PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60002011T2 29.01.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001067095
Titel Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Eisen(III)-Sulfat-Lösung und ihre Verwendung als Wasserbehandlungsreagenz
Anmelder Taki Chemical Co., Ltd., Kakogawa, Hyogo, JP
Erfinder Kakio, Toshihiko, Kobe-shi, Hyogo-ken, JP;
Tsukamoto, Tatsuo, Kakogawa-shi, Hyogo-ken, JP
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 60002011
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.06.2000
EP-Aktenzeichen 001119940
EP-Offenlegungsdatum 10.01.2001
EP date of grant 09.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.2004
IPC-Hauptklasse C01G 49/14
IPC-Nebenklasse C02F 1/52   

Beschreibung[de]
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Eisen(III)-Sulfat-Lösung und ihre Verwendung als Wasserbehandlungsreagenz Technisches Gebiet der Erfindung

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ferrisulfatlösung (Eisen(III)sulfatlösung) und auf ein Wasserbehandlungsmittel. Insbesondere bezieht es sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ferrisulfatlösung, die charakterisiert ist durch das Lösen von Eisenerz, umfassend 30 Gew.% oder mehr an FeOOH als trivalentes Eisen (Fe3+) in Schwefelsäure und die Verwendung eines Wasserbehandlungsmittels bestehend aus der einfachen Ferrisulfatlösung, hergestellt durch das besagte Verfahren, als Koagulans.

Stand der Technik

Speziell in den letzten Jahren hat eine Ferrisulfatlösung (Eisen(III)sulfatlösung) die Aufmerksamkeit als nützliches Wasserbehandlungsmittel erregt und insbesondere eine Ferrisulfatlösung und eine basische Ferrisulfatlösung haben eine schnelle Sedimentationsgeschwindigkeit für die resultierenden Flocken und zeigen eine gute Desodorierungsfähigkeit im Vergleich mit einem Wasserbehandlungsmittel vom Aluminiumtyp wie z. B. eine Aluminiumsulfatlösung und eine basische Aluminiumchloridlösung, wobei sie weitgehend als Wasserbehandlungsmittel für Abwasser von der Papierherstellungsindustrie, von der Nahrungsmittelindustrie, von der chemischen Industrie etc. oder als Dehydrierungshilfsmittel für Klärschlämme benutzt worden sind. Normalerweise ist eine solche Ferrisulfatlösung oder eine basische Ferrisulfatlösung durch Auflösen von Ferrosulfat in Wasser, unter Zugabe einer angemessenen Menge an Schwefelsäure hierzu und Oxidation durch Luft oder durch ein Oxidationsmittel hergestellt worden. In den letzten Jahren jedoch ist Ferrosulfat, erhalten vom Waschen von Stahlplatten etc. mit Säure oder als Abfall und Nebenprodukt von der Titanindustrie, zurückgegangen und die gegenwärtige Situation ist die, dass eine Verknappung des Materials dar- aus resultiert ist. Es ist auch die gegenwärtige Situation, dass eine Koagulationsleistung der auf Eisenbasis hergestellten Koagulansien als solche nicht ausreichend ist.

Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung begonnen, die Herstellung einer Ferrisulfatlösung zu studieren und als Ergebnis von verschiedenen Untersuchungen haben sie festgestellt, dass Eisenerz, welches 30 Gew.% oder mehr FeOOH als ein trivalentes Eisen (Fe3+) enthält, sehr leicht löslich ist in Schwefelsäure und zur Herstellung einer Ferrisulfatlösung zu geringen Kosten geeignet ist und sie haben die vorliegende Erfindung auf der Basis eines solchen Ergebnisses vollendet.

Charakteristische Beispiele von Eisenerz sind Hematit, Limonit und Magnetit. Hauptbestandteil von Hematit ist &agr;-Fe2O3, der von Limonit ist &agr;-FeOOH und der von Magnetit ist Fe3O4. Bis jetzt sind verschiedene Vorschläge für ein Verfahren zum Lösen von Eisenoxid oder Ferrihydroxidoxid, welches ein Hauptbestandteil davon ist, gemacht worden. Im Hinblick auf &agr;-Fe2O3 ist gesagt worden, dass es im allgemeinen schwer löslich in Schwefelsäure sei. Im Hinblick auf Fe3O4 gibt es eine Offenbarung, beispielsweise in dem geprüften japanischen Patent Hei-02/22012 zu einer Methode zur Herstellung einer Polyferrisulfatlösung, d. h. einer basischen Ferrisulfatlösung, unter Verwendung von 3 Mol oder mehr, aber weniger als 4 Mol an Schwefelsäure zu einem Mol Ferroferrioxid (Fe3O4).

In dem geprüften japanischen Patent Hei-05/13095 gibt es eine Veröffentlichung über ein Lösungsverfahren für Ferroferrioxid, bei dem Schwefelsäure mit einer Konzentration von 35% bis 50% verwendet wird und das Auflösen bei einer Temperatur von 75°C oder höher durchgeführt wird. In dem geprüften japanischen Patent Hei-05/13094 gibt es eine Offenbarung über ein Lösungsverfahren, wobei Ferroferroxid, etc. und metallisches Eisen bei einer Temperatur von 75 °C oder höher unter Verwendung von Schwefelsäure mit einer Konzentration von 40% bis 45% gelöst werden.

In dem geprüften japanischen Patent Hei-05/53730 gibt es eine Offenbarung über eine Methode für die Herstellung von einer Eisensulfatlösung, in welcher zwischen 3 Mol und weniger als 10 Mol (zu einem Mol an Ferroferrioxid) an Schwefelsäure der Konzentration 30% bis 50% und 0,1 bis 0,5 Äquivalenten (zu Fe2O3 in Ferroferrioxid) an einem Reduktionsmittel dem Eisenoxid zugesetzt werden, welches hauptsächlich aus Ferroferrioxid besteht, gefolgt von Auflösen bei 75°C oder höher.

In dem US-Patent 4,707,349 gibt eine Offenbarung über eine Methode, in welcher Eisenerz enthaltend ein Oxid von Fe2+ und ein Oxid von Fe3+, beispielsweise ein Ferroferrioxiderz, in Schwefelsäure gelöst wird.

In einer Eisensulfatlösung, hergestellt nach diesen Methoden, sind nicht nur Fe3+, sondern auch Fe2+ in großen Mengen enthalten und es ist daher notwendig, eine Oxidation durchzuführen. Daher wird der Aufwand für eine Oxidation notwendig und es ist ein Nachteil, dass eine Ferrisulfatlösung nicht zu geringen Kosten hergestellt werden kann.

Im Hinblick auf FeOOH gibt es eine Offenbarung, beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Hei-07/241404, dass in einem eisenbasierenden Koagulans, in welchem Eisenoxid in Schwefelsäure gelöst wird, gefolgt, falls notwendig, von der Durchführung einer Oxidation, Ferrihydroxidoxid (FeOOH) verwendet wird, das, hergestellt aus einer Ferrichloridlösung, zu einem trivalenten Eisenmaterial des besagten Eisenoxids zugesetzt wird.

Bei diesem Verfahren ist jedoch eine Behandlung für die Herstellung des Materials notwendig und daher ist es schwierig, eine Ferrisulfatlösung zu geringen Kosten herzustellen.

Was durch die Erfindung gelöst werden soll

In Anbetracht auf das oben stehende, ist ein Gegenstand der gegenwärtigen Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung einer Ferrisulfatlösung zu geringen Kosten und in einer industriell einfachen Art und Weise durch Lösung des Eisenerzes direkt in Schwefelsäure zur Verfügung zu stellen. Ein weiterer Gegenstand der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein eisenbasierendes Koagulans, welches eine gute Koagulationseigenschaft hat, zu Verfügung zu stellen, das nützlich ist als Wasserbehandlungsmittel oder insbesondere eine basische Ferrisulfatlösung, die als ein Koagulans mit gutem Koagulationsverhalten nutzbar ist.

Mittel zur Lösung der Aufgabe

Daher bezieht sich das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ferrisulfatlösung, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenerz, welches 30 Gew.% oder mehr FeOOH als trivalentes Eisen (Fe3+) enthält, in Schwefelsäure gelöst wird. Weiter bezieht sich das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ferrisulfatlösung gemäß dem ersten Merkmal, wobei besagtes Eisenerz bei 200°C bis 600°C kalziniert wird. Weiterhin bezieht sich das dritte Merkmal der vorliegenden Erfindung auf ein eisenbasierendes anorganisches Koagulans, welches eine gute Koagulationsfähigkeit als Wasserbehandlungsmittel aufweist oder insbesondere auf ein Wasserbehandlungsmittel, bestehend aus einer basischen Ferrisulfatlösung.

Bester Weg zur Durchführung der Erfindung

Die Ferrisulfatlösung entsprechend der vorliegenden Erfindung bedeutet, jene, bei der das molare Verhältnis von SO4/Fe im Bereich von 1,25 bis 1,5 ist, beispielsweise eine Lösung von normalem Salz des Ferrisulfats und einer Lösung von basischem Ferrisulfat.

In der vorliegenden Erfindung wird Eisenerz unter der Verwendung von Schwefelsäure gelöst und es ist empfohlen, Eisenerz zu verwenden, welches 30 Gew.% oder mehr FeOOH als ein trivalentes Eisen (Fe3+) enthält. Wenn es weniger als 30 Gew.% sind, ist die Menge an Rückstand nach dem Lösen groß und der Vorteil der vorliegenden Erfindung kann nicht erwartet werden. Es ist alternativ wünschenswert, dass das Eisenerz unter Verwendung einer üblicherweise verwendeten Mahlmaschine gemahlen wird, wie beispielsweise einem Backenbrecher, einer Hammermühle oder einer Kugelmühle. Je kleiner die Partikelgröße des Eisenerzes, desto besser die Löslichkeit. Normalerweise ist die Partikelgröße vorzugsweise 500 &mgr;m oder kleiner oder, besonders bevorzugt, 300 &mgr;m oder kleiner.

Völlig überraschend haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass, wenn das FeOOH enthaltende Eisenerz kalziniert wird, es eine weitere Verbesserung in seiner Löslichkeit gibt. Die Kalzinierungstemperatur beträgt 200°C bis 600°C und besonders bevorzugt 400°C bis 500°C. Obwohl der Grund, warum die Löslichkeit in Schwefelsäure durch Kalzination verbessert wird, nicht klar ist, ist es wahrscheinlich, dass FeOOH durch die Kalzination dehydriert wird, was zu einer Zunahme in einem spezifischen Oberflächenabschnitt führt, wobei die Löslichkeit verbessert wird. Entsprechend dem Experiment durch die gegenwärtigen Erfinder gibt es keine Verbesserung der Löslichkeit, wenn die Temperatur niedriger als 200°C ist. Es gibt ebenfalls keine Verbesserung in der Löslichkeit, wenn es höher als 600°C kalziniert wird. Obwohl der Grund hierfür nicht klar ist, wird vermutet, dass FeOOH in ein stabiles &agr;-Fe2O3 umgewandelt wird, wobei die Löslichkeit nicht verbessert wird. Im Hinblick auf die Zeit für die Kalzination ist eine Stunde oder kürzer ausreichend. Sogar wenn die Kalzination für länger als eine Stunde durchgeführt wird, tritt keine signifikante Verbesserung in der Löslichkeit ein und, falls die Zeit länger als eine Stunde ist, ist im industriellen Anwendungsfall ein Kalzinierungsofen von großem Ausmaß notwendig, wobei die Kosten für die Kalzination hoch werden. Obwohl es keine bestimmte Begrenzung zum Anheben und Absenken der Temperatur gibt, ist es wünschenswert, innerhalb von ca. 30 Minuten anzuheben und innerhalb von ca. einer Stunde abzusenken.

Im Hinblick auf die Schwefelsäure ist die Konzentration der verwendeten Schwefelsäure vorzugsweise 30 bis 50 Gew.% Falls es weniger als 30 Gew.% sind, ist eine lange Zeit zum Lösen des Eisenoxids notwendig, wohingegen, falls es mehr als 50 Gew.% sind, die Löslichkeit des Eisenoxid normalerweise niedrig wird, abhängig von der Reihenfolge der Zugabe der Materialien, des verwendeten Verhältnisses von Eisenoxid zu Schwefelsäure, der Lösungstemperatur, etc.

Im Hinblick auf das verwendete Verhältnis von Schwefelsäure, wird dies so eingestellt, dass das Verhältnis von Schwefelsäure zu Gesamteisen innerhalb des Bereiches von 1,0 ≤ SO4/Fe ≤ 1,5 liegt. Wenn das Verhältnis geringer ist als 1,0, ist die Löslichkeit des Eisenoxids nicht ausreichend und die Wirtschaftlichkeit dürftig, wohingegen, falls es mehr als 1,5 ist, der pH der resultierenden Ferrisulfatlösung niedrig und seine Verwendung bedeutend eingeschränkt ist.

Beim Herstellungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die oben erwähnten Materialien in einen Reaktor gegossen und die Reihenfolge der Zugabe ist die, dass zuerst Schwefelsäure einer vorher bestimmten Konzentration in einen Reaktor gegossen wird und dann das gemahlene Eisenerz zugefügt wird. Im übrigen ist es bei der vorliegenden Erfindung ebenso möglich, konzentrierte Schwefelsäure zu verwenden. In diesem Fall wird gemahlenes Eisenerz zu Wasser hinzugegeben und anschließend wird konzentrierte Schwefelsäure unter Rühren dazugegeben. Wenn konzentrierte Schwefelsäure verwendet wird, ist es auch möglich, die Reaktionstemperatur unter Verwendung der exothermen Reaktion aufrechtzuerhalten. In jedem Fall muss das Verhältnis der Materialien im oben beschriebenen Bereich liegen. Im Hinblick auf die Reaktionstemperatur ist es empfehlenswert, bei 70°C oder höher zu sein und besonders bevorzugt 90°C oder höher. Die am meisten bevorzugte Reaktionstemperatur ist ungefähr der Siedepunkt. Es ist natürlich ebenso möglich, einen Autoklaven zu verwenden.

Die Reaktionszeit variiert in Abhängigkeit von dem Molaren Verhältnis von Schwefelsäure zu Eisen, Konzentration der Schwefelsäure und anderen Reaktionsbedingungen und, obwohl es noch nicht fest bestimmt ist, sind drei Stunden normalerweise ausreichend. Sobald das Eisenerz durch das obige Verfahren gut gelöst ist, wird die Lösung abgekühlt durch Stehenlassen, durch Wasser, etc. und dann filtriert mit Hilfe irgendeines Filtermittels wie einer Filterpresse oder einer Zentrifuge.

Eisensulfat kann einfach hergestellt werden durch das Verfahren, das vollständig obenstehend beschrieben wird. Wenn dennoch eine kleine Menge an Eisen (II) in dem Eisenerz enthalten ist und dieses eine Schwierigkeit verursacht, abhängig von der Art der Verwendung, wird die Eisensulfatlösung einem Oxidationsschritt unterzogen. Das Verfahren für die Oxidation kann entsprechend einem bekannten Verfahren durchgeführt werden und die Oxidation kann einfach durch ein Oxidationsmittel wie z. B. Wasserstoffperoxid, Mangandioxid und Natriumperchlorat ausgeführt werden.

Wenn das fein gemahlene Eisenerz nur in Schwefelsäure direkt nach der oben beschriebenen Methode gelöst wird, kann eine Ferrisulfatlösung ganz einfach und zu geringen Kosten hergestellt werden.

Jetzt wird das Wasserbehandlungsmittel der vorliegenden Erfindung diskutiert. Wie schon erwähnt, ist die Koagulationsleistung von konventionellen eisenbasierten Koagulansien nicht ausreichend. Es wurde jetzt jedoch gefunden, dass, wenn eine basische Ferrisulfatlösung, hergestellt nach dem Verfahren der vorliegenden Endung, als Wasserbehandlungsmittel verwendet wird, die besagte Lösung eine gute Koagulationsleistung erreicht. Obwohl der Grund nicht klar ist, warum die basische Ferrisulfatlösung, hergestellt nach dem Verfahren der gegenwärtigen Erfindung, eine signifikante Koagulationsleistung aufweist, wird angenommen, dass das Folgende die Ursache dafür ist. Demnach ist, da das Eisenerz, das ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Eisenmaterial ist, selten Eisen (II) enthält, sein Polymerisationsmodus abweichend von dem eines Produktes, welches durch einen Oxidationsprozess, vorgeschlagen im Stand der Technik, polymerisiert ist; Eisenerz, welches in der Natur verfügbar ist, wird ein Mineral oder zeigt eine Veränderung in seiner Struktur nach einer sehr langen Zeitdauer; und die bestehende Stelle, Form, Typ und Menge an Verunreinigungen darin zeigen einen gewissen Einfluss auf die Polymerisation.

Im übrigen ist die basische Ferrisulfatlösung der gegenwärtigen Erfindung eine solche, in welcher ein Molares Verhältnis von SO4 zu Fe von 1,25 bis weniger als 1,5 ist. Wenn daher das Verhältnis niedriger ist als das untere Limit, wird die Stabilität der Lösung schlecht und die Wasserbehandlungseigenschaft wird signifikant schlecht, wohingegen, wenn es höher ist als das obere Limit, die Wasserbehandlungseigenschaft der gegenwärtigen Erfindung nicht erwartet werden kann. Im Hinblick auf die gesamte Eisenkonzentration, soll 10 Gew.% oder mehr als Fe und, in Ergänzung, die Menge an divalentem Eisen (Fe2+) soll 0,1 oder weniger sein. Falls die Gesamteisenkonzentration (als Fe) niedriger ist als 10 Gew.%, ist ein Wasserbehandlungsmittel mit einer hohen Koagulationsleistung nicht erhältlich. Obwohl es keine bestimmte Grenze für ein oberes Limit der Konzentration gibt, ist es gewöhnlich 15 Gew.% oder weniger im Hinblick auf die Stabilität der Lösung. Im Hinblick auf das Verfahren zur Verwendung des Wasserbehandlungsmittels der gegenwärtigen Erfindung, ist es ebenso das Gleiche wie das eines konventionellen Wasserbehandlungsmittels wie z. B. Aluminiumsulfat, basisches Aluminiumchlorid und Eisensulfat.

Beispiele

Die gegenwärtige Erfindung wird jetzt weiter erklärt durch die folgenden Beispiele. Falls nicht anders erwähnt, stehen alle hierin verwendeten „ %" für „Gew.%".

Beispiel 1

Eisenerz (T-Fe = 58%) (700 g) umfassend 46% an FeOOH als Fe3+) wurde gemischt mit 45% Schwefelsäure, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,08 herzustellen, und gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 66% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g and Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,05%, T-Fe = 12,3% und SO4 = 29,9%.

Beispiel 2

Eisenerz (T-Fe = 58%) (700 g) umfassend 46% an FeOOH als Fe3+ wurde gemischt mit 45% Schwefelsäure, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,30 herzustellen, und gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 74% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,04%, T-Fe = 11,5% und SO4 = 30,3%.

Beispiel 3

Eisenerz (T-Fe = 58%) (700 g) enthaltend 46% an FeOOH als Fe3+ wurde bei 400°C für 1 Stunde kalziniert. Nach dem Abkühlen wurde es mit 45% Schwefelsäure vermischt, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,30 herzustellen, und die Mischung wurde gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 86% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,03%, T-Fe = 12,1% und SO4= 29,6%.

Beispiel 4

Eisenerz (T-Fe = 58%) (700 g) enthaltend 46% an FeOOH als Fe3+ wurde bei 150°C für 1 Stunde kalziniert. Nach dem Abkühlen wurde es mit 45% Schwefelsäure vermischt, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,30 herzustellen, und die Mischung wurde gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 74 % an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,05%, T-Fe = 11,5% und SO4 = 30,3%.

Beispiel 5

Eisenerz (T-Fe = 58%) (700 g) enthaltend 46% an FeOOH als Fe3+ wurde bei 700°C für 1 Stunde kalziniert. Nach dem Abkühlen wurde es mit 45% Schwefelsäure vermischt, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,30 herzustellen, und die Mischung wurde gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 45% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,02 %, T-Fe = 10,5% und SO4 = 34,4%.

Vergleichsbeispiel 1

Eisenerz (700 g) umfassend 61% an &agr;-Fe2O3 als Fe3+ wurde gemischt mit 45% Schwefelsäure, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 1,08 herzustellen, und die Mischung wurde gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 41% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 0,02%, T-Fe = 10,2 und SO4 = 33,6%.

Vergleichsbeispiel 2

Eisenerz (700 g) umfassend 57% an Fe3O4 als T-Fe wurde gemischt mit 45% Schwefelsäure, um das molare Verhältnis von SO4/Fe von 0,86 herzustellen, und die Mischung wurde gelöst und umgesetzt durch Kochen für 3 Stunden, wobei 54% an Eisen extrahiert wurden. Nach dem Abkühlen wurden 400 g Wasser zugegeben und die Mischung unter Verwendung eines Filterpapiers (Nr. 5C) filtriert, um die Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe2+ = 4,38%, T-Fe = 11,0% und SO4 = 28,5%.

Die obigen Resultate sind zusammengefasst und dargestellt in Tabelle 1.

Es ist aus der oben stehenden Tabelle ersichtlich, dass ein Produkt bei dem &agr;-Fe2O3 eins Hauptkomponente ist, nicht zur praktischen Verwendung geeignet ist, wegen eines geringen Eisenextraktionsverhältnisses und der Gegenwart von zu viel überschüssiger freier Säure in dem Produkt. In dem Fall eines Produktes, bei dem Fe3O4 eine Hauptkomponente ist, sind große Mengen an Fe2+ enthalten, wobei eine Oxidationsbehandlung notwendig ist, die in hohen Kosten resultiert. Im Hinblick auf den Effekt der Kalzination ist die Eisenextraktionsrate bei 200°C bis 600 °C verbessert im Vergleich zu dem Fall, dass keine Kalzination durchgeführt wurde, wie in der Tabelle gezeigt, und außerhalb des besagten Bereiches ist der Effekt nicht erreicht oder die Eisenextraktionsrate verringert sich. Daher ist die Eisenextraktionsrate, entsprechend der vorliegenden Erfindung, offenbar gut und eine Eisensulfatlösung kann einfach hergestellt werden.

Beispiel 6

In einen Reaktor, ausgestattet mit einem Rückflusskondensator, wurden 181 g 45% Schwefelsäure und 24 g Wasser gegossen und dann, unter Rühren, 70 g an Eisenerz (enthaltend 59 Gew.% an FeOOH als Fe3+; durchschnittliche Partikelgröße: 250 &mgr;m oder kleiner) allmählich hierzu zugegeben. Die Mischung wurde auf 105°C erhitzt und gelöst durch Erhitzen während 3 Stunden unter Rühren. Nach dem Abkühlen wurde die Lösung filtriert, um das ungelöste Eisenerz zu entfernen, wobei eine basische Ferrisulfatlösung erhalten wurde. Ihre Zusammensetzung war Fe3+ = 11,0%, Fe2+ = 0,04%, Al = 0,1%, SO4 = 27,5% und Basizität = 5,2%.

Vergleichsbeispiel 3

Ferrosulfatheptahydrat (hergestellt durch Kanto Kagaku) (530 g) wurde mit 181 g 45% Schwefelsäure und 248 g Wasser gemischt und darin unter Rühren gelöst. Zu diesem wurden 10 g einer 36% Lösung von NaNO2 gegeben (ein Produkt mit einem Reinheitsgrad, hergestellt durch Kanto Kagaku, wurde in Wasser gelöst, um die Konzentration von Na-NO2 36% zu erhalten) und die Mischung wurde mit Sauerstoff oxidiert, um eine basische Ferrisulfatlösung zu ergeben. Ihre Zusammensetzung war Fe3+ = 11,0%, Na = 0,1%, SO4 = 27,1% und Basizität = 5,2%.

Ein Glastest wurde ausgeführt unter Verwendung der Ferrisulfatlösungen hergestellt in den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen. Die Resultate des Glastests sind in Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigt.

Im Test von Tabelle 2 wurde ein Modellwasser vom Fluss Yodo gesammelt und die Trübung wurde durch Kaolinzugabe (hergestellt durch Kanto Kagaku) auf 20 mg/l eingestellt. Das Modellwasser hatte einen pH von 7,8 und eine Basizität von 27 mg/l.

Im Test von Tabelle 3 wurde Wasser vom Fluss Kako (Trübung: 11 mg/l; pH: 8,0; Basizität: 35 mg/l) als Modellwasser verwendet. Die Rührbedingungen waren die: schnelles Mischen bei 120 Upm während 3 Minuten, langsames Mischen bei 40 Upm während 10 Minuten und die Zeit zum sich Absetzen von 10 Minuten. Das Experiment wurde bei Raumtemperatur durchgeführt.

Eine basische Ferrisulfatlösung, verwendet als Koagulans, wurde unter Verwendung einer Mikropipette zugegeben. Anpassen des pH wurde unter Verwendung von 1/20 N HCl und 1/20 N NaOH durchgeführt.

Die Analyse der Qualität des Wassers wurde ausgeführt durch Sammeln von 100 ml einer überstehenden Flüssigkeit nach 10 min Stehenlassen, gefolgt von der Messung. Die Trübung wurde gemessen unter Verwendung eines Wasseranalysators vom Typ 2000, welches ein Turbidimeter hergestellt von Nippon Denshoku Kogyo KK ist. Der pH wurde gemessen durch die Glasselektrodenmethode. Zu 1 Liter des Modellwassers wurden 1/20 N HCl und 1/20 N NaOH zur Einstellung auf einen gewünschten pH-Wert zugegeben, dann wurde ein Koagulans hierzu zugegeben und der pH und die Trübung des Überstands wurden unter verschiedenen Bedingungen gemessen. Im übrigen war die Menge an zugegebenem Koagulans Fe = 3 ppm.

Tabelle 2
Tabelle 3

Es ist aus Tabelle 2 und Tabelle 3 ersichtlich, dass das Wasserbehandlungsmittel bestehend aus der basischen Ferrisulfatlösung, hergestellt nach dem Verfahren der gegenwärtigen Erfindung eine gute Koagulationsleistung zeigte.

Beispiel 7

Ein Glastest wurde durchgeführt unter Verwendung der basischen Ferrisulfatlösung hergestellt nach Beispiel 6 und einer Aluminiumsulfafflüssigkeit zur Wasserbehandlung (hergestellt durch Taki Kagaku; Al2O3: 8,1 %; SO4: 22,5%). Die Ergebnisse des Glastestes werden in Tabelle 4 und Tabelle 5 gezeigt.

Im Test von Tabelle 4 wurde Wasser des Kasumigaura Sees (Trübung: 19 mg/l; pH: 7,7; Basizität: 45 mg/l) verwendet. Die Menge des zugefügten Koagulans war 40 ppm hinsichtlich der Originalflüssigkeit. Im Test von Tabelle 5 wurde Wasser des Imbanuma Sees (Trübung: 16 mg/l; pH: 9,2; Basizität: 45 mg/l) verwendet. Die Menge des zugegebenen Koagulans war 100 ppm hinsichtlich der Originalflüssigkeit. Die Rührbedingungen waren folgende: ein schnelles Mischen bei 120 Upm während 3 Minuten, ein langsames Mischen bei 40 Upm während 10 Minuten und die Zeit zum Stehenlassen 10 Minuten. Das Experiment wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. Eine basische Ferrisulfatlösung und eine Aluminiumsulfafflüssigkeit, welche Koagulansien waren, wurden unter Verwendung einer Mikropipette zugegeben. Einstellen des pH wurde unter Verwendung von 1/20 N NCl und 1/20 N NaOH durchgeführt.

Die Analyse der Qualität des Wassers wurde ausgeführt durch Sammeln von 100 ml einer überstehenden Flüssigkeit nach 10 min Stehenlassen, gefolgt von der Messung. Die Trübung wurde gemessen unter Verwendung eines Wasseranalysators vom Typ 2000, welches ein Turbidimeter, hergestellt von Nippon Denshoku Kogyo KK ist. Der pH wurde durch die Glasselektrodenmethode gemessen. Zu 1 Liter des Modellwassers wurden 1/20 N HCl und 1/20 N NaOH zur Einstellung auf einen gewünschten ph-Wert zugegeben, dann wurde ein Koagulans hierzu zugegeben und der pH und die Trübung des Überstands wurden unter verschiedenen Bedingungen gemessen.

Tabelle 4
Tabelle 5

Es ist aus Tabelle 4 und Tabelle 5 ersichtlich, dass die basische Ferrisulfatlösung, hergestellt nach der Methode der vorliegenden Erfindung, eine gute Koagulationsleistung zeigte.

Vorteil der Erfindung

In Übereinstimmung mit dem Verfahren für die Herstellung einer Ferrisulfatlösung der vorliegenden Erfindung, wurde ein guter Effekt erreicht, dass eine Ferrisulfatlösung bei geringen Kosten und in einer industriell einfachen Weise hergestellt werden kann.

Weiterhin verwendet ein Wasserbehandlungsmittel, bestehend aus einer basischen Ferrisulfatlösung, hergestellt durch das besagte Herstellungsverfahren, das Material, welches von dem für die konventionelle basische Ferrisulfatlösung vollkommen differiert und zu sehr geringen Kosten hergestellt werden kann und, im übrigen hat es gute Koagulationsleistungen und Dehydratationsleistung.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung einer Eisensulfatlösung, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenerz, enthaltend 30 Gewichtsprozent oder mehr FeOOH, als ein dreiwertiges Eisen (Fe3+) in Schwefelsäure gelöst wird.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Eisensulfatlösung nach Anspruch 1, wobei das Eisenerz bei 200 bis 600°C calciniert wurde.
  3. Wasserbehandlungsmittel, bestehend aus einer basischen Eisensulfatlösung, hergestellt durch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com