專利名稱：氯化鐵的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種制備氯化鐵的方法，更具體地講，本發明涉及一種在水處理中用作絮凝劑的氯化鐵水濃溶液的制備方法。
經典的制備氯化鐵溶液的方法是第一步用HCl與鐵作用，生成氯化亞鐵
然后，通過氯化作用將上面得到的氯化亞鐵轉化成氯化鐵
氯化鐵的濃度是35-45%(重量)。
以該申請人名義申請的歐洲專利EP 340069、EP 340070和EP 340071中描述過這種方法。
還可以回收清洗液，這些清洗液是由稀氯化亞鐵和鹽酸組成。因為氯化鐵溶液加熱時會分解，所以不可能將其溶液濃縮。因此要對濃的氯化亞鐵溶液進行氯化。例如，為了制取40%(重量)氯化鐵溶液，若只是加氯時，則應使用34.25%(重量)氯化亞鐵溶液。這樣，這需要首先用鐵粉與鹽酸反應，將其濃縮，然后用氯氣將其氯化成氯化鐵。在US 4066748中描述過這種方法。US 2096855描述過由鐵和氯而不用鹽酸制備氯化鐵。氯化亞鐵與氯氣反應生成氯化鐵，將一部分氯化鐵循環與鐵反應，其反應如下
所有這些方法都必須使用氯氣。
本發明涉及一種制備氯化鐵的方法，該方法使用鐵和僅使用鹽酸作為氯的來源。鹽酸是許多有機合成的副產物，此外，鹽酸比氣態或液態氯更容易存放，使用起來也更方便。
本發明的原理是通過用HCl和O2或空氣進行氯氧化作用將氯化亞鐵轉化成氯化鐵
再使2摩爾氯化鐵循環使用以便將鐵轉化成氯化亞鐵，其反應為
用鹽酸與氧將氯化亞鐵進行氯氧化的反應原理是已知的，但其目的不是制備能處理水的氯化鐵。
例如，US 3682592描述過含氯化亞鐵、鹽酸和許多雜質的清洗液的處理。在氯氧化后得到的溶液在250°F以上分解以便得到鐵的氧化物和鹽酸氣。然后用水吸收這種鹽酸，得到新的清洗液。這樣可以將廢清洗液中幾乎全部的氯加以回收。優選地，在諸如氯化銅和氯化銨之類的催化劑存在下，待氯氧化的氯化亞鐵濃度為22%(重量)時進行該反應。這與本發明的目的毫不相關，本發明中氯化亞鐵溶液純度應盡可能高，并且應充分被濃縮，以便使氯化鐵溶液的濃度達到35-45%(重量)。氯氧化清洗液不能制備水處理所要求的足夠純度與濃度的氯化鐵溶液。
在現有技術中，US 4066748指出應首先除去清洗液中的鹽酸，將其濃縮，然后氯化，得到能用于水處理的氯化鐵。
本發明的目的是一種用鹽酸和鐵制備氯化鐵的方法，其特征在于
a)使氯化亞鐵與鹽酸和氧發生反應，直至鹽酸基本消耗完，b)讓一部分(ⅰ)由步驟a)得到的溶液與鐵反應，以便將氯化鐵和鐵轉化成氯化亞鐵，再將這種溶液循環到步驟a)，c)另一部分(ⅱ)由步驟a)得到的溶液(該溶液主要由氯化鐵組成，并可能含有氯化亞鐵)可能需要與氧和足夠量的鹽酸反應以便將氯化亞鐵轉化成氯化鐵。
至于“氧”，人們還可理解為空氣、富含氧的空氣或含氧的氣體。
氯化亞鐵可在HCl介質中用O2或空氣將其轉化成氯化鐵
氧化作用可在壓力1-20絕對巴下進行，而使用空氣時最好使用更高的壓力以便達到有效的氧分壓。
使用的氧或空氣應較好地分散在溶液中，如采用快速攪拌系統，以保證使兩相間的接觸面積大。
氧化的最佳溫度取決于使用的壓力。在大氣壓下，其溫度優選為90-100℃，在較高的壓力下，其溫度可增加直至150℃。可以采用較低的溫度，但這樣會降低反應速度。
在步驟a)中，可調節將氯化亞鐵轉化成氯化鐵時供給的氯的鹽酸的量。在步驟a)結束時，有利地是轉化全部的鹽酸，這樣，步驟b)中使用的氯化鐵溶液與鐵反應時就不會放出氫氣。
氧化反應速度與氯化亞鐵濃度的二次方成正比，最好按兩步，甚至三步進行轉化，這樣就不用使用過大體積的反應器。
如果在步驟a)結束時還有未轉化成氯化鐵的氯化亞鐵，則在步驟c)中進行另一次氯氧化。
調整鹽酸用量，以使得到的氯化鐵不含氯化亞鐵和鹽酸。
由步驟a)循環過來的溶液中的氯化鐵在步驟b)中與鐵作用。其反應如下
因此，這樣制備氯化鐵的過程中，不會產生氫氣，也不會引起由氣體而產生的氣泡。
采用高溫、高濃度氯化鐵和提高鐵的表面積有利于氯化鐵與鐵的反應。
這一反應可在20～100℃的溫度下進行，較高的溫度有利于提高反應速度，但是這又會造成的水蒸汽壓力增高，因而可生成氣泡。反應溫度優選為40-70℃。
有利地，從反應器出來的“鐵的濃度”不要超過在操作溫度下氯化亞鐵的溶解度。因此，反應溫度為40-70℃時，加入到反應器中的氯化鐵的濃度應該在30-45%(重量)之間，優選為35-40%(重量)之間。
在將氯化亞鐵溶液輸送到步驟a)之前，最好過濾此溶液，以除去可能懸浮在溶液中的鐵的細小顆粒。這些細小鐵顆粒在氧化時可能與加入的HCl反應生成氫，氫與氧接觸會產生爆炸。過濾還能除去可能懸浮在溶液中的雜質。
實施例實施例1向1升反應器中裝入500克尺寸約為2-3厘米的鐵片。這些鐵占體積約為400厘米3。通過在該反應器夾套中循環載熱流體使反應器加熱到60℃。
然后，往該反應器中加入700克濃度為35%(重量)的FeCl3溶液(約500厘米3)，并用蠕動泵以流量為8升/小時的速度使這些FeCl3溶液循環通過反應器。
這種操作對一批料進行1小時。在反應過程中取出溶液試樣進行分析，并計算出FeCl3向FeCl2轉化的轉化率。所得結果列如下時間，分 轉化率，%5 5415 8320 9330 9660 99.5該反應在1小時后幾乎完全。所制得的氯化亞鐵濃度為39%(重量)。
實施例2重復實施例1，但本實施例的反應溫度為95℃，FeCl3溶液濃度為41%(重量)。
得到的結果如下時間，分 轉化率，%5 9015 98.530 99.560 99.9該反應比在60℃時快得多;在約15分鐘后結束其反應。得到的氯化亞鐵濃度為45%(重量)，在室溫下有少量結晶。
實施例3
實施例2得到的氯化亞鐵于80℃在précouche de clarcel上過濾，除去呈懸浮狀態的細顆粒。回收濾液，并將700克(500厘米3)濾液裝入第二個反應器中。該反應器帶有夾套、燒結玻璃底，在反應器底部有一氣體進口、在反應上面有一水冷凝器、還有一插入反應介質中的熱電偶。該反應器由夾套中循環的載熱流體加熱。
向氯化亞鐵中加入245克37%的HCl。所得溶液的鐵的濃度為14.5%。
氧壓為1.1巴，并且以100升/小時的流量從反應器底部通氧。氧經過燒結玻璃，能非常好地分散在氯化亞鐵溶液中。將反應器的溫度保持在95℃。
FeCl2的氧化以間歇方式進行，并在反應過程中取樣進行分析，計算出轉化率。所得結果如下時間，分 轉化率，%15 52.530 7060 83120 91240 96360 98480 99所得FeCl3溶液濃度為42%。
實施例4重復實施例3，但本實施例使用較稀的FeCl2溶液(20%)，其中加入106克濃度為37%的HCl。
所得結果如下時間，分 轉化率，%30 54.560 70.5120 82.5240 90.5360 93.5480 95由此可看出，氧化速度在稀溶液中要慢得多。
權利要求
1.由鹽酸和鐵制備氯化鐵的方法，其特征在于a)讓氯化亞鐵與鹽酸和氧反應，直至鹽酸基本消耗完，b)讓一部分(i)由步驟a)得到的溶液與鐵反應以便將氯化鐵和鐵轉化成氯化亞鐵，這一溶液再循環到步驟a)，c)另一部分(ii)由步驟a)得到的主要由氯化鐵組成并可能含有氯化亞鐵的溶液可能需要與氧和足夠量的鹽酸進一步反應，以便將氯化亞鐵轉化成氯化鐵。
全文摘要
本發明涉及只用鹽酸作為氯的來源以制備氯化鐵。本發明的方法包括用鹽酸與氧將氯化亞鐵氯氧化成氯化鐵，然后將一部分氯化鐵循環與鐵反應，將氯化鐵轉化成氯化亞鐵。
文檔編號C01G49/10GK1110475SQ94190358
公開日1995年10月18日 申請日期1994年4月21日 優先權日1993年5月7日
發明者J·D·默菲, P·開拉德, R·克萊爾 申請人:埃勒夫阿托化學有限公司