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聚合硫酸鐵是一種高效混凝劑，其產量已占無機混凝劑總產量的5%~10%。無論是液體還是固體聚合硫酸鐵，其實質都是鐵鹽水解的中間產物。關于Fe3+水解-絡合-聚合-膠凝沉淀等過程的水 溶液化學已有大量的基礎研究。但是對于固體聚合硫酸鐵結構的研究很少，由于制備原料和條件等不同， 其紅外光譜也不完全一致，固態聚合硫酸鐵為非晶態。本文以硫鐵礦燒渣為原料，采用氯酸鈉氧化法制 備固體聚合硫酸鐵，通過XRD和T G-DTA分析研究了固體聚合硫酸鐵的結構和熱變化特征。證實該方法制得的固體聚合硫酸鐵為帶羥基的晶體無機高分子，且具有特定的熱變化規律。

取100g烘干燒渣加入盛有143.6 mL硫酸（質量分數為75%）的瓷缽中，迅速攪拌，待固化后置于 馬福爐中在150- 300℃下熟化0.5-2 h，然后搗碎并轉入三頸瓶中，加240 mL水，于80℃恒溫攪拌 2h，經真空過濾，即得酸性鐵鹽溶液。

在酸性鐵鹽溶液中加入定量的綠礬，攪拌至綠礬溶解，再加入NaClO3，將溶液中的Fe2+完全氧化 制得液體聚合硫酸鐵。

在沸騰狀態下，將液體聚合硫酸鐵在不斷攪拌下蒸發濃縮成粘稠狀，然后在60～80℃下干燥、粉粹得到 淡黃色固體聚合硫酸鐵粉末，燒渣利用率達到90%，所得固體聚合硫酸鐵質量于表1所示。

聚合硫酸鐵鹽基度(AD)=[nOH-/( 3n Fe）]×100%，式中，nOH-和nFe分別為聚合硫酸鐵樣品中羥基和全 鐵物質的量( mol）。根據化學反應式。原酸浸液中Fe2+和加入Fe2+的量為聚合硫酸鐵中OH-的量和酸浸液中 H+的量之和。根據反應式和聚合硫酸鐵的鹽基度計算應加入綠礬的量，反應后即得不同鹽基度的聚合硫酸鐵。

結果與討論

不同鹽基度的固體聚合硫酸鐵粉末的X射線衍射圖如圖1所示。從圖l可以看出，不同鹽基度的固體 聚合硫酸鐵均存在Fe4.67( S04）6(OH) 2'20H20堿式硫酸鐵高聚物。這是由于溶液中Fe2+被氧化產生OH-并生成Fe3+的堿式鹽，干燥時生成堿式硫酸鐵水合物。鹽基度較低時(6.40%)，由于加入的Fe2+鹽少，反 應后仍有H+存在，因此，有FeH( S04)2.4H20酸式鹽生成；鹽基度增加到10. 40%至14. 4%。由于 聚合硫酸鐵中OH-隨著加入的Fe2+鹽量增加而增加，酸式鹽物相也隨著消失。雖然此2種樣品XRD譜圖相 同，并不能說明它們的組成完全相同，鹽基度為10. 40%樣品存在少量Fen鹽和酸式鹽；鹽基度為 18. 40%的固體聚合硫酸鐵，有酸式鹽Fe2( S04)3．H2S04' 2H20以及羥鐵比高的Fe( OH) S04' 2H20存在；鹽基 度為22. 4%的固體聚合硫酸鐵中，還含有Fe( OH) S04'2H2O和Fe2( S04)3.8HzO物相。可見，在酸性鐵鹽溶 液中Fe2+的氧化和Fe3+的水解是一個復雜的反應過程。但隨著加入的Fe2+鹽量增加，鹽基度升高， 聚合硫酸鐵中羥鐵比增加。XRD分析結果表明，本方法制得的固體聚合硫酸鐵與以FeC13和NaHC03反應制備的無 定形態固體聚合硫酸鐵的結構完全不同。

鹽基度為10. 40%的液體聚合硫酸鐵在不同溫度下進行固化處理，所得粉末的XRD譜圖見圖2。圖中可 見，所得的固體聚合硫酸鐵主要物相仍為Fe4. 67( S04)6(OH)2.20H2O，說明120℃時干燥對物相影響不大。但 干燥溫度很過100℃。固體聚合硫酸鐵的水溶性變小。因此，制備固體聚合硫酸鐵的固化溫度不宜很過100℃。

將鹽基度分別為10. 40%、18. 4%和22. 4%的液體聚合硫酸鐵加熱蒸發至粘稠狀，冷卻后成凝膠樣，其 T G-DTA實驗結果如圖3所示。從圖3可知，不同鹽基度的聚合硫酸鐵凝膠樣的TG-DTA曲線中均有2個吸 熱峰和與之對應的2個失重峰。在DTA曲線中，吸熱峰對應的吸熱溫度區間分別為：鹽基度為10. 4%, 的凝膠樣為27- 165℃和165- 290℃；鹽基度為l8.40%的凝膠樣為27- 160℃和170- 290℃；鹽基 度為22. 40%的凝膠樣為27- 170℃和170- 285℃。在TG曲線中，所有失重峰對應的溫度起點為40 ℃，其它失重峰對應的溫度點或溫度區間與吸熱峰的溫度點或溫度區間基本對應。顯然，這些溫度區間 是失去游離水、結晶水和聚合硫酸鐵的分解而導致吸熱和失重變化的。

根據TG-DTA分析，將上述不同鹽基度的固體聚合硫酸鐵分別在DTA曲線峰谷處溫度130℃和190℃ 下，加熱處理2h后，進行X射線衍射分析，結果如圖4所示。從圖4可知，經過130℃和190℃加熱處 理，Fe4. 67( OH)2(S04)6·20H20物相消失，發生了復雜的物理化學變化，120℃以下干燥液體聚合硫酸鐵主要 是失去游離水分子，加熱至130℃后，除繼續失去游離水外，還由于固體聚合硫酸鐵發生分解而失去結晶水和 結構水。熱分解過程使鐵的高聚物破壞，形成了不同形式的復鹽甚至鐵的氧化物。因此，在制備固體 聚合硫酸鐵時，干燥溫度不能過高。