CN106277224A - 用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法 - Google Patents

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余文
唐琼瑶
陈江安
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Abstract

本发明提供一种用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，属于资源利用技术领域。所述制备方法将高铁赤泥、碳质还原剂、粘结剂与水混匀后制备成含碳球团，含碳球团干燥后在1100～1300℃隔绝氧气进行还原焙烧，获得规整化铁碳微电解填料。本工艺实现了对环境污染物高铁赤泥的高效利用，具有原料来源广泛、流程短、成本低、产品附加值高的优点。将本发明提供的规整化铁碳微电解填料其应用于工业废水处理，可有效降低废水的COD和色度，运行使用效果稳定。

Description

用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法
技术领域
本发明涉及资源利用技术领域，特别是指一种用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法。
背景技术
赤泥是拜耳法生产氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生0.8～1.5吨赤泥。中国作为世界第一大氧化铝生产国，2015年氧化铝产量5898万吨，产生的赤泥高达数千万吨，我国目前堆存了数以吨的赤泥。赤泥因其pH值很高，属于有害废渣(强碱性土)。过去一般只能堆存，既占用了大量土地，又对土壤、水源、大气等造成污染。此外，赤泥中的铁含量往往较高，部分赤泥铁含量可达40％以上，有望成为提铁原料。因此，赤泥的处理处置及资源化利用也成为了世界性环保难题。
微电解技术是一种应用电化学原理处理废水的工艺，也称内电解法，利用阳极(铁)与阴极(碳)之间1.2V的电位差对污染物进行处理，特别针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化废水的处理，可大幅削减废水色度和COD，提高其可生化性；此外，微电解技术还可吸附、还原各种重金属离子，因此，微电解技术广泛应用于印染、造纸、化工、电镀、印刷线路板、制药等各类工业废水的处理。
传统铁碳微电解填料是将铁屑和活性碳按比例物理混合，构成铁碳固定床，但因铁粒(阳极)与碳粒(阴极)物理分离，微电解产生的电流密度小，废水处理效果差；铁粒表面易生锈钝化，造成填料层板结，形成沟流，需频繁反冲洗填料层或更换填料，增加了微电解工艺的复杂性。因此，抗板结微电解填料的研制，显得十分必要。近年来，国内铁碳微电解填料的生产与市场销售发展快速，产品主要由金属铁粉、活性碳、有色金属催化剂以及粘结剂组成，经混合、成型和烧结制成，填料已实现规整化，克服了填料板结问题。但是，仍存在如下问题：填料原料成本高，产品售价高、水处理成本上升；填料强度低，填料结构松散，废水处理时损耗快；常规铁碳填料生产采用市售金属铁粉，市售金属铁粉因表面氧化而被钝化，直接应用于填料中，活性低，电流密度小，通过酸浸可以提高金属铁粉的活性，但也增加了生产成本和环保风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法。
该方法具体包括如下步骤：
(1)制备赤泥含碳球团：将高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂和粘结剂按一定比例混合后加水造球或压球，制备成含碳球团。
(2)还原焙烧：将步骤(1)所得含碳球团干燥后，在焙烧温度1100～1300℃隔绝氧气条件下进行还原焙烧生成含金属铁粒(阳极)与碳粒(阴极)的焙烧后产品，焙烧后产品在隔绝氧气条件下冷却，得到规整化铁碳微电解填料。焙烧过程中，铁矿物被还原为金属铁作为阳极，残碳作为阴极。添加剂可促进铁矿物还原和提高焙烧后铁碳微电解材料的强度。
其中，步骤(1)中所用高铁赤泥的铁含量大于30％，铁含量较低的赤泥通过选矿手段提高铁含量至30％以上后也可用于生产规整化铁碳微电解填料。
步骤(1)中的碳质还原剂为无烟煤、烟煤、活性炭、焦炭、半焦、石油焦中的一种或多种组合；
步骤(1)中的添加剂为石灰石、石灰、消石灰、碳酸钠、硫酸钠、萤石、硼砂中的一种或多种组合；
步骤(1)中的粘结剂为膨润土、水玻璃、废糖浆、淀粉中的一种或多种；
步骤(1)中高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂和粘结剂的质量比为100:(30～60):(0～20):(0.5～10)。
步骤(2)中焙烧后产品在隔绝氧气条件下冷却。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，直接由高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料，具有原料来源广泛、流程短和环境友好的特点，所得铁碳微电解材料应用于处理工业废水，可有效降低废水的COD和色度，运行使用效果稳定。
附图说明
图1为本发明的高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，工艺流程如图1所示，包括配料、造球、烘干、还原焙烧、冷却等步骤，下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
某高铁赤泥的多元素分析见表1，所用碳质还原剂为无烟煤，煤质分析如表2所示。所用粘结剂为市售膨润土，添加剂为石灰石。
表1高铁赤泥的多元素分析
成分 TFe Al2O3 SiO2 MgO CaO
含量(％) 40.23 17.50 9.64 0.32 0.43
成分 K2O Na2O TiO2 P S
含量(％) 0.65 0.54 2.45 0.073 0.21
表2煤的工业分析结果
成分 水分 灰分 固定碳 挥发分 全硫
含量(％) 2.28 8.35 83.23 6.14 0.50
高铁赤泥：无烟煤：膨润土：石灰石按质量比100：40：5：10称取混合，然后加12％的水混匀。将混合物料在对辊压球机上制备成含碳球团，将含碳球团在105℃烘干。将含碳球团放入气氛炉中，充氮气保护升温至1180℃，然后保温3h，焙烧结束后随炉在氮气保护下冷却，得到规整化铁碳微电解填料。
应用本实施例制备的规整化铁碳微电解填料处理某丝绸染印废水(色度约800倍，COD约为1400mg/L，pH：5.3～5.5)，将pH调至3左右，在水力停留时间为8h的条件下，废水色度去除率为85％，COD去除效率47％；反应器连续运行1个月，未发现明显的板结现象，运行较为稳定。
实施例2
某高铁赤泥的多元素分析见表3，所用碳质还原剂为无烟煤，煤质分析如表2所示。
表3高铁赤泥的多元素分析
成分 TFe Al2O3 SiO2 MgO CaO
含量(％) 35.23 12.12 15.64 0.32 12.43
成分 K2O Na2O TiO2 P S
含量(％) 0.65 1.78 3.15 0.051 0.11
高铁赤泥：碳质还原剂：粘结剂：添加剂按质量比100：40：5：8称取混合，然后加12％的水混匀。碳质还原剂的组成为无烟煤：烟煤：焦炭：活性炭：半焦：石油焦的质量比为35：15：20：10：10：10，无烟煤、烟煤、焦炭、活性炭、半焦、石油焦均为工业产品；粘结剂组成为水玻璃：膨润土：淀粉：废糖浆质量比为25：30：10：35，水玻璃、膨润土、淀粉、废糖浆均为工业产品；添加剂组成为石灰石：石灰：消石灰：碳酸钠：硫酸钠：萤石：硼砂质量比为25:15:10:15:10:15:10，石灰石、石灰、消石灰、萤石、碳酸钠、硫酸钠、硼砂均为工业产品。将混合物料在对辊压球机上制备成含碳球团，将含碳球团在105℃烘干。将含碳球团放入气氛炉中，充氮气保护升温至1280℃，然后保温2h，焙烧结束后随炉在氮气保护下冷却，得到规整化铁碳微电解填料。
应用本实施例制备的规整化铁碳微电解填料处理某工业焦化废水，其COD为14000mg/L，色度约为11500倍。将废水pH调至3左右，在水力停留时间为6h的条件下，COD去除率为51％，色度去除率为80％。连续运行6周，运行处理效果稳定，未发现明显板结现象。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备赤泥含碳球团：将高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂和粘结剂按一定比例混合后加水造球或压球，制备成含碳球团；
(2)还原焙烧：将步骤(1)所得含碳球团干燥后，在焙烧温度1100～1300℃下还原焙烧生成含金属铁粒与碳粒的焙烧后产品，焙烧后产品在隔绝氧气条件下冷却，得到规整化铁碳微电解填料。
2.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：所用高铁赤泥的铁含量大于30％。
3.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：所用碳质还原剂为无烟煤、烟煤、活性炭、焦炭、半焦、石油焦中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：所用的添加剂为石灰石、石灰、消石灰、碳酸钠、硫酸钠、萤石、硼砂中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：所用的粘结剂为膨润土、水玻璃、废糖浆、淀粉中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：所用高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂和粘结剂的质量比为100:(30～60):(0～20):(0.5～10)。
7.根据权利要求1所述的用高铁赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，其特征在于：还原焙烧在隔绝氧气条件下进行，焙烧后产品在隔绝氧气条件下冷却。
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