七水硫酸亞鐵（FeSO?·7H?O，俗稱綠礬）的生產(chǎn)原理基于硫酸與含鐵物質(zhì)的反應(yīng)，通過控制反應(yīng)條件（如濃度、溫度、pH）和結(jié)晶工藝，生成含七個結(jié)晶水的硫酸亞鐵晶體。以下是其核心生產(chǎn)方法及原理：
一、主要生產(chǎn)方法及反應(yīng)原理
1. 鐵屑/廢鐵與稀硫酸反應(yīng)法（直接法）
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反應(yīng)式：Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑
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步驟：
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酸浸反應(yīng)：將鐵屑（或廢鐵）與20%-30%稀硫酸在50-70℃下反應(yīng)，生成硫酸亞鐵溶液。
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過濾除雜：去除未反應(yīng)的鐵屑及雜質(zhì)（如碳、硅）。
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濃縮結(jié)晶：蒸發(fā)濃縮至溶液密度1.4-1.5 g/cm³，冷卻至20-30℃析出FeSO?·7H?O晶體。
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離心干燥：離心分離晶體，低溫（<60℃）干燥，避免失去結(jié)晶水。
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關(guān)鍵控制：
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使用稀硫酸防止Fe³?生成（濃硫酸易氧化Fe²?）；
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通氮氣保護或添加還原劑（如鐵粉）抑制Fe²?氧化。
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2. 鈦白粉副產(chǎn)法（工業(yè)主流）
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來源：硫酸法生產(chǎn)鈦白粉（TiO?）時，鈦鐵礦（FeTiO?）酸解產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
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反應(yīng)式
FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O -
流程：
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酸解：鈦鐵礦與濃硫酸在80-100℃下反應(yīng)，生成含F(xiàn)eSO?的酸性溶液。
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結(jié)晶分離：溶液冷卻至10-20℃，F(xiàn)eSO?·7H?O優(yōu)先結(jié)晶析出，離心后得粗品。
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純化：粗品溶解后重結(jié)晶，去除鈦、錳等雜質(zhì)，純度可達90%-95%。
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特點：成本低、產(chǎn)量大（每噸鈦白粉副產(chǎn)3-4噸硫酸亞鐵），但含微量鈦雜質(zhì)。
3. 鋼鐵酸洗廢液回收法（環(huán)保工藝）
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原料：鋼鐵廠酸洗廢液（含F(xiàn)e²?、H?SO?）。 -
流程：
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中和濃縮：向廢液中補加鐵屑，調(diào)節(jié)pH至4-5，蒸發(fā)濃縮至飽和。
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冷卻結(jié)晶：自然冷卻析出七水硫酸亞鐵晶體。
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脫水干燥：離心甩干，低溫干燥。
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優(yōu)勢：資源化利用廢酸，降低環(huán)保壓力，成本僅為直接法的1/3。
二、結(jié)晶水控制原理
七水硫酸亞鐵的結(jié)晶水數(shù)目由溶液溫度與濃度決定：
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溫度＜56.8℃：溶液中優(yōu)先形成FeSO?·7H?O（綠色晶體）；
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溫度＞56.8℃：析出FeSO?·4H?O（白色粉末）；
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溫度＞64℃：生成無水FeSO?（白色固體）。
工業(yè)控制要點：
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冷卻速率：緩慢降溫（0.5-1℃/min）確保晶體均勻生長；
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攪拌強度：適度攪拌防止晶體結(jié)塊；
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母液循環(huán)：保留部分母液作為晶種，提升結(jié)晶效率。
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