CN103274503A

CN103274503A - 铁碳微电解填料及其制备方法

Info

Publication number: CN103274503A
Application number: CN2013101467971A
Authority: CN
Inventors: 胡志刚; 田京雷; 马娥; 于俊春; 张倩; 翟永臻; 陈瑜; 崔忠信
Original assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开了一种铁碳微电解填料及其制备方法，所述的填料由下述重量份数的原料制成：褐煤半焦30～45份、焦煤5～10份、冶金含铁粉尘40～50份和适量粘结剂。所述的方法步骤为：先将褐煤半焦、焦煤、冶金含铁粉尘及煤焦油混合，然后成型为球状颗粒，最后微孔活化即可得到所述的填料。本填料中的铁和碳以铁碳包容构架的形式存在，铁骨架与碳链相互交叉，铁颗粒均匀的分散在碳颗粒周围，解决了传统微电解填料的板结问题。本填料具有很大的比表面积、机械强度高、活性好、产生电流密度大、吸附絮凝效果好，作用效率稳定的优点。本填料解决了传统微电解填料容易铁碳分离的问题，微电解处理后的冶金焦化废水的生化性大大提高，便于后续生化反应的进行。

Description

铁碳微电解填料及其制备方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，尤其是一种铁碳微电解填料及其制备方法。

背景技术

冶金焦化废水是煤在高温裂解得到焦炭和煤气的生产过程中回收焦油、苯等副产品时产生的，属于典型的难处理工业废水，具有成分复杂、含有大量的难降解物，可生化性较差、毒性大等特点。目前，国内大部分焦化厂普遍采用普通活性污泥法处理经蒸氨、脱酚预处理的焦化废水，处理后水中的酚、氰、油等有害物质大为降低，但对COD和NH₃-N的去除率并不高，难降解物质的存在使出水水质不能达到国家排放标准，因此，还需要进行深度处理。

铁碳微电解技术是利用金属的电化学腐蚀原理分解废水中污染物的一种污水处理工艺。当紧密接触的铁和碳浸泡在废水溶液中时，由于铁和碳之间存在1.2V的电极电位差，因而会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe²⁺浸入废水，进而氧化成Fe³⁺，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，[H]和[O]均能与废水中的许多成分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，消除色度，提高废水的可生化性。目前，微电解技术可作为印染废水、化工废水、电镀废水等各种高浓度、难降解工业废水的预处理或后处理，并能显著提高废水可生化性。

传统的微电解填料多采用固定式的铁碳床，即将碎铁屑和活性炭（或废刚玉石墨颗粒等含碳类物质）按一定比例物理混合于一箱体内。但是，因铁碳床中的铁颗粒没有被碳颗粒分散均匀，铁颗粒之间容易生锈板结，使之在使用过程中容易产生板结现象，进而导致微电解过程中断，影响处理效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁颗粒均匀的分散在碳颗粒周围的铁碳微电解填料；本发明还提供了一种铁碳微电解填料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明由下述重量份数的原料制成：褐煤半焦30～45份、焦煤5～10份、冶金含铁粉尘40～50份和适量粘结剂。

本发明所述冶金含铁粉尘中主要成分的重量百分含量为：TFe 30%～50%，C 10～40%，Zn 1～3%，SiO₂ 1～5%。所述的冶金含铁粉尘为高炉粉尘、转炉粉尘和轧钢铁鳞的混合物。

本发明所述的粘结剂为煤焦油，用量为10份。

本发明制备方法采用上述铁碳微电解填料，该方法步骤为：先将褐煤半焦、焦煤、冶金含铁粉尘及煤焦油混合，然后成型为球状颗粒，最后微孔活化即可得到所述的填料。

本发明制备方法所述焦煤过200目；所述冶金含铁粉尘的粒径为90～260目。

本发明制备方法所述球状颗粒的粒径为2～6cm。所述球状颗粒在150～250KN压力下成型。

本发明制备方法所述微孔活化为：以水蒸气为活化剂，以4～10℃/min的速率升温至950～1050℃后，活化60～90min。

本发明制备方法所述褐煤半焦采用下述方法制备而成：褐煤经破碎机粉碎至粒径小于1.6mm，干燥、酸浸、烘干、干馏即可；所述酸浸介质为35wt%～45wt%的硫酸；所述干馏是在隔绝空气条件下，以4～10℃/min的速率升温至400～1000℃后，干馏30～50min。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明以褐煤半焦和冶金含铁粉尘为原料制备铁碳微电解填料（铁碳活性焦），解决了冶金含铁粉尘的处理问题，环境效益明显，工艺简单，易于实现，并且用于制备褐煤半焦的褐煤价格便宜、原料易得，大大提高了褐煤的利用价值。

本发明经过高温烧结活化工艺使得填料中的铁和碳以铁碳包容构架的形式存在，铁骨架与碳链相互交叉，铁颗粒均匀的分散在碳颗粒周围，很好的解决了传统微电解填料的板结问题。经高温活化后的填料具有很大的比表面积、机械强度高、活性好、产生电流密度大、吸附絮凝效果好，作用效率稳定的优点。本发明制备的填料解决了传统微电解填料容易铁碳分离的问题，微电解处理后的冶金焦化废水的生化性大大提高，便于后续生化反应的进行。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本铁碳微电解填料采用下述原料和制备方法。

a．褐煤半焦的制备：褐煤经破碎机粉碎为1.6mm，干燥、酸浸、烘干、干馏，其中，酸浸介质为浓度为40wt%的硫酸，在隔绝空气条件下干馏，干馏温度为600℃、升温速率为6℃/min，干馏时间为45min；

b．混合成型：将制备好的褐煤半焦35kg、经粉碎至过200目的干燥焦煤5kg、冶金含铁粉尘50kg，以煤焦油10kg为粘结剂混合；在150KN压力下成型，制成直径为4～6cm的球状颗粒；

c．微孔活化：以水蒸气为活化剂，以6℃/min升温至1000℃，活化时间75min，随炉冷却后制得铁碳微电解填料。

上述工艺制备的铁碳微电解填料特点：TFe：46wt%，C：42wt%，粒径4～6cm，比重：1.07t/m³，比表面积：1.2m²/g，空隙率：62wt%，物理强度：1000Kg/m²。以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD由3600mg/L降至1405mg/L，去除率为39%，可生化性提高了0.12。

实施例2：本铁碳微电解填料采用下述原料和制备方法。

a．褐煤半焦的制备：褐煤经破碎机粉碎为1.0mm，干燥、酸浸、烘干、干馏，其中，酸浸介质为浓度为35wt%的硫酸，在隔绝空气条件下干馏，干馏温度为650℃、升温速率为8℃/min，干馏时间为50min；

b．混合成型：将制备好的褐煤半焦35kg、经粉碎至过200目的干燥焦煤10kg、冶金含铁粉尘45kg及煤焦油10kg混合，在250KN压力下成型，制成直径为4～6cm的球状颗粒；

c．微孔活化：以水蒸气为活化剂，以8℃/min升温至1050℃，活化时间90min，随炉冷却后制得铁碳微电解填料。

上述工艺制备的铁碳微电解填料特点：TFe：44wt%，C：43wt%，粒径4～6cm，比重：1.05t/m³，比表面积：1.2m²/g，空隙率：62%，物理强度：1020Kg/m²。以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD由3640mg/L降至1492mg/L，去除率为41%，可生化性提高了0.16。

实施例3：本铁碳微电解填料采用下述原料和制备方法。

a．褐煤半焦的制备：褐煤经破碎机粉碎为0.5mm，干燥、酸浸、烘干、干馏，其中，酸浸介质为浓度为45wt%的硫酸，在隔绝空气条件下干馏，干馏温度为400℃、升温速率为4℃/min，干馏时间为40min；

b．混合成型：将制备好的褐煤半焦30kg、经粉碎至过200目的干燥焦煤10kg、冶金含铁粉尘50kg及煤焦油10kg混合，在200KN压力下成型，制成直径为4～6cm的球状颗粒；

c．微孔活化：以水蒸气为活化剂，以10℃/min升温至1000℃，活化时间60min，随炉冷却后制得铁碳微电解填料。

上述工艺制备的铁碳微电解填料特点：TFe：48wt%，C：42wt%，粒径4～6cm，比重：1.1t/m³，比表面积：1.1m²/g，空隙率：61%，物理强度：1030Kg/m²。以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD由3840mg/L降至1498mg/L，去除率为39%，可生化性提高了0.14。

实施例4：本铁碳微电解填料采用下述原料和制备方法。

a．褐煤半焦的制备：褐煤经破碎机粉碎为1.5mm，干燥、酸浸、烘干、干馏，其中，酸浸介质为浓度为45wt%的硫酸，在隔绝空气条件下干馏，干馏温度为1000℃、升温速率为10℃/min，干馏时间为30min；

b．混合成型：将制备好的褐煤半焦45kg、经粉碎至过200目的干燥焦煤8kg、冶金含铁粉尘40kg及煤焦油12kg混合，在200KN压力下成型，制成直径为2～4cm的球状颗粒；

c．微孔活化：以水蒸气为活化剂，以7℃/min升温至950℃，活化时间80min，随炉冷却后制得铁碳微电解填料。

上述工艺制备的铁碳微电解填料特点：TFe：48wt%，C：38wt%，粒径2～4cm，比重：1.02t/m³，比表面积：1.3m²/g，空隙率：57%，物理强度：990Kg/m²。以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD由3720mg/L降至1339mg/L，去除率为36%，可生化性提高了0.11。

实施例5：本铁碳微电解填料采用下述原料和制备方法。

a．褐煤半焦的制备：同实施例1；

b．混合成型：将制备好的褐煤半焦40kg、经粉碎至过200目的干燥焦煤7kg、冶金含铁粉尘42kg及煤焦油15kg混合，在180KN压力下成型，制成直径为2～4cm的球状颗粒；

c．微孔活化：以水蒸气为活化剂，以4℃/min升温至980℃，活化时间70min，随炉冷却后制得铁碳微电解填料。

上述工艺制备的铁碳微电解填料特点：TFe：42wt%，C：40wt%，粒径2～4cm，比重：0.98t/m³，比表面积：1.2m²/g，空隙率：64%，物理强度：1010Kg/m²。以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD由3710mg/L降至1373mg/L，去除率为37%，可生化性提高了0.12。

上述实施例中的褐煤的含碳量为60wt%～77wt%，分析基水分为10wt%～30wt%，挥发分为15wt%～30wt%，相对密度1.2～1.45g/cm³；冶金含铁粉尘为钢铁企业高炉粉尘、转炉粉尘及轧钢铁鳞的混合物，粒径为90～260目，主要成分的重量百分含量为：TFe 30%～50%，C 10～40%，Zn 1～3%，SiO₂ 1～5%。制备的铁碳微电解填料的特点为：TFe：40～55wt%，C：35～45wt%，粒径2～6cm，比重：0.9～1.1t/m³，比表面积：1.1～1.3m²/g，空隙率：55～65%，物理强度：900～1100Kg/m²；以该填料作为微电解填料对冶金焦化废水进行深度处理，废水的COD去除率为35～40%，可生化性提高0.1～0.2。

Claims

1.一种铁碳微电解填料，其特征在于，所述的填料由下述重量份数的原料制成：褐煤半焦30～45份、焦煤5～10份、冶金含铁粉尘40～50份和适量粘结剂。

2.根据权利要求1所述的铁碳微电解填料，其特征在于，所述冶金含铁粉尘中主要成分的重量百分含量为：TFe 30%～50%，C 10～40%，Zn 1～3%，SiO₂ 1～5%。

3.根据权利要求2所述的铁碳微电解填料，其特征在于：所述的冶金含铁粉尘为高炉粉尘、转炉粉尘和轧钢铁鳞的混合物。

4.根据权利要求1、2或3所述的铁碳微电解填料，其特征在于：所述的粘结剂为煤焦油，用量为10～15份。

5.一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于，采用权利要求4所述铁碳微电解填料，该方法步骤为：先将褐煤半焦、焦煤、冶金含铁粉尘及煤焦油混合，然后成型为球状颗粒，最后微孔活化即可得到所述的填料。

6.根据权利要求5所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于：所述焦煤过200目；所述冶金含铁粉尘的粒径为90～260目。

7.根据权利要求5所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于：所述球状颗粒的粒径为2～6cm。

8.根据权利要求7所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于：所述球状颗粒在150～250KN压力下成型。

9.根据权利要求5－8任意一项所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于，所述微孔活化为：以水蒸气为活化剂，以4～10℃/min的速率升温至950～1050℃后，活化60～90min。

10.根据权利要求5－8任意一项所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于，所述褐煤半焦采用下述方法制备而成：褐煤经破碎机粉碎至粒径小于1.6mm，干燥、酸浸、烘干、干馏即可；所述酸浸介质为35wt%～45wt%的硫酸；所述干馏是在隔绝空气条件下，以4～10℃/min的速率升温至400～1000℃后，干馏30～50min。