酸铝等无机混凝剂，净水成本与之相比低15-30％。絮凝体形成快，沉降速度快。
3. 净水效果优良，水质好，不含、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. 适应水体PH值范围宽为4-11，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。
5. 腐蚀小，操作条件好，溶解性优于硫酸铝。
6. 处理水中盐分较少，有利于离子交换处理和纯水制备，混凝性能优良，矾花密实，沉降速度快。
7. 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。

聚合硫酸铁（PFS）是在硫酸铁分子族的网状结构中插入羟基后形成的一种无机高分子絮凝剂，可有效去除水中的悬浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子。聚合硫酸铁具有除臭、破乳及污泥脱水等功能，对浮游微生物也有较好的去除作用。PFS处理含油污水的效果远比硫酸亚铁显著，且对金属设备的腐蚀性较小，但产生的污泥量较多、出水带色。

聚合硫酸铁是硫酸铁在水解絮凝过程中的中间产物之一。液体聚合硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子，如[Fe3(OH)4]5+、[Fe6(OH)12]6+、[Fe4O(OH)4]6+等，其在水溶液中存在着[Fe(H2O)6]3+、[Fe2(H2O)3]3+、[Fe(H2O)2]3+等络合阳离子。它们通过羟基(OH)架桥形成多核络离子，从而形成巨大的无机高分子化合物，相对分子量高达1×10⁵。

由于上述络合离子的存在，PFS能够强烈地吸附胶体微粒，通过粘附、架桥、交联促使微粒絮凝。同时伴随一系列的物理、化学变化，可中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低胶体的Zeta电位，从而破坏胶团的稳定性，使胶团微粒相互碰撞而形成絮状沉淀物。这种絮状沉淀物表面积很大，极具吸附能力。由于PFS的这种既可吸附又可脱稳、既有粘附又有架桥的作用，使之成为性能优越的无机高分子絮凝剂。

聚合硫酸铁的生产方式较多，有空气氧化催化法、硫铁矿渣加压酸溶法、氯酸钾氧化法、四氧化三铁矿石酸溶氧化法等。
1、钛白粉生产过程中有副产物硫酸亚铁生成，将酸性溶液中的硫酸亚铁，通过NO催化，空气氧化为三价铁离子，然后加入氢氧化钠中和，在调整碱化度后，发生聚合反应，可以制得65.85的产品。其反应原理为：2NO+O2→2NO2 4FeSO4+(2-n)H2SO4+NO2→Fe2(OH)m(SO4)3-n/2+2(1-n)H2O
2、原料以工业硫酸废液，催化剂以亚硝酸钠，按照比例为（0.3-0.5）：1，在密闭容器中通入纯氧，在55度至90度环境下反应1.5-2小时。这种工艺简单、反应相对温和，但氧化时间长、催化剂的价格高、用量大，反应时还伴随有氮氧化物的排出，从而造成环境污染。还因亚硝酸钠的毒性限制该法的使用推广。
3、将硫酸亚铁和硫酸依次加到反应釜中，加水搅拌，配成18%-20%的溶液。升温到50度通入氧气，反应压力达到3.03*105Pa.先加入加入亚硝酸钠，相当于投加量的0.4%-1%，然后加入碘化钠作助催化剂，反应2-3小时。冷却出料，可以得到液体产品，液体经减压蒸发、过滤、干燥、粉碎从而得到固体。
4、反应塔法制备聚合硫酸铁：目前国内大部分都蝉蛹反应釜法生产聚合硫酸铁，存在反应周期长、设备腐蚀、日常维护任务重等缺陷。针对上诉问题，现在提出了反应塔生产的工艺，取得了很好的效果。其方式为根据氧气氧化硫酸亚铁反应的提点，采用了耐腐蚀材料制成的反应塔，混合液在反应塔中流动时形成巨大的表面积，加强气体的吸收，使其反应速度加快。还可以加压。加料部分为按照比例将硫酸亚铁、硫酸、、水加入溶解槽中，升温至硫酸亚铁溶解，注入储罐里，用耐腐泵将同业打入反应塔，调节流量，同时加入氧气和催化剂。对催化氧化聚合反应产生的亚铁离子检测。亚铁离子完全氧化后，反应结束。最后将液体成品打入成品池中，剩余的催化剂和氧气可以下次继续使用。
5、氯酸钾氧化法：6FeSO4+KC1O3+3H2SO4→3Fe(SO4)3+KC1+3H2O 该方式制备工艺简单、反应温和。氧化剂用量少，并且没有有害气体产生，但有氯酸钾价格昂贵、钾盐杂质等问题。