專利名稱：由稀鹽酸制備氯化鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于由稀鹽酸制備氯化鐵的方法。特別是關(guān)于制備滴定分析結(jié)果為35-45%(重量)之間的氯化鐵水溶液的方法。這種氯化鐵水溶液在水處理中用做絮凝劑。參考文獻(xiàn)為《Kirk-Othemer，化工大全》，第三版，第24卷，第394-396頁(1984)和第10卷，第498頁(1980)，在此處有這種應(yīng)用。最簡單的方法是將鐵用濃鹽酸加熱煮解;由此可獲得含有氯化亞鐵(FeCl2)約36%(重量)的溶液;再將此溶液氯化從而得到滴定分析結(jié)果約為41%(重量)的氯化鐵(FeCl3)溶液，該溶液能直接用做絮凝劑。這種41%的溶液就是常見的商品形式。必須得到FeCl2的濃溶液，因?yàn)樵谡舭l(fā)濃縮過程中FeCl2和FeCl3能發(fā)生生成鹽酸(HCl)的部分水解作用。在FeCl3中存在HCl會影響水處理。所以，這種方法要求使用濃鹽酸。
美國專利4，066，748號描述了一種方法，它是用來源于去銹槽液的FeCl2溶液做原料。用此方法必須濃縮氯化亞鐵溶液和要求兩步氯化反應(yīng)。
美國專利3，682，592號描述了一種方法，它與上述方法相似，所不同的是將氯化亞鐵溶液與氧接觸。
尚不知道用稀酸做原料的簡單方法。鹽酸溶液中值得注意的一點(diǎn)是水-鹽酸恒沸物濃度在大氣壓下為20.5%(重量)。為了得到含有至少36%(重量)的氯化亞鐵溶液，必須用約24%(重量)的鹽酸溶液做原料。本發(fā)明使得有可能應(yīng)用濃度低于恒沸物的酸，而且避免了必須濃縮鹽酸和/或氯化亞鐵和/或氯化鐵溶液的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的要點(diǎn)是由稀鹽酸制備氯化鐵，它包括下列步驟(a)將鐵與含有稀鹽酸的溶液接觸直至所述的鹽酸消失為止。
(b)將所得溶液氯化以得到氯化鐵溶液。
(c)將步驟(b)獲得的溶液減壓蒸發(fā)。
(d)在步驟(c)獲得的液相部分地再循環(huán)至步驟(b)，液相的其余部分構(gòu)成氯化鐵產(chǎn)品。
使用鐵或氧化鐵或鐵與氧化鐵的混合物。通常使用鐵屑，例如，鋼鐵零件機(jī)加工時(shí)的廢屑、鋼鐵零件鉆孔時(shí)的碎屑或沖壓廢料等。這種回收鐵或多或少地被氧化了。含有稀鹽酸的溶液可以是含15-25%(重量)鹽酸的鹽酸水溶液。使用較高濃度雖不脫離本發(fā)明范圍，但在這種情況下應(yīng)用如先有技術(shù)中已描述的常規(guī)方法卻很簡單。本發(fā)明特別適用于不能濃縮至超過恒沸混合物濃度的所謂的廢酸。一般說來，這些酸的濃度在15%(重量)至恒沸混合物之間。使用濃度低于15%(重量)的鹽酸溶液雖不脫離本發(fā)明范圍，但應(yīng)用普通蒸餾將此溶液濃縮至15%(重量)以上卻很簡單。含有稀鹽酸的這種溶液還可含有氯化亞鐵和可能已有少量氯化鐵。步驟(a)可以任何方式進(jìn)行，但操作最好在大氣壓下在容器中進(jìn)行，并且使鐵始終過量以保證在步驟(a)結(jié)束時(shí)所獲得的氯化亞鐵溶液中沒有剩余的鹽酸。鐵與鹽酸之間的反應(yīng)是完全的和按化學(xué)計(jì)量進(jìn)行的。雖然含有鹽酸的溶液可在任何溫度下，但所用溶液在20-50℃之間較好，而且最好在35-45℃之間。酸的停留時(shí)間雖可任意長，但以2分鐘至30小時(shí)之間較好，且最好在3-15小時(shí)之間。在步驟(a)，除稀鹽酸溶液外，加入含有鹽酸和氯化亞鐵或只含有氯化亞鐵的溶液(例如，來源于去銹槽液的溶液)不脫離本發(fā)明范圍。這種溶液的量以不多于剩余鹽酸溶液的20%(重量)為宜，不多于10%(重量)更好。只用來源于去銹工序以及其中含有氯化亞鐵和鹽酸的溶液不脫離本發(fā)明范圍，但這種溶液必須不含有多余的重金屬，這些重金屬在供制備飲用水用的氯化鐵中是有害物。步驟(a)得到的溶液在氯化之前最好將其過濾或潷析。
步驟(b)是將步驟(a)獲得的氯化亞鐵溶液與氯以及氯化鐵溶液進(jìn)行接觸?？梢杂靡簯B(tài)或氣態(tài)氯，或含氯的流體。這種接觸可以任何方式進(jìn)行，只要能保證實(shí)現(xiàn)氯與氯化亞鐵之間的接觸即可。所用設(shè)備可有若干級并聯(lián)或串聯(lián)操作，可以并流供料或逆流供料或以這些方法的任何結(jié)合方式供料。
例如，可以使用攪拌反應(yīng)器或蒸餾柱或吸收柱類型的柱子。最好使用裝備有接觸裝置(例如，塔板或填料環(huán)或若干這類裝置)的柱子。氯化亞鐵溶液和氯化鐵溶液在柱子頂部送入，而氯氣在柱子底部送入。如果采用氯氣過量(相對于氯化亞鐵量)，則有少量氯氣在柱子頂部被收集，同時(shí)收集的還有伴隨氯氣在一起的氣體和由于其蒸汽壓而帶出來的少量水蒸汽。在柱子底部得到氯化鐵溶液。在柱子的若干點(diǎn)導(dǎo)入氯化亞鐵溶液和氯化鐵溶液不脫離本發(fā)明范圍，這對于在柱子的若干點(diǎn)導(dǎo)入氯氣的情況也同樣適用。
將所獲得的氯化鐵溶液下一步進(jìn)行減壓蒸發(fā)，在減壓期間所收集的液相部分地再循環(huán)至步驟(b)，剩余的液相構(gòu)成氯化鐵產(chǎn)品。在減壓蒸發(fā)期間所得到的氣相基本上是由水蒸汽組成。
氯化亞鐵轉(zhuǎn)化為氯化鐵的氯化反應(yīng)是完全的和按化學(xué)計(jì)量進(jìn)行的。觀察到氯化亞鐵的停留時(shí)間至少是10秒鐘，而且最好短于4小時(shí)是有利的。并不需要將全部氯化亞鐵氯化，氯化鐵的技術(shù)規(guī)格有時(shí)允許在氯化鐵溶液中含有氯化亞鐵0.1-1%(重量)。采用氯過量不脫離本發(fā)明范圍。
由步驟(a)產(chǎn)生的氯化亞鐵溶液的溫度在40-100℃之間較好，最好在60-90℃之間。在步驟(c)由減壓蒸發(fā)得到的和進(jìn)行再循環(huán)的氯化鐵溶液的溫度取決于步驟(b)出口處的溫度和進(jìn)行減壓蒸發(fā)時(shí)的壓力。在步驟(b)入口處的再循環(huán)氯化鐵溶液的溫度在50-90℃之間較好，最好在55-80℃之間。步驟(a)產(chǎn)生的氯化亞鐵溶液的溫度以及再循環(huán)至步驟(b)頂部的氯化鐵溶液的溫度可進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如，借助于換熱器)，這些溶液在使用時(shí)其溫度最好不要調(diào)節(jié)。出口處氯化鐵溶液的溫度主要決定于入口處溶液的溫度以及將要轉(zhuǎn)化為氯化鐵的氯化亞鐵量，此外還與為實(shí)現(xiàn)步驟(b)所使用的設(shè)備是否是絕熱的、等溫的等等有關(guān)。
最好使用絕熱設(shè)備，在步驟(b)出口處溶液的溫度在60-95℃之間較好，最好在65-90℃之間。雖然操作可在任何壓力下進(jìn)行，但是在大氣壓下或在接近大氣壓下進(jìn)行步驟(b)是比較簡單的，該溶液在減壓蒸發(fā)時(shí)由大氣壓減壓至絕對壓力為0.3-0.05巴之間。此減壓蒸發(fā)可在任何類型的容器中進(jìn)行;只要它能將所產(chǎn)生的氣相和液相分離開就能滿足要求。真空可以由例如真空泵或蒸汽噴射泵提供。
在穩(wěn)態(tài)下構(gòu)成產(chǎn)品氯化鐵的量(摩爾數(shù))與在步驟(b)進(jìn)入的氯化亞鐵的量相對應(yīng)。再循環(huán)至步驟(b)的氯化鐵溶液的量在穩(wěn)態(tài)下最好是構(gòu)成產(chǎn)品氯化鐵溶液量的5-10倍。
根據(jù)本發(fā)明的另一形式，步驟(b)產(chǎn)生的氯化鐵溶液在減壓蒸發(fā)前還可加熱。
換熱器可以安置在步驟(b)入口處的氯化亞鐵溶液中、步驟(b)出口處的氯化鐵溶液中以及再循環(huán)的氯化鐵溶液中，當(dāng)反應(yīng)過分放熱時(shí)(例如，鹽酸濃度變高)換熱器還可用來取走熱能。
根據(jù)本發(fā)明的另一最佳實(shí)施方案，假如溫度水平是均衡的，可以將制備氯化鐵產(chǎn)生的熱能傳遞給步驟(b)的氯化亞鐵進(jìn)料溶液。
單頁附圖
表示出本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案。為了清楚起見，泵、閥門等沒有標(biāo)明。
(1)表示用以使鐵(5)與鹽酸溶液(6)進(jìn)行混合的容器。得到氯化亞鐵溶液(7)，并將其在(2)中過濾。向柱(3)供入氯化亞鐵液流(8)和氯化鐵溶液(9)。此柱還供入氯氣氣流(14)。氯化鐵溶液(10)在減壓釜(4)中減壓，得到氯化鐵溶液(12)，并將此溶液分為產(chǎn)品(13)和再循環(huán)部分(9)。減壓釜(4)經(jīng)管道(11)與蒸汽噴射泵(未畫出)相連接。惰性氣體和未反應(yīng)的氯氣在氣流(15)中排出。
下述實(shí)施例具體說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明。
實(shí)施例1所用設(shè)備與所附單頁附圖一致，其中柱(3)是用玻璃制成，其內(nèi)徑為0.35米，填充高度為10米。
在680公斤/小時(shí)水中含有170公斤/小時(shí)鹽酸的溶液于(5)處引入。數(shù)量相對于鹽酸量過剩許多的鐵屑預(yù)先在(6)處加入。將氯化亞鐵溶液過濾，之后在(8)處導(dǎo)入柱(3)，其溫度為70℃。82.7公斤/小時(shí)的氯氣氣流在(14)處通入，5公斤/小時(shí)的惰性氣體與其一起通入，此惰性氣體在出口(15)處可重新得到。柱(3)在絕對壓力1.1巴下操作。82℃的氯化鐵溶液通過管道(10)輸送至減壓釜(4)，在減壓釜中此溶液減壓至0.2巴，其溫度降至70℃。在(13)處產(chǎn)品為稀釋于545公斤/小時(shí)水中的379公斤/小時(shí)的氯化鐵。稀釋于3269公斤/小時(shí)水中的2272公斤/小時(shí)的氯化鐵經(jīng)過(9)再循環(huán)。
實(shí)施例2生產(chǎn)過程與實(shí)施例1相同，但是鹽酸溶液更稀一些，即170公斤/小時(shí)的鹽酸稀釋于963公斤/小時(shí)水中，液流(8)的溫度為60℃。在(10)處獲得的氯化鐵溶液為84℃，在減壓至0.12巴之前將其加熱至93℃。減壓之后在(13)處獲得的濃縮溶液與實(shí)施例1相同，但是，為57℃，再循環(huán)的氯化鐵溶液的數(shù)量為稀釋于4360公斤/小時(shí)水中的3032公斤/小時(shí)的氯化鐵。此溶液在(9)處返回柱(3)之前被加熱至75℃。
權(quán)利要求
1.由稀鹽酸制備氯化鐵的方法，其特征在于它包括下列步驟(a)將鐵與含有稀鹽酸的溶液接觸，直至所述的鹽酸消失，(b)將得到的溶液氯化以獲得氯化鐵溶液，(c)將步驟(b)得到的溶液減壓，(d)將步驟(c)得到的液相部分地再循環(huán)至步驟(b)；剩余部分構(gòu)成氯化鐵產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(a)所使用的溶液由滴定分析結(jié)果為15%(重量)的鹽酸和水-鹽酸恒沸混合物之間選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法，其特征在于氯化鐵的再循環(huán)量是產(chǎn)品量的5倍至10倍之間。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于由稀鹽酸制備氯化鐵的方法，其中包括首先，用鐵進(jìn)行反應(yīng)以制備氯化亞鐵的稀溶液；之后，在有再循環(huán)的氯化鐵存在的情況下將此溶液進(jìn)行氯化；最后，將剛進(jìn)行過氯化的溶液減壓以使水蒸發(fā)掉。此方法提供的氯化鐵可直接用做水處理的絮凝劑。
文檔編號H01J35/06GK1038072SQ8810310
公開日1989年12月20日 申請日期1988年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月26日
發(fā)明者勒內(nèi)·克萊爾, 艾倫·加萊 申請人:阿托化學(xué)公司