Спосіб одержання залізовмісного коагулянту

Настоящее изобретение относится к способу получения коагулянта из железосодержащего сернокислого раствора, которые применяются для очистки сточных вод и может быть использован в химической промышленности. Известен способ получения коагулянта путем окисления сульфата железа (II) в сернокислом растворе кислородсодержащим газом [1]. Указанный способ не позволяет получить коагулянт с высокими коагулирующими свойствами, так как процесс идет под давлением и при высокой температуре (более 500°С). Повышение температуры более 500°С резко интенсифицирует процесс окисления, но приводит к частичному разложению сульфата железа (III), в результате чего в готовом продукте повышается содержание нерастворимого остатка до 20%, а в газовую фазу выделяется сернистый ангидрид. Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа получения коагулянта, в котором процесс окисления сернокислого раствора сульфата железа ведут в присутствии катализатора, диоксида марганца, что позволяет получить коагулянт с более высокими коагулирующими свойствами за счет снижения содержания нерастворимого осадка, а также упростить процесс в целом за счет исключения стадии очистки отходящих газов, снижения температуры и давления процесса окисления. Поставленная задача решается тем, что железоокисный коагулянт получают путем окисления сульфата железа (II) в сернокислом растворе в среде кислородсодержащего газа, в качестве которого используют сжатый воздух, в присутствии катализатора, диоксида марганца, при температуре 40-90°, причем содержание свободной кислоты берут в избытке от стехиометрии, например, 1:1-1:1,5 по отношению к сульфату железа, причем мольное соотношение сульфата железа (II) к диоксиду марганца выдерживают в пределах 2:1. В качестве диоксида марганца используется марганцовая руда. Способ осуществляется следующим образом. Водный сернокислый раствор сульфата железа (II), являющегося отходом производства двуокиси титана, закачивают в реактор, куда вводится расчетное количество серной кислоты для поддержания заданного соотношения 1:1:1,5. В реакционную смесь при непрерывном перемешивании вводят небольшими порциями расчетное количество диоксида марганца для обеспечения молярного соотношения FeSO4: МnО2 = 2:1. Температуру реакционной смеси устанавливают в пределах 40-90°С, что обеспечивает протекание процесса окисления сульфата железа (II) в течение 40-60 мин, при этом обеспечивают аэрирование реакционной смеси воздухом. При этом протекают следующие физико-химические процессы, Водный раствор сульфата железа (II) окисляется диоксидом марганца по суммарной реакции 2FeSO4 + 2H2SO4 + МnО2 =Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2H2O. Вследствие этого образуется раствор коагулянта содержащий сульфат железа (III) и сульфат марганца. Совместное присутствие в растворе коагулянта сульфата железа (III) и сульфата марганца способствует повышению коагуляционной способности за счет образования гидроокисных соединений железа и марганца в диапазоне рН обрабатываемой воды 4-8, которые сорбируют на своей поверхности загрязнения и осаждают их в донную фазу. Окисление сульфата железа (II) при молярном соотношении свободной серной кислоты менее 1 приводит к снижению степени окисления и образованию труднорастворимых соединений железа, что снижает массовую долю основного вещества - сульфат железа (III) в растворе коагулянта и повышает массовую долю нерастворимого остатка. Повышение молярного соотношения свободной серной кислоты более 1,5 затрудняет процесс окисления сульфата железа (II), степень окисления при этом снижается. Важным фактором в достижении максимальной степени окисления сульфата железа (II) является соблюдение заданного соотношения: FeSO4: МnО2 = 2:1. При полярном соотношении диоксида марганца меньше 1 степень окисления сульфата железа (II) снижается. Повышение соотношения более 1 нецелесообразно, так как приводит к увеличению нормы расхода диоксида марганца при неизменной степени окисления сульфата железа (II) (см. таблицу) Таким образом, выполнение способа позволяет снизить температуру процесса до 40-90°С, процесс осуществлять при атмосферном давлении, получать коагулянт с низким содержанием нерастворимого остатка. Пример 1. В лабораторный реактор, снабженный перемешивающим устройством, загружают 1 дм3 сернокислого раствора сульфата железа (II) с содержанием 227,7 г FeSO4 и 117,18 г свободной серной кислоты, что соответствует мольному соотношению FeSO4: H2SO4св = 1:0,8. Включают перемешивающее устройство и нагревают раствор до 40°С, в нижнюю часть реактора подают сжатый воздух. В нагретый раствор порционно вводят марганцовую руду в количестве 164,6 г, содержащую 39,5% МnО2, что обеспечивает мольное соотношение FeSO4: МnО2 = 2:1. Процесс окисления проводят в течение 60 мин, что является достаточным для достижения максимальной степени окисления сульфата железа (II) в сульфат железа (III) равном 80% при заданном соотношении исходных реагентов. Шламовый осадок, образующийся при разложении марганцовой руды, отделяют от раствора коагулянта методом фильтрации. Полученный продукт представляет собой раствор железо-марганцевого коагулянта темно-коричневого цвета со следующим содержанием компонентов, г/дм; Fe2(SO4)3 - 239,4; FeSO4 - 47,4; MnSO4 - 94,7; H2SO4Cb - Следы; нераствор.остаток - 10,1. Полученный по предлагаемому способу железо-марганцовый коагулянт не уступает по своему качеству выпускаемому промышленностью Al2(SO4)3 ГОСТ 12966-75. Результаты физико-химической очистки вод кожевенного производства с использованием АІ 2(SО4)3 дают меньшую скорость осветления (0,13 см/мин по сравнению с применением железо-марганцового коагулянта (см. таблицу). Кроме того, преимуществом железо-марганцового коагулянта при очистке сточных вод кожевенного производства заключается в том, что происходит химическое обезвреживание и удаление из воды серы сульфидной. Пример 2. В лабораторный реактор загружают 1 дм3 сернокислого раствора сульфата железа (II) с содержанием 227,2 г. FeSO4 и 117,18 г. свободной серной кислоты. Включают перемешивающее устройство и вводят дополнительное количество 29,3 г. 94% H2SO4, что обеспечивает мольное соотношение FeSO4 H2SO4Cb = 1:1. В нижнюю часть реактора подают сжатый воздух и нагревают раствор до 70°С. В нагретый раствор порционно вводят марганцовую руду в количестве 164,6 г., содержащую 39,5% МnО2, что обеспечивает мольное соотношение FeSO4:MnO2=2:1. Процесс окисления проводят в течение 40 мин., что является достаточным для достижения максимальной степени окисления сульфата железа (II) равном 100% при заданном соотношении исходных реагентов. Шламовый осадок фильтруют. Полученный раствор представляет собой железо-марганцовый коагулянт темно-коричневого цвета следующего состава, г/дм3: Fe2(SO4)3 - 312,1; FeSO4 - следы; MnSO4 - 94,7; H2SO4Cb - 2,5; нераствор.остаток 0,31. При очистке сточных вод кожевенного производства железо-марганцовым коагулянтом процесс хлопьеобразования с Fe2(SO4)3-MnO2 происходит намного интенсивнее, чем с Al2(SO4)3. Пример 3. В реактор загружают 1 дм3 сернокислого сульфата железа (II) с содержанием 227,2 г, FeSO4 и 117,18 г, свободной серной кислоты. Включают перемешивающее устройство и вводят дополнительно 102,5 г. 94% H2SO4, что обеспечит мольное соотношение FeSO4:H2SO4Cb = 1:1,5. В нижнюю часть реактора подают сжатый воздух и нагревают до 73 °С. В нагретый раствор порционно вводят марганцовую руду в количестве 164,6 г., содержащую 39,5% МnО2, что обеспечивает мольное соотношение FeSO4:MnO2 = 2:1. Процесс окисления проводят в течение 60 мин., при этом достигается максимальная степень окисления сульфата железа (II) 90% для заданного соотношения исходных компонентов. Шламовый осадок фильтруют. Полученный раствор коагулянта имеет следующий состав, г/дм3: Fe2(SO4)3 - 279,1; FeSO4 - 23,5; MnSO4 - 94,3; H2SO4Cb - 104,3; нераствор.остаток - 0,3. Использование предлагаемого способа получения коагулянта по сравнению с существующими существенно упрощает технологический процесс производства коагулянта вследствие исключения необходимости очистки отходящих газов от сернистого ангидрида, кроме того снижается температура процесс и улучшается качество коагулянта за счет снижения нерастворимого остатка. Полученный коагулянт не обладает коррозионной способностью по отношению к сталям IX18H9T и ЭИ-943 и может быть использован для очистки стоков.