七水硫酸亞鐵（FeSO?·7H?O，俗稱綠礬）的生產原理基于硫酸與含鐵物質的反應，通過控制反應條件（如濃度、溫度、pH）和結晶工藝，生成含七個結晶水的硫酸亞鐵晶體。以下是其核心生產方法及原理：
 

一、主要生產方法及反應原理

1. 鐵屑/廢鐵與稀硫酸反應法（直接法）

• 
  反應式：Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑
  $\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">Fe</span></span></span>}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">+</span></span></span>{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">H</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}}{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">SO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">4</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">\to </span></span></span>{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">FeSO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">4</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">+</span></span></span>{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">H</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">\uparrow </span></span></span>$

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  步驟：
   

  1. 酸浸反應：將鐵屑（或廢鐵）與20%-30%稀硫酸在50-70℃下反應，生成硫酸亞鐵溶液。
      

  2. 過濾除雜：去除未反應的鐵屑及雜質（如碳、硅）。
      

  3. 濃縮結晶：蒸發濃縮至溶液密度1.4-1.5 g/cm³，冷卻至20-30℃析出FeSO?·7H?O晶體。
      

  4. 離心干燥：離心分離晶體，低溫（<60℃）干燥，避免失去結晶水。

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  關鍵控制：
   

  • 使用稀硫酸防止Fe³?生成（濃硫酸易氧化Fe²?）；
     

  • 通氮氣保護或添加還原劑（如鐵粉）抑制Fe²?氧化。

2. 鈦白粉副產法（工業主流）

• 來源：硫酸法生產鈦白粉（TiO?）時，鈦鐵礦（FeTiO?）酸解產生的副產物。

• 反應式
  ${\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">FeTiO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">3</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">+</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">H</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}}{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">SO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">4</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">\to </span></span></span>{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">TiOSO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">4</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">+</span></span></span>{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">FeSO</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">4</span></span></span>}}<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">+</span></span></span>\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}{\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">H</span></span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="color:\#000000;"><span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:georgia,serif;">2</span></span></span>}}\text{<span style="color:\#000000;"><span style="font-size:18px;"><span style="font-family:georgia,serif;">O</span></span></span>}$        FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O

• 流程：

  1. 酸解：鈦鐵礦與濃硫酸在80-100℃下反應，生成含FeSO?的酸性溶液。
      

  2. 結晶分離：溶液冷卻至10-20℃，FeSO?·7H?O優先結晶析出，離心后得粗品。
      

  3. 純化：粗品溶解后重結晶，去除鈦、錳等雜質，純度可達90%-95%。
      

• 特點：成本低、產量大（每噸鈦白粉副產3-4噸硫酸亞鐵），但含微量鈦雜質。

3. 鋼鐵酸洗廢液回收法（環保工藝）

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  原料：鋼鐵廠酸洗廢液（含Fe²?、H?SO?）。

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  流程：
   

  1. 中和濃縮：向廢液中補加鐵屑，調節pH至4-5，蒸發濃縮至飽和。
      

  2. 冷卻結晶：自然冷卻析出七水硫酸亞鐵晶體。
      

  3. 脫水干燥：離心甩干，低溫干燥。
      

• 優勢：資源化利用廢酸，降低環保壓力，成本僅為直接法的1/3。

二、結晶水控制原理

七水硫酸亞鐵的結晶水數目由溶液溫度與濃度決定：
 

• 溫度＜56.8℃：溶液中優先形成FeSO?·7H?O（綠色晶體）；

• 溫度＞56.8℃：析出FeSO?·4H?O（白色粉末）；

• 溫度＞64℃：生成無水FeSO?（白色固體）。

工業控制要點：
 

• 冷卻速率：緩慢降溫（0.5-1℃/min）確保晶體均勻生長；

• 攪拌強度：適度攪拌防止晶體結塊；

• 母液循環：保留部分母液作為晶種，提升結晶效率。

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