硫铁矿烧渣制备聚合磷硫酸铁及应用研究
聚合磷酸硫酸铁（PFPS）是一种新型复合无机高分子絮凝剂，目前我国尚未工业生产[1]。郑怀礼等[2]以FeSO4•7H2O、Na2HPO4为原料合成PFPS。刘峙嵘等[3]以化工厂生产钛白粉副产品FeSO4•7H2O为原料合成PFPS。袁斌等[4]以硫酸铁、磷酸钠为原料合成PFPS。郑雅杰等[5]以硫铁矿烧渣为原料,采取胶体分散法,分二步先制备PFS,再制备PFPS,并进行絮凝性能实验，研究结果表明: 由于PO43-对PFS有显著的增聚作用，PFPS碱化度范围比PSF宽,用于废水处理时其水解、沉降速度比PFS快，使用pH范围更宽，除油、除浊、脱色方面比PFS有明显提高。本文探讨以硫铁矿烧渣为原料直接用酸浸出制备PFPS ，结果表明该工艺可简化合成工艺步骤，合成的产品符合同类型PFS质量标准，并对其性能进行实验，得到了比较满意的结果。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
仪器 WGZ-1数字光电浊度仪；PHS-3C型酸度计；JJ-1精密增力电动搅拌器；紫外-可见光分光光仪；HH-S26s 恒温水浴锅。
试剂 硫铁矿烧渣；Na3PO4(AR)；硫酸(AR)；氯酸钾(AR)。
1.2 分析方法
铁含量采用重铬酸钾法测定；亚铁含量测定、碱化度(盐基度)测定按文献[6]方法；COD采用重铬酸钾法测定；脱色率采用分光光度法测定。
1.3 实验原理
硫铁矿烧渣用1﹕2硫酸浸出，少量FeSO4用氯酸钾氧化，经水解、聚合即可制取聚合硫酸铁，在此基础上加少量的磷酸二氢钠，反应得液态聚合磷酸硫酸铁。
（1）溶样： Fe2O3 + 3H2SO4 ==3Fe2(SO4)3 + 3H2O
（2）水解反应： Fe2(SO) 3+ n H2 O ==Fe2(OH)n(SO)3-n/2 + n/2H2SO4
（3）聚合反应： m［Fe2(OH)n(SO)3-n/2］==[Fe2(OH)n(SO)3-n/2]m
[Fe2(OH)n(SO)3-n/2]m + x/3Na3PO4==[Fe2(OH)n(SO)3-n+x /2 (PO4)x /3 ] +x/3H2O＋x/2Na2SO4
加入Na3PO4增加聚合程度，提高产品碱化度，最后生成红褐色粘稠液体，。
1.4 制备方法
取100 g 的硫铁矿烧渣细粉（全铁质量分数为44.35%，重铬酸钾法测定 ）加入500 mL烧杯中，加1﹕2硫酸250 mL，加热至近沸，搅拌，溶解1 h,过滤。将滤液倒入圆底烧瓶内，补充水至250 mL，按正交表（见表1）条件，在水浴中加热到一定温度，在不断搅拌下慢慢加入一定量的氯酸钾，将溶液中的亚铁盐氧化。10 min 后慢慢加入一定量的Na3PO4聚合反应一定时间 ，在40～60℃条件下熟化4 h，可得红褐色液状的PAFS。
2 结果与讨论
2.1 PFPS的合成条件
通过正交实验讨论磷铁摩尔比、合成温度、合成时间3个主要因素对合成PFPS的影响，以确定最佳合成条件。
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表1 PFPS的合成的正交实验
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试验结果见表1。由表1可见：在上述条件下,聚合温度影响最大，其次为磷铁摩尔比，另外，温度过低、聚合时间过短、得到的产品不稳定,原因是铁离子水解，聚合度不够，导致产生碱式聚合硫酸铁沉淀；磷铁摩尔比增加,盐基度增大,说明PO43-对PFS有增聚作用,但比例过大静置后会出现溶液不稳定。综合上述因素得到稳定溶液的最佳合成条件：温度80℃，时间60 min、铁/磷摩尔比为1﹕0.08。在此条件下得到的9号产品质量见表2。
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表2 9号产品质量
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2.2 污水处理实验
实验所用的除浊污水为高岭土加水配制(浊度65.0 NTU)，除COD污水为生活混合污水(COD为985 mg/L),脱色污水为偶氮类分散红紫染料加水配制（100 mg/L，最大吸收波长560 nm）, 投加量为20 mg/L，采用烧杯搅拌实验方法，pH调到6～8，150 r/min快速搅拌3 min,50 r/min慢速搅拌10 min，静置15 min取上清液分析。从试验结果可看出（见表3）：PFPS在除浊、除COD、脱色方面的效果好于PFS, 用聚磷硫酸铁处理水样时,矾花形成的速度更快、絮体大、沉降速度比PFS快。
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表3 污水处理实验
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3 结 论
（1） 以硫铁矿烧渣为原料直接酸浸制备PFPS，通过正交试验得到的实验结果表明 ：聚合反应温度、磷铁摩尔比对产品质量和溶液的稳定性影响较大；当温度为80 ℃,磷铁摩尔比为0.08,时间为60 min时合成的PFPS，达到了同类产品的各项质量标准。
（2）污水处理的实验结果表明，PFPS适用范围较广，在pH=6～8时浊度的去除率、COD 去除率、脱色率均好于PFS，处理污水时矾花更大。
参考文献
[1] 郑礼怀，刘克万.无机高分子复合絮凝剂的研究进展及发展趋势[J].水处理技术，2004，30（6）：315-319.
[2] 郑礼怀，舒型武.含磷复合絮凝剂的应用研究[J].水处理技术，2001，27（5）：275-276.
[3] 刘峙嵘，梁喜珍.聚合磷硫酸铁合成的进一步研究[J].科技进展，2000，（3）：26-29.
[4] 袁斌，吕松.聚合磷硫酸铁的合成及其性能[J].水处理技术，2001，27（6）：350-351.
[5] 郑雅杰，龚竹青,陈白珍. 硫铁矿烧渣制备PFS、PFPS及其除浊效果比较[J].上海环境科学,2001 ,20(12) :614-615.
[6] 邵维仁，朱传俊.聚合硫酸铁产品质量检验[J].工业水处理，1994，14（1）：30-33.
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