本文選題：硫酸亞鐵 + 氧化鐵紅��； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)》2017年博士論文

【摘要】：七水硫酸亞鐵(FeSO_4·7H_2O)是二氧化鈦(俗稱鈦白粉)硫酸法生產(chǎn)工藝中的主要副產(chǎn)物,每生產(chǎn)1噸鈦白粉就會產(chǎn)生3噸以上硫酸亞鐵。根據(jù)我國鈦白粉的總產(chǎn)量估算每年副產(chǎn)七水硫酸亞鐵約1000萬噸。由于大量的硫酸亞鐵沒有得到有效回收利用,已經(jīng)成為鈦白粉行業(yè)發(fā)展的主要障礙。本論文從兩個方面著手解決這一難題:一方面通過控制和優(yōu)化七水硫酸亞鐵結(jié)晶工藝條件,改善其晶形和純度,提高產(chǎn)品質(zhì)量;另一方面提出了一個利用FeSO_4·7H_2O生產(chǎn)硫酸和氧化鐵紅的綠色循環(huán)新工藝。這一新工藝將鈦鐵礦中的鐵轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸F出售,而回收的濃硫酸可循環(huán)使用,為鈦白粉生產(chǎn)節(jié)省近50%的硫酸使用量。本論文針對新工藝的開發(fā)和相關(guān)的基礎(chǔ)研究展開,取得以下重要成果:(1)首次提出了利用副產(chǎn)七水硫酸亞鐵制備硫酸和氧化鐵紅的新工藝。該工藝的基本原理是將HCl氣體通入含F(xiàn)eSO_4的濃溶液中,由于共離子效應(yīng)FeCl_2·4H_2O結(jié)晶析出,380℃下低溫煅燒得到氧化鐵。而濾液通過蒸發(fā)鹽酸得到高濃度的H_2SO_4返回到鈦白粉生產(chǎn)中循環(huán)使用,蒸發(fā)得到的鹽酸和煅燒得到的HCl 一起循環(huán)析出FeCl_2·4H_2O。實驗室證明硫酸亞鐵中鐵的單次回收率為70%以上,硫酸的濃度達(dá)到65%左右。(2)建立了測定汽液平衡和固液平衡的實驗裝置。測定了如下體系的相平衡數(shù)據(jù):l)FeSO_4-Fe_2(SO_4)_3-H_2SO_4-H_2O體系在壓力為 30、60、90 和 101.3kPa 時的汽液平衡數(shù)據(jù);2)溫度 278-298 K,Ti(SO_4)_2 和 H_2SO_4 濃度分別為 0.16-1.2 mol.kg~(-1) 和 1.6-3.7 mol·kg~(-1),FeSO_4·7H_2O 固體在 Ti(SO_4)_2-H_2SO_4-H_2O溶液中的溶解度;3)溫度 298-308 K,MgSO4 和 H_2SO_4 濃度分為 0.2-1.3 mol.kg~(-1) 和 2.9-3.6 mol.kg~(-1),固相 FeS04.7H_2O在MgSO4-H_2SO_4-H_2O溶液中的溶解度;4)溫度293-333 K,HCl和H_2SO_4濃度分別為11和4 mol·kg~(-1)以下時,FeCl_2·4H_2O固體在H_2SO_4-HCl-H_2O溶液中的溶解度等。(3)利用所得相平衡實驗數(shù)據(jù),建立了 FeSO_4-Fe_2(SO_4)_3-H_2SO_4-H_2O,FeS04-MgSO4-Ti(SO_4)_2-H_2SO_4-H_2O和 FeCl_2-H_2SO_4-HCl-H_2O等體系的全組分化學(xué)模型,即全面考慮體系中的相平衡和所有的化學(xué)平衡的模型。體系中離子和中性分子的活度系數(shù)采用Bromley-Zemaitis模型、MSE模型和電解質(zhì)NRTL模型等進行計算。通過新模型預(yù)測發(fā)現(xiàn),Fe(Ⅲ)在H_2SO_4溶液中隨著溫度的升高和硫酸根濃度的增大,體系中的復(fù)合離子由FeSO_4~+逐漸轉(zhuǎn)化為Fe(SO_4)_2~-;而FeΠ)在HCl溶液中存在復(fù)合離子FeCl~+,其含量隨著HCl濃度增大而增大。(4)利用新得到的模型借助于OLI軟件平臺對新流程進行了物料衡算,并用實驗進行了可靠性驗證,結(jié)晶得到FeCl_2·4H_2O固體的產(chǎn)量與模型計算值基本符合,得到了合格的氧化鐵紅產(chǎn)品和濃硫酸。此外,通過Aspen Plus熱量衡算發(fā)現(xiàn),新流程中對FeCl_2·4H_2O進行煅燒(380℃)比利用FeSO_4·7H_2O煅燒(650℃)在節(jié)能方面具有很大的優(yōu)勢。
[Abstract]:FeSOD 47H _ 2O) is the main by-product in the production of titanium dioxide (commonly known as titanium dioxide) by sulfuric acid process, and more than 3 tons of ferrous sulfate is produced for every 1 ton of titanium dioxide. According to the total output of titanium dioxide in China, the by-production of ferrous sulphate heptahydrate is estimated to be about 10 million tons per year. Since a large number of ferrous sulfate has not been effectively recycled, it has become a major obstacle to the development of titanium dioxide industry. This paper from two aspects to solve this problem: on the one hand, by controlling and optimizing the technological conditions of ferrous sulfate heptahydrate crystallization, improve its crystal shape and purity, improve the product quality; On the other hand, a new green cycle process for producing sulfuric acid and iron oxide red by FeSO_4 7H_2O is proposed. This new process converts iron from ilmenite to iron oxide for sale, and the recovered concentrated sulfuric acid can be recycled, saving nearly 50% of the sulfuric acid usage for titanium dioxide production. Aiming at the development of new technology and the related basic research, this paper presents for the first time a new process for the preparation of sulfuric acid and ferric oxide red by using by-product ferrous sulfate heptahydrate. The basic principle of this process is to pass HCl gas into a concentrated solution containing FeSO_4, and calcinate iron oxide at low temperature at 380 鈩，

本文編號：1953857