[发明专利]一种逐级电解法生产高浓度高铁酸盐的方法

说明书

本发明的一种逐级电解法生产高浓度高铁酸盐的方法，属于电化学的技术领域。采用二级以上电解槽，在第一级电解槽进行一级电解生产之后，让阳极室的高铁酸盐产品和流入第二级电解槽的阳极室，进行二级电解，类似的还可以有更多级电解槽依次串接电解。各级电解槽中间可以增加过滤或冷却装置。这样通过二级以上电解反应来生产高铁酸盐，能够同时解决电解法生产高铁酸盐产品浓度低、生产效率低的问题。本方法高效、简便易行，可用于生产高浓度液体高铁酸盐，或者用于生产晶体高铁酸盐。

技术领域

本发明属于电化学的技术领域，涉及一种电解法制备液体高铁酸盐的工艺。

背景技术

高铁酸盐是一种六价铁盐，兼具氧化、絮凝作用，在水处理中具有消毒、灭藻、脱色、除臭等多种功效，是公认的“绿色”水处理药剂。在酸性及碱性条件下，高铁酸盐与高锰酸盐及重铬酸盐相比，有着更强的氧化性，同时其反应产物氢氧化铁还有吸附、絮凝作用。与含氯消毒剂相比，利用高铁酸盐进行水处理，不会产生氯代烷烃、氯酚等有害物质，也不会产生有害离子和有害衍生物，安全性更高。随着现代社会对水的使用及处理的日益重视，人们迫切需要兼具多种优良性能的新型水处理药剂，尽管常规的水处理药剂可以达到水处理的相关指标，但仍旧会有三致(致癌、致畸和致突变)物质产生，威胁着人类的健康。在饮用水处理中，应用高铁酸盐，能够强化去除有机物、重金属，减少后续消毒副产物的生成量，减少聚合氯化铝的用量，在废水处理中能提高污水可生化性，其尤为擅长处理医疗废水，核污染废水。

高铁酸盐的强氧化性、絮凝性及其环境友好性，使其成为理想的水处理药剂，具有重要的研究开发价值和应用前景。但是由于高铁酸盐不稳定，制作成本高，一直未得到大规模应用。目前国内外都迫切需要工业化规模的高铁酸盐生产技术。

目前制备高铁酸盐的方法主要分为三种，高温氧化法、次氯酸盐氧化法和电解法。高温氧化法是通过含铁化合物或铁单质与过氧化物在苛性碱存在下发生高温熔融反应来制备高铁酸盐；次氯酸盐氧化法是以氯气和铁盐为原料，在强碱性溶液中使生成的次氯酸盐氧化Fe(III)盐来制得Fe(VI)盐；电解法是指以单质铁或惰性电极为阳极，在浓碱溶液中电解氧化低价铁，得到Fe(VI)的工艺方法。其中，高温氧化法制备高铁酸盐，时空效率高，高铁酸盐收率和转化率较高，但化学试剂消耗大，反应温度高，容器腐蚀严重且较危险。次氯酸盐法生产成本较低，设备投资少，可制得较高纯度的高铁酸钾晶体，但提纯过程使用有机试剂，操作繁琐，对设备腐蚀严重，对环境污染较大。而电化学氧化法工艺简单，无需过多化学试剂，产品杂质少，因而成为近年来的研究热点。电解法是以铁或含铁材料为阳极，以各种金属导体为阴极，以苛性碱溶液为电解液，在两个电极之间通以直流电，电解一段时间后，即可得到高铁酸盐溶液。

但是电化学法也有其缺陷，例如长时间生产会使得铁电极容易钝化、电流效率低，短时间内虽然电流效率高，但产品浓度低等问题。高铁酸钠是在高浓度苛性碱溶液中电解产生的，由于碱液浓度大，在应用液体高铁酸盐产品时会向受纳水体带入高浓度的碱，使受纳水体pH值升高。因此液体高铁酸盐溶液浓度的富集提升成为首要问题之一，为此人们进行了大量研究。研究表明，可通过延长电解时间，提高高铁酸盐产品浓度，在优化电流密度下，电解时间需要4-5小时以上，高铁酸盐浓度才能累积到一个较高的浓度，但随着反应时间的延长，电流效率逐渐下降，铁电极钝化严重。为解决电极钝化问题，有人尝试用脉冲直流、方波电压的方法，这在一定程度上缓解了电极钝化；何伟春等人发现，在电解生产过程中更换新的电极不但能够提高高铁酸钠产品浓度，还能够缓解电极钝化的问题，但是这种方法并不适合大规模工业化生产。还有研究表明，电解一段时间后，将高铁酸盐溶液过滤除去还原性物质，如Fe(OH)₃，然后再继续电解，高铁酸盐浓度显著提高。

针对高铁酸盐容易被还原分解的问题，研究发现在电解时向阳极室电解液中加入氧化剂如高碘酸盐、高锰酸盐、氯气等，既促进了阳极腐蚀反应的发生，也避免了六价铁还原为三价铁，但是这些氧化剂同时也引入了外来杂质。

发明内容