高鐵酸鉀的制備及應用領域

王勇軍

（成都化工股份有限公司，四川 成都611430）

受內需下滑、外需不暢的經濟大環境影響，2011年，氯堿行業經歷了典型的“以堿補氯”生產模式。 主要氯產品需求持續下降， 價格低位運行。 特別是進入2012 年4 月以來，部分地區倒貼運費銷售液氯的情況時有發生， 氯堿產品的不平衡導致行業開工率持續低位運行，嚴重影響氯堿企業的生產經營。

在此經濟環境下，大力開發附加值高、有效平衡氯堿的下游產品對氯堿企業尤為關鍵。 作為一種無毒、高效、綠色的強氧化劑，高鐵酸鉀在水處理、有機物氧化合成、 高鐵電池材料領域中有著越來越廣泛的應用。 特別是采用次氯酸鉀直接氧化法制取高鐵酸鉀時，理論氯耗能達到0.28 t/t，為氯堿行業特別是鉀堿企業，提供了又一可開發的產品領域。

1 高鐵酸鉀性質

（1）強氧化性

在酸性條件下，FeO2-4+8H++3e-=4Fe（OH）3+8OH-，Eθ=2.20（V）

在堿性條件下，FeO2-4+2H2O+3e-=4FeO2-4+4H2O，Eθ=0.72（V）

表1 Fe（Ⅵ/Ⅲ）、Mn（Ⅶ/Ⅳ）、Cr（Ⅵ/Ⅲ）在水溶液中的標準電極電勢之對比[1]

由表1 可知，在酸性、堿性環境下，高鐵酸根氧化性均強于高錳酸鉀、重鉻酸鉀。

（2）不穩定性

高鐵酸鉀溶于水后， 產生氧氣和氫氧化鐵絮狀沉淀。 在水溶液環境中，H+和Fe3+對高鐵酸根具有催化分解性，且2 種離子濃度越高，其催化作用越強。其中H+與生成的OH-中和，Fe3+與高鐵酸根中Fe6+鐵離子發生自身氧化還原反應， 生成不穩定的Fe5+、Fe4+等鐵中間體，并最終生成Fe3+。

有數據[2]表明，pH 值達到5 時，由于生成的OH-不斷地被中和，高鐵酸根將迅速分解，釋放出氧氣，生成Fe3+，生成的Fe3+又反作用于高鐵酸根。

在堿性環境中，FeO2-4能夠穩定存在。 有數據[3]表明，pH 值>8 時，FeO2-4穩定性較好；pH 值>10 時，FeO2-4非常穩定地存在于溶液環境中。

溫度、溶液濃度也對其穩定性有顯著影響，溫度和濃度越低，溶液越穩定。

2 制備方法

一百多年前首次發現高鐵酸鉀后， 對其制備方法進行了大量研究，其中，比較成熟的主要為次氯酸鹽氧化法、電解法、熔融法。

2.1 次氯酸鹽氧化法

次氯酸鹽氧化法又分直接法和間接法。 在強堿性環境中，向次氯酸鹽溶液中加入Fe3+，次氯酸根將Fe3+氧化為FeO2-4，高鐵酸鉀在堿性環境中溶解度小，反應生成沉淀。經分離、洗滌純化、干燥等工序后，可得產品。

間接法采用次氯酸鈉溶液， 由于Na2FeO4、K2FeO4溶解度差異大， 反應先生成中間產物Na2FeO4，再用KOH 置換出K2FeO4。直接法采用次氯酸鉀溶液直接將Fe3+氧化為FeO2-4，生成K2FeO4。 該法研究較早，工藝相對成熟、生產設備簡單、產品純度高。

2.2 電解法

電解法是在電流作用下， 在鐵制陽極發生氧化反應，將其氧化成FeO2-4，再在陽極液中加入KOH，從而得到K2FeO4。

陽極：Fe3++8OH-→FeO2-4+4H2O+3e-或Fe+8OH-→FeO2-4+4H2O+6e-

陰極：2H2O+2e-→H2+OH-

該法在電解槽中加入原料， 直接電解得產品，原材料消耗小，但耗電多、能耗高、副產物多、純度不高。

2.3 熔融法

熔融法又叫高溫氧化法， 即將堿金屬的過氧化物和鐵的氧化物按比例混合，在氧氣氛下，高溫煅燒從 而 得 到K2FeO4。 以K2O2為 例，2Fe2O3+ K2O2→2K2FeO4+2K2O

該法副產物少，最終產品純度較高，高鐵收率和轉化率也較高，但由于堿金屬過氧化物的存在，增大了工藝的爆炸危險性。

3 應用簡介

高鐵酸鉀由于其強氧化性、 無毒性， 在環境保護、有機合成、化學電源等領域有廣泛的應用前景。

3.1 水處理

高鐵酸鉀氧化性強于高錳酸鉀、重鉻酸鉀，且作用后不會產生二次環境污染， 是一種非氯高效水處理劑。 高鐵酸鉀水處理過程是一種集氧化、絮凝、吸附、殺菌、消毒相互協同的生化過程。

高鐵酸鉀可用于飲用水消毒、去除水中腐殖質、氨氮、硫化物及氰化物[4]及生物污泥脫味、除臭等方面。 具有殺菌效果好、用量少、作用快、安全、使用方便等優點。

3.2 有機物合成

由于高鐵酸鉀的強氧化性， 在有機物氧化合成中具有很好的發展前景[5]。 可用于水相中有機物的氧化合成、苯作為溶劑有機物氧化合成、相轉移催化劑存在下的有機物氧化合成等領域。 有報道將其作為復合型多孔固體催化劑，用于有機合成的實例。

3.3 新型鐵電池材料

傳統鋅錳電池中， 大量消耗陰極材料MnO2，由于優質天然放電錳粉資源的枯竭， 尋找高性能替代性材料尤為迫切。由于高鐵酸鉀的一系列優點，可用于高鐵堿性電池、高鐵鋰離子電池、高鐵金屬氫化物電池等。

4 結論

基于強氧化性和無毒高效等特點， 高鐵酸鉀在水處理、 有機合成和新型鐵電池材料方面有著廣泛的應用前景。 當前經濟環境導致的氯堿企業開工不足現象短時間內還很難根本改善， 廣大氯堿企業應當大力開發有市場潛力的新型耗氯產品， 延伸產品鏈條，做到氯和堿的有效平衡，確保經濟效益。 次氯酸鹽氧化法生產高鐵酸鉀無疑提供了又一思路。

［1］朱元保，等，電化學數據手冊．長沙：湖南科技出版社，1985．

［2］曲久輝，林 邏，王立立．高鐵酸鹽的溶液穩定性及其在水質凈化中的應用．環境科學學報，2001（21）：106－109．

［3］王立立，曲久輝．高鐵穩定性及其影響因素的研究．東北電力學院學報，1999，19（1）：6－10．

［4］賈漢東．未純化高鐵酸鹽原液處理含硫廢水的研究．鄭州大學學報（自然科學版），2001，33（2）：79－821．

［5］宋 華，王寶輝．綠色合成氧化劑高鐵酸鹽1．化學通報，2003（4）：252－2571．