无水三氯化铁的主要应用

背景及概述^[1-2]

液体三氯化铁又称三氯化铁溶液，是红棕色液，易与水混和，对金属有腐蚀作用。无水三氯化铁又称无水氯化铁，或无水氯化高铁。易溶于水和吸潮。无水三氯化铁主要由铁屑与氯气反应制取。近年来，市场上（尤其是国外市场）对高纯度无水三氯化铁的需求越来越多的。制药行业用它可做许多反应的催化剂，对高纯度无水三氯化铁的需求量日益增多。国外的价格至少在12美元/公斤，相当于人民币70000元/吨，而国内却鲜有此类产品的制造商。现有生产无水三氯化铁的常规工艺路线：以废铁屑和氯气为原料，在一立式反应炉里反应，生成的氯化铁蒸气和尾气由炉的顶部排出，进入捕集器冷凝为固体结晶，即得无水三氯化铁成品。尾气中含有少量未反应的游离氯。用氯化亚铁溶液吸收氯气，得到氯化铁溶液作为副产品。生产操作中氯化铁蒸气与空气中水分接触后强烈发热，并放出盐酸气，因此管道和设备要密封良好。常规的无水氯化铁生产工艺在实际运用中存在以下问题：氯化法生产无水三氯化铁，由于以废铁屑为生产原料，不但其夹杂多种金属，而且灰尘、杂物也较多，虽有升华分离，但还是会有许多金属杂质随着高温气流与三氯化铁一起进入冷却结晶室，夹杂在无水三氯化铁中，导致产品中水不溶物特别多，三氯化铁的含量大多在96%左右。很难满足高质量产品的要求。

应用^[3-5]

无水三氯化铁用于净水剂、印染的媒染剂，印刷制版时的腐蚀剂，在化学工业中还可制造其他铁盐，及处理肥皂提取粗甘油等其应用举例如下：

1）制备具有高强度和良好可重复加工性能的多巴胺接枝环氧化丁腈橡胶。以质量分数计，其原料组成配方为：以质量份数计，其原料组分组成为：100份丁腈胶乳、3～500份环氧化剂、1～25份多巴胺、0.1～5份无水三氯化铁；所述的环氧化剂为过氧化氢或三氧化钼；制备时，先对丁腈橡胶进行环氧化，得到环氧化丁腈橡胶，加入多巴胺进行接枝反应，在反应完成后加入无水三氯化铁，干燥混炼、经热压后得到多巴胺接枝环氧化丁腈橡胶。本发明所制备的改性丁腈橡胶在未经填料补强时，同时具有高强度、良好可重复加工性能。

2）制备碳纳米管。将蔗糖、三聚氰胺、无水三氯化铁和蒸馏水混合后研磨成均匀的混合物，将上述混合物在80摄氏度下干燥12小时，得到棕色固体，研磨成粉末后转移至高温管式炉内，在流动的氮气中升温至650-800摄氏度，并维持650-800摄氏度4小时，得到黑色固体；合成工艺简单，设备简单，易操控，原料是可再生的、廉价的生物质资源，所得到的纳米管产品的产量高，形貌均匀。所得到的纳米管长度在2-10微米、管径在100-400纳米，本发明所公开的碳纳米管的制备工艺具有简单、安全、低成本，易于操作和可控。

3）制备一种用于涂料生产的污水处理剂，原料包括按照重量份数比的竹炭15-20份、改性硅藻泥20-30份、活性炭30-50份、多聚羟基氯化铝硅3-5份、无水三氯化铁3-5份、羟苯基淀粉3-5份、硫酸镁1-3份、有机硅油3-5份、壳聚糖2-3份、改性膨润土25-35份。制备方法包括，S1、将改性膨润土和改性硅藻泥加水混合得；S2、将混合浆进行搅拌分散处理；S3、将混合将与竹炭、活性炭、多聚羟基氯化铝硅、无水三氯化铁、羟苯基淀粉混合搅拌，搅拌速度为100-200r/min，搅拌温度为10-12摄氏度；S4、将硫酸镁、有机硅油、壳聚糖加入继续混合搅拌，搅拌速度为400-500r/min，温度为28-30摄氏度；S5、将混合物静置后进行微胶囊化处理，再低温高湿度下干燥。本发明可以针对涂料生产的过程中产生的污水进行处理。

制备^[2，6]

方法1：将铁屑从氯化炉顶部投入炉内，氯气从氯化炉底部四根进氯管通入，铁屑与氯气在高温下进行氯化反应。根据铁屑投入量及氯化炉出口温度的变化情况调节氯气流量，控制氯化反应速度。反应放出多余的热量由氯化炉夹套中流动的冷却水带走。铁屑经氯化后生成气态三氯化铁。气态三氯化铁经氯化炉与捕集器的人字形连接管被依次抽入到两个串联的捕集器内，在捕集器内冷却凝固为固体无水三氯化铁。待每班反后关闭氯气阀门，经人工捣料和机械搅拌，通过翻板阀进入贮料斗中自然冷却，再通过螺旋输送机进行产品包装。少量未被凝华的气态三氯化铁、未反应的氯气及不凝性气体，经过第二个捕集器上方的出口，依次进入两座串联的尾气吸收塔，用不同浓度的氯化亚铁水溶液进行喷淋，回收尾气中所含气态三氯化铁和氯气，形成副产品液体氯化铁。不能被吸收的其它气体由鼓风机抽出，经排气筒排空。

方法2：一种高纯度无水三氯化铁的制备方法，包括以下步骤：将无水氯化亚铁置于密闭容器中，加入含氯气的四氯化碳溶液进行反应，产物经过滤、甩干和烘干得到无水三氯化铁。具体步骤为：将1260克纯度为98.5%的无水氯化亚铁置于容积为20升的聚丙烯密封缸中（缸内有聚丙烯球5个，每个重200克），加入10升含氯气的四氯化碳溶液（四氯化碳溶液质量百分浓度是99%，该四氯化碳溶液中氯气的浓度为1.5Mol/L），密封，转动反应，检验到无Fe⁺²时出料（约1小时），减压过滤，再离心甩干，置于真空烘箱，在-0.09MPa及80℃条件下烘干，制得1600克无水三氯化铁，纯度达98%。本发明的有益效果是：常规的生产工艺中由于铁屑所带来的多种金属及杂物，使得生产高纯度无水三氯化铁有先天不足的问题，本发明选用高纯度的无水氯化亚铁，有效避免了生产原物料先天不足这一前端弊病。常规氯化法工艺存在高温反应带来的安全隐患问题，本发明采用氯气在溶液中与氯化亚铁直接反应，避免了相应的安全隐患问题，无论从安全生产还是从环境保护上来讲，都具有无可比拟的优势。用四氯化碳湿润氯化亚铁，使氯化亚铁变成稀糊状，有利于氯气氧化它，且安全。用聚丙烯球磨缸及用聚丙烯球研磨氯化亚铁，可促进氧化反应彻底完成。

主要参考资料

[1] 装箱运输业务技术辞典·下册

[2] CN201510052850.0一种高纯度无水三氯化铁的制备方法

[3] CN201810998140.0具体高强度和良好可重复加工性能的改性丁腈橡胶及其制备方法

[4] CN201510652350.0一种以蔗糖为碳源制备碳纳米管的制备方法

[5] CN201811590973.X一种用于涂料生产的污水处理剂及其制备方法

[6] 无水三氯化铁生产运行总结