CN101704574B - 一种微电解环保填料的制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种微电解环保填料及其制备方法。它是一种生产成本低、新型高效的污水净化材料。针对现有铁屑(或还原铁颗粒)价格高、易钝化、板结和堵塞等缺陷。本发明的新型微电解环保材料主要组成为还原态铁55～85wt.％、炭10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％，是一种铁炭一体的复合固体颗粒材料，其生产原料为50～60wt.％硫酸烧渣、30～45wt.％煤粉、5～10wt.％石灰石、0.2～0.5wt.％添加剂经研磨、过筛、配料装罐、还原焙烧、冷却出罐、破碎磁选而得，其中添加剂为四硼酸钠。主要生产原料硫酸烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中排出的残渣，全国各地堆积量大，属于对环境有污染的工业废渣，价廉易得。还原剂采用普通煤粉，生产成本低。

Description

一种微电解环保填料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新的污水处理微电解工艺使用的铁炭复合填料，特别是一种微电解环保填料及其制备方法，主要原料采用硫酸烧渣，是一种利用工业废渣生产的新型污水处理用的环保填料。
技术背景
污水处理中的微电解工艺，常采用铁屑(或还原铁粒)作为填料，利用铁在水中发生氧化还原(电化学腐蚀)作用，去除污水中的污染物，净化水质。基本原理是铁粒在污水中形成无数个微小原电池，其中铁为阳极失去电子，外加活性炭为阴极使水中阳离子得到电子，电极过程如下：
阻极反应：
Fe-2e→Fe2+                E0(Fe2+/Fe)＝-0.44V
进一步氧化Fe2+-e→Fe3+
阴极反应：
H++e→H
进一步反应H+H→H2↑        E0(H+/H2)＝0.00V
铁的氧化还原反应可使(有机)污染物官能团断链降解，从而去除COD，提高污水B/C值即废水的可生化性提高，同时有机物双键或其他共轭键断开后，发色基团减少，从而降低了废水色度；一些无机物也参与反应生成沉淀得以去除，如：S2-+Fe2+→FeS↓；另一方面，阳极反应生成的Fe3+经石灰中和生成新生态的Fe(OH)3絮体，具有极强的吸附能力，将废水中污染物吸附分离，使水得以澄清，经沉淀分离后使污水得以净化；阴极生成的氢，具有很强的加成还原作用，可与有机物分子反应，将有机物长链断开分解，提高污染物的可生化性。
目前微电解填料存在的主要问题是铁屑(或还原铁粒)填料价格高，在污水处理中难以推广使用；同时铁屑(或还原铁粒)填料在使用过程中极易发生钝化(铁粒表面生成连续致密的氧化膜)、板结和堵塞等现象，使微电解效果降低，甚至无法继续运行。主要原因是铁屑(或还原铁粒)填料纯度高，一般铁含量均高于98％以上，铁粒中碳(阴电极)等含量少，铁粒在腐蚀过程中，其表面易产生致密的氧化膜，阻止电解过程的继续高效进行，产生钝化使微电解效率降低；为提高电化学反应活性，采用外加活性炭(或焦碳)颗粒增加阴极时，由于活性炭(或焦碳)等外加填料密度比铁粒低，在实际使用过程中无法装填均匀，仍会产生局部钝化与板结，由于反冲洗会加剧铁-碳的不均匀性，加速钝化、板结和堵塞的发生，最终使系统无法连续运行。
为使铁填料持续放电，保持填料持续高活性，防止铁在使用过程中发生板结堵塞，中国专利93100832公开了一种通过在铁粒中外加一种疏松剂的办法，但由于疏松剂比重比较轻，使用中容易浮出水面流失，堵塞出水管道，操作起来比较复杂，抗板结效果不稳定。专利95110508、98242534、02220441.5等专利从铁填料形状、大小等方面进行改进，以提高填料的比表面积，提高铁表面反应范围，从而提高处理效率，但是由于不能从根本上解决阳极钝化、阴极放电点少的问题，再大的表面积也会由于反应的进行而逐渐被氧化膜覆盖，钝化、板结和堵塞迟早会发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微电解环保填料及其制备方法，主要解决上述现有技术所存在的技术缺陷，它是用硫酸烧渣为原料生产的、同时含有铁炭元素(铁炭一体)的微电解环保填料，在保证高效净化功能的同时，彻底解决钝化、板结和堵塞问题，且填料的生产成本低。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种微电解环保填料，其特征在于：它由还原性铁(阳极材料)占55～85wt.％、炭(阴极材料)10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％组成。
一种上所述的微电解环保填料的制备方法，其特征在于：所述的生产原料由50～60wt.％硫酸烧渣、30～45wt.％煤粉、5～10wt.％石灰石、0.2～0.5wt.％添加剂组成。
所述的方法，其特征在于：所述的添加剂为四硼酸钠。
所述的方法，其特征在于：所述的硫酸烧渣采用硫铁矿生产硫酸产生的工业废渣。
所述的方法，其特征在于：所述的硫酸烧渣中氧化铁含量约50～80wt.％。
所述的方法，其特征在于：生产原料经烘干、研磨过筛、配料、还原焙烧、粉碎磁选处理后得到产品，合格产品中还原性铁(阳极材料)占55～85wt.％、炭(阴极材料)10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％；所述的还原剂采用煤粉。
附图说明
图1是本发明铁炭一体微电解环保填料的生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种微电解环保填料，它由还原性铁(阳极材料)占55～85wt.％、炭(阴极材料)10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％组成。
该铁炭一体微电解环保填料颗粒内同时存在铁和大量炭元素，即同一颗粒中提供了大量的炭(或CU)等阴极放电点(阴极放电面积超过填料总表面积的30～50％)，提高了填料在污水中的电化学腐蚀速度；由于炭与铁存在于同一个颗粒中，避免了填料颗粒表面连续氧化膜的形成，彻底解决了填料钝化问题；由于微电解系统内只有一种填料，可以用反冲洗方法定期松床清洗，彻底解决系统板结和堵塞等问题；主要生产原料采用硫铁矿生产硫酸过程中排出的工业废渣，生产成本低，便于推广应用。
本发明的铁炭一体微电解环保填料由50～60wt.％硫酸烧渣、30～45wt.％煤粉、5～10wt.％石灰石、0.2～0.5wt.％添加剂作为主要原料制成，其中添加剂为四硼酸钠，起到提高还原剂活性降低还原反应势能，加快反应速度的作用，主要原料采用硫铁矿生产硫酸的过程中排出的工业废渣即硫酸烧渣，氧化铁含量约50～80wt.％，还原剂采用煤粉，大幅度降低了生产成本。
主要生产原料硫酸烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中排出的残渣，全国各地堆积量大，属于对环境有污染的工业废渣，价廉易得。还原剂采用普通煤粉，生产成本低。
原料经烘干、研磨过筛、配料、还原焙烧、粉碎磁选处理后得到产品，合格产品中还原性铁(阳极材料)占55～85wt.％、炭(阴极材料)10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％。
铁炭一体微电解环保填料的生产工艺流程见附图1。
实施例1
取湖南某硫酸厂废渣(硫酸烧渣)，其中氧化铁含量63.3％，120℃下，烘干处理1.5小时后冷却过100目筛。取烟煤(挥发分约14.5％)研磨后过100目筛。将过筛后的硫酸烧渣和煤粉按重量比1∶0.2充分混合得到配碳氧化铁粉备用。
将石灰石、四硼酸钠分别粉碎研磨后过100目筛备用。
将配碳氧化铁粉∶煤粉∶石灰石粉∶四硼酸钠粉按照重量比1∶0.2∶0.05∶0.003混料装罐(外层置回收的还原粉做保护层)，进入还原炉窑，升温6小时至1150℃保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后磁选，产品铁含量66.4wt.％，碳含量11.5wt.％。
实施例2
取湖南某硫酸厂废渣(氧化铁含量63.3％)，120℃下烘干处理1.5小时后冷却过100目筛。取烟煤(挥发分约14.5％)研磨后过100目筛。将过筛后的硫酸烧渣和煤粉按重量比1∶0.35充分混合得到配碳氧化铁粉备用。
将石灰石、四硼酸钠分别粉碎研磨后过100目筛备用。
将配碳氧化铁粉∶煤粉∶石灰石粉∶四硼酸钠粉按照重量比1∶0.32∶0.15∶0.008混料装罐(外层置回收的还原粉做保护层)，进入还原炉窑，升温6小时至1150℃保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后磁选，产品铁含量55wt.％，碳含量20wt.％。
实施例3
取广东某硫酸厂废渣(硫酸烧渣)，其中氧化铁含量82.4％，120℃下烘干处理1.5小时后冷却过100目筛。取烟煤(挥发分约14.5％)研磨后过100目筛。将过筛后的硫酸烧渣和煤粉按重量比1∶0.25充分混合得到配碳氧化铁粉备用。
将石灰石、四硼酸钠分别粉碎研磨后过100目筛备用。
将配碳氧化铁粉∶煤粉∶石灰石粉∶四硼酸钠粉按照重量比1∶0.20∶0.1∶0.004混料装罐(外层置回收的还原粉做保护层)，进入还原炉窑，升温6小时至1150℃保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后磁选，产品铁含量85wt.％，碳含量10wt.％。

Claims (3)

1.一种微电解环保填料的制备方法，其特征在于：生产原料由50～60wt.％硫酸烧渣、30～45wt.％煤粉、5～10wt.％石灰石、0.2～0.5wt.％添加剂组成，上述生产原料各组分含量之和为100wt.％；生产原料经烘干、研磨过筛、配料、还原焙烧、粉碎磁选处理后得到产品，合格产品中作为阳极材料的还原性铁占55～85wt.％、作为阴极材料的炭10～20wt.％、其它杂质5～25wt.％；其中，煤粉作为制备过程中的还原剂；所述的添加剂为四硼酸钠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的硫酸烧渣采用硫铁矿生产硫酸产生的工业废渣。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的硫酸烧渣中氧化铁含量50～80wt.％。 
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