CN101121551A - 用于水处理的球形海绵铁及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于水处理的球形海绵铁及制备方法，属冶金生产技术领域，用于提供一种粒径适宜、还原铁含量高、铁晶粒更小的用于水处理的球形海绵铁及制备方法。特别之处是：该球形海绵铁粒径为1－5mm，晶粒在10μm以下，金属化率90％以上。本发明方法经原料混配、造球、氧化焙烧、直接还原等步骤组成。本发明根据对用于水处理零价铁材料的要求，开发出可高效去除水体中重金属、硝酸盐、氯代有机物等有毒有害污染物的球形海绵铁，与现有工业海绵铁或其它普通零价铁材料相比，该产品具有内部铁晶粒为微米级、比表面积大、表面能高、还原能力强、金属化率高等特点，并具有一定强度，可避免水处理过程中的粉化、板结现象。本发明方法设备、工艺简单、制备成本低。

Description

用于水处理的球形海绵铁及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的球形海绵铁及生产工艺，属冶金生产技术领域。

背景技术

目前在国内外的研究报道中，零价铁材料可用于卤代有机物、硝基芳香化合物、硝酸盐和重金属的污染水体的处理，零价铁材料主要有铁屑、铁粉末、纳米铁粉等。其中，铁屑和铁粉主要是工业废弃物，廉价易得，但因比表面积小、去除效率低而使其应用受到限制。

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。海绵铁目前的最佳用途是做优质废钢的替代物。与铁屑、铁粉等普通零价铁材料相比，工业海绵铁具有比表面积大、比表面能高、有较强的电化学富集、强还原性等优越的物理化学性能，因此在锅炉水除氧、含磷废水、有机印染废水、电镀废水及硝酸盐废水处理中有一定的研究。目前所有报道中，用于水处理的海绵铁材料大都是工业用海绵铁，由于生产目不同，工业海绵铁主要考虑提高海绵铁的金属化率、降低海绵铁中杂质含量等方面，而对与水处理相关的还原铁结晶是否充分、是否具有用于水处理的强度等方面并没有考虑。因此工业海绵铁在水处理应用中表现出强度较低、污染物的去除率低等缺陷。

综合目前零价铁材料进行水处理的特点，在选择零价铁材料的过程中需要考虑以下几个方面因素：(1)较大粒径，保证反应填充材料的渗透性，降低进出水压差；(2)比表面积高，零价铁的氧化还原反应速率与反应介质的比表面积呈正相关关系，提高零价铁比表面积有利于提高反应速率，缩短反应时间；(3)零价铁含量高，氧化还原过程需要单质铁提供电子，因此单质铁含量越高，填充材料的利用效率也就越高；(4)价格便宜。基于上述对用于水处理的零价铁材料要求，开发出一种专门用于水处理的海绵铁是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种粒径适宜、还原铁含量高、铁晶粒更小的用于水处理的球形海绵铁及制备方法，从而为水体中重金属、硝酸盐、氯代有机物等有毒有害污染物的去除提供一种透水性强、比表面积更高、高效去除污染物、成本较低的零价铁材料。

本发明的所称问题是由以下技术方案解决的：

一种用于水处理的球形海绵铁，其独特之处是，球形海绵铁粒径为1-5mm，晶粒在10μm以下，金属化率90％以上。

一种用于水处理的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、氧化铁皮含铁原料的一种或两种，并细磨到200目，含铁原料加入0.5-1％硅藻土粘结剂后，混合均匀；

b.造球：将上述混配原料经造球机造球并将球体自然干燥；

c.氧化焙烧：将干燥球体在1200℃-1400℃温度下氧化焙烧20min-90min，得到氧化铁球团；

d.直接还原：将上述氧化铁球团与木炭按质量比3∶1-4∶1的比例一同放入高温还原炉内，在900℃-1200℃温度下，经20min-90min还原，冷却后即制成球形海绵铁。

本发明根据对用于水处理零价铁材料的要求，充分考虑海绵铁生产工艺及其物化性能，开发出可高效去除水体中重金属、硝酸盐、氯代有机物等有毒有害污染物的球形海绵铁这一极具潜力的零价铁材料。与现有工业海绵铁或其它普通零价铁材料相比，该球形海绵铁具有内部铁晶粒为微米级、比表面积大、表面能高、还原能力强、金属化率高等特点，并具有一定强度，可避免水处理过程中的粉化、板结现象，其球形外状制作填充床后透水性好。本发明方法可实现工业化生产，具有制备设备、工艺简单、制备成本低、容易实现等特点。

具体实施方式

本发明产品为球形，粒径1-5mm，内部铁晶粒在10μm以下，金属化率90％以上，适用于处理水体污染物的去除。根据水处理过程对零价铁材料的要求，在制备过程中首先将含铁原料和粘结剂制成1-5mm的球体，通过氧化焙烧提高球体Fe₃0₄含量和球体强度，得到氧化球团，氧化球团在高温还原炉内，利用木炭直接还原，通过控制还原温度、还原时间等条件控制铁晶粒生长，从而达到控制铁晶粒尺寸的目的。由于该球形海绵铁内部铁晶粒更加细小，从而比表面积更大、表面能更高、还原性更强，是用于水体中重金属、硝酸盐、氯代有机物等有毒有害污染物高效去除的优选材料。

以下给出几个具体的实施例

实施例1：

取含铁原料铁精粉，细磨到200目，含铁物料加入0.5％硅藻土，混合均匀后，利用圆盘造球机造球，球体直径为1-5mm；球体自然干燥后在高温焙烧炉内，1200℃下氧化焙烧90min得到氧化铁球团；氧化铁球团与木炭(质量比4∶1)混合后，置于高温还原炉内，在900℃下，经90min直接还原，冷却后即制成球形海绵铁。

实施例2：

取含铁原料氧化铁皮，细磨到200目，含铁物料加入0.7％硅藻土，混合均匀后，利用圆盘造球机造球，球体直径为1-5mm；球体自然干燥后在高温焙烧炉内，1300℃下氧化焙烧50min得到氧化铁球团；氧化铁球团与木炭(质量比3.5∶1)混合后，置于高温还原炉内，在1050℃下，经50min直接还原，冷却后即制成球形海绵铁。

实施例3：

取含铁原料铁精粉、氧化铁皮含铁物料各半，细磨到200目，含铁物料加入1％硅藻土，混合均匀后，利用圆盘造球机造球，球体直径为1-5mm；球体自然干燥后在高温焙烧炉内，1400℃下氧化焙烧20min得到氧化铁球团；氧化铁球团与木炭(质量比3∶1)混合后，置于高温还原炉内，在1200℃下，经20min直接还原，冷却后即制成球形海绵铁。

Claims (2)

1.一种用于水处理的球形海绵铁，其特征在于：所述球形海绵铁粒径为1-5mm，晶粒在10μm以下，金属化率90％以上。

2.一种如权利要求1所述的用于水处理的球形海绵铁的制备方法，其特征在于，它由下述步骤组成：

a.原料混配：选取铁精粉、氧化铁皮含铁原料的一种或两种，并细磨到200目，含铁原料加入0.5-1％硅藻土粘结剂后，混合均匀；

b.造球：将上述混配原料经造球机造球并将球体自然干燥；

c.氧化焙烧：将干燥球体在1200℃-1400℃温度下氧化焙烧20min-90min，得到氧化铁球团；

d.直接还原：将上述氧化铁球团与木炭按质量比3∶1-4∶1的比例一同放入高温还原炉内，在900℃-1200℃温度下，经20min-90min还原，冷却。