[发明专利]一种用于污水处理的改性球形海绵铁及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的改性球形海绵铁及生产工艺方法，属冶金生产技术领域。

背景技术

随着科学技术进步，工业污染物的排放量日益增加，大量重金属和有机污染物进入环境，给环境保护带来很大的压力。目前，污水处理主要通过物理化学法、植物修复和生物法，其中，传统的物理化学法存在水处理剂使用量大、反应不易控制等问题；植物修复技术需要培育超积累植物，植物的选择性强；生物修复技术需要控制好微生物适宜的生存环境，在进行大规模应用过程中受到很大制约，不能处理毒性较高的废水。

20世纪90年代后，国内外学者开始利用零价铁材料去除水体污染物的相关研究，并取得了可喜的成果。应用的零价铁材料主要包括铁屑、铁粉、纳米铁粉和海绵铁。铁是活泼金属，电极电位E°(Fe²⁺/Fe)＝-0.440V，具有很强的还原能力，可将在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面，还可将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。此外，Fe²⁺离子也具有还原性，电极点位E°(Fe³⁺/Fe²⁺)＝0.771V，因而当水中有氧化剂存在时，Fe²⁺可进一步氧化成Fe³⁺，从而具有进一步去除水体污染物的能力。铁屑、铁粉等作为用于去除水体污染物的零价铁材料时，具有的成本低、操作简便，运行费用低等优点，但同时也具有需要除锈，比表面积小，存在二次污染和去除效率低等缺陷。纳米铁具有很高的比表面积和极高的表面活性，因此具有独特的物理化学性能，同时纳米铁粒径极小，可以被直接注入污染场所，在地下水的污染修复过程中能够显示除独特的优势，但与普通零价铁材料相比，纳米铁材料制备主要通过化学法制取，因此成本较高、具有潜在的生态毒性(可穿过生物膜直接进入生物体内)和环境二次污染等缺陷。

海绵铁是指用固态的矿石或固态的球团高温加热还原得到的低碳、带有多孔的几近纯铁的颗粒状炼钢预产品，也称为直接还原铁。与铁屑、铁粉等普通零价铁材料相比，海绵铁具有比表面积大、比表面能高、还原性强、物理吸附及絮凝沉淀能力强等优点。专利申请“一种用于水处理的球形海绵铁及制备方法”(申请号：200710139300.8)是在碳基直接还原生产海绵铁的基础上研究开发的，其产品球形海绵铁晶粒可达到10μm以下，具有比表面能高、还原性较强的特点，但存在问题如下：1.球形海绵铁制备过程中还原剂为木炭，根据木炭气化反应(C+CO₂＝2CO)的特点，该还原反应的温度较高，需要控制在900℃以上，这对还原设备的要求较高、能耗高，产品制备成本较高；2.由于还原温度较高，铁晶粒存在持续长大的过程，因此铁晶粒相对较大、海绵铁比表面积和活性受到一定的影响。3.该海绵铁在空气中极易发生二次氧化，为了防止二次氧化需要对海绵铁进行特殊保存，给储存和应用都带来了很大困难，大大削弱了球形海绵铁实际应用中的可操作性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种生产能耗较低、水化学活性高，同时在空气中稳定性高、不易二次氧化的用于去除污水中污染物的改性球形海绵铁及制备方法。

本发明的所称问题是由以下技术方案解决的：

一种用于污水处理的改性球形海绵铁，其特别之处是：所述改性球形海绵铁为多孔性结构，球体直径为1-10mm，内部单质铁晶粒小于1μm，比表面积10-50m²/g；其表层为渗碳体，渗碳层厚度为10-100nm。

上述用于污水处理的改性球形海绵铁的制备方法，它由下述步骤组成：

a.原料混配：选取铁精粉、氧化铁皮等含铁原料的一种，细磨到150～200目，再加入含铁原料重量0.5-1％粘结剂后，混合均匀；

b.造球：将上述混配原料经造球机，球体直径控制在1-10mm，料球自然干燥；

c.氧化焙烧：将上述干燥料球在1200℃-1400℃温度下氧化焙烧30min-90min，得到氧化球团；

d.直接还原：将上述氧化球团置于还原炉内，在600℃-800℃通入1-3NL/min的H₂，经1h-3h还原，得到球形海绵铁；

e.球形海绵铁渗碳：得到球形海绵铁后，在还原炉内停止通H₂，通入1-3NL/min的含碳气体渗碳30-90min，冷却后即可制成改性球形海绵铁。