申请日2012.10.18
公开(公告)日2013.02.06
IPC分类号B22F1/00; C02F9/06; C22C38/02; B22F9/04
摘要
本发明公开了一种铁基合金复合材料，由重量百分比为90%-65%的铁屑及重量百分比为10%~35%的铁基非晶合金碎屑混合均匀而成，所述铁屑的含碳量为1%~3%，所述铁基非晶合金包括按原子百分比计的下列组分：60%~82%的铁、7%~12%的Si和11%~13%的B。本发明还提供上述铁基合金复合材料的制备方法，包括(1)铁屑的制备;(2)铁基非晶合金的制备：(3)将铁屑合金与非晶态金属合金按照比例混合均匀即得。本发明提供该铁基合金复合材料的处理石油钻井废水的方法，将铁基合金复合材料填充在容器中，将石油钻井废水注入到罐体中，通过鼓风机向罐体内充气进行曝气处理。本发明工艺简单，可循环利用，无污染，处理效果好，操作方便。
权利要求书
1.一种铁基合金复合材料，其特征在于，由重量百分比为90%-65%的铁屑及重量百分 比为10%~35%的铁基非晶合金碎屑混合均匀而成，所述铁屑的含碳量为1%~3%，所述铁 基非晶合金包括按原子百分比计的下列组分：60%~90%的铁、7%~12%的硅和11%~13%的 硼。
2.如权利要求1所述的铁基合金复合材料，其特征在于，所述铁屑中还包括0<重量百 分比≤0.1%的稀土镁。
3.如权利要求1所述的铁基合金复合材料，其特征在于，所述铁屑为直径0.5-1.5cm的 螺旋状金属碎屑。
4.如权利要求1所述的铁基合金复合材料，其特征在于，所述铁基非晶合金碎屑为直径 0.5-1.5cm的非晶金属碎屑。
5.权利要求1所述的铁基合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铁屑的制备：选取铁锭，与碳粉配制为含碳量1%-3%的铁锭，并制成铁屑;
(2)铁基非晶合金的制备：(a)根据所选的合金成分，进行称量配比，在惰性气体的保 护下炼制选定成分的合金;(b)利用快速凝固设备，将炼制的合金在惰性气体的保护下进行 重熔，当成分融化均匀时，利用瞬时压差将金属液喷溅到辊轮上进行快速凝固处理得到非 晶条带;(c)利用粉碎设备将非晶条带粉碎为直径小于1cm的非晶金属碎片;
(3)将铁屑合金与非晶态金属合金按照比例混合均匀即得。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在铁锭的制备中还加入0 <重量百分比≤0.1%的稀土镁。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铁屑为加工成直径为0.5-1.5cm 的螺旋屑状金属碎屑。
8.权利要求1-4任一项所述的铁基合金复合材料的处理石油钻井废水的方法，其特征在 于，包括以下步骤：将铁基合金复合材料填充在容器中，将石油钻井废水注入到罐体中， 通过鼓风机向罐体内充气进行曝气处理。
9.如权利要求8所述的处理石油钻井废水的方法，其特征在于，曝气处理前将石油钻井 废水的pH值调整为3~6。
10.如权利要求8所述的处理石油钻井废水的方法，其特征在于，曝气处理前按照双氧 水比废水体积1:1000~1:200的量加入双氧水。
说明书
铁基合金复合材料、其制备方法和处理石油钻井废水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理石油钻井废水的铁基金属复合材料、其制备方法，及其处理石油 钻井废水的方法，属于水处理及金属材料制备技术领域。
背景技术
随着工业的发展，水的污染程度日趋严重。作为废水的一类，石油钻井废水是废水处 理领域一类较难处理的废水，此类废水污染高，粘度大，成分复杂，是石油钻井行业和环 保行业面临的一个亟待决绝的难题。石油钻井废水处理的成本较高，处理难度大，传统的 方法很难将其处理到回注标准，或处理成本很高。但如果不进行处理直接排放，废水则不 仅会污染油田附近的土壤，而且会加大油田回注水使用量而加大成本。伴随着国家对环保 监控力度的加大和企业对环保意识的提高，对石油钻井废水的处理要求也随之增大。目前 石油钻井废水的方法主要以自然沉降和混凝沉降为主，并伴随着物理法、化学法、生物法 等。铁碳微电解方法是以一种应用较为广泛的方法，传统方法是将铁碳按照一定比例加入 到废水中，利用铁碳之间的电位差，形成微小的原电池，将水中的污染物分解。
但铁碳微电解方法有一定的局限性，比如含铁量较低，反应时水中溶解铁离子含量较 低，处理效果差;易板结，材料需经常更换;填料容易堵塞，不易疏通，材料稳定性不好， 后期维护不方便。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种处理石油钻井废水的铁基金属 电解材料及处理工艺。该材料将铁基金属非晶材料与铁屑进行耦合，利用双方的特点，使 处理效果得到增强，弥补现有的铁碳微电解材料的不足，并有效避免在工程应用中的一系 列难题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种铁基合金复合材料，由重量百分比为90%-65%的铁屑及重量百分比为10%~35%的 铁基非晶合金碎屑混合均匀而成，所述铁屑的含碳量为1%~3%，所述铁基非晶合金包括按 原子百分比计的下列组分：60%~82%的铁、7%~12%的Si和11%~13%的B。
该技术方案中，加入Si、B等元素，使其更易加工为非晶态金属材料。
所述铁屑中还包括0<重量百分比≤0.1%的稀土镁。重量百分比为占其所制成的铁屑的 百分比。所述稀土镁是指含有稀土元素的镁合金，加入的目的是提高后续的催化效果。
所述铁屑为直径0.5-1.5cm的螺旋状金属碎屑。优选为1cm的螺旋状金属碎屑。
所述铁基非晶合金碎屑为直径0.5-1.5cm的非晶金属碎屑，优选1cm的非晶金属碎屑。 所述非晶金属碎屑为厚度为20~100μm的片状碎片。宽度为5~10mm。
该铁基非晶合金碎屑可通过以下方式制备：通过快速凝固设备将铁基合金处理为厚度 为20~100μm，宽度为5~10mm，然后通过粉碎设备处理为直径1cm的非晶金属碎屑。
优选的，所述铁屑与铁基非晶合金碎屑的重量比为4：1，所述铁基非晶合金碎屑中按 原子百分比计铁78%、硅9%、硼13%。或者所述铁屑与铁基非晶合金碎屑的重量比为5： 1，所述铁基非晶合金碎屑中按原子百分比计铁77%、硅11%、硼12%。
本发明还提供上述铁基合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)铁屑的制备：选取铁锭，与碳粉配制为含碳量1%-3%的铁锭，并制成铁屑;
(1)铁基非晶合金的制备：(a)根据所选的合金成分，进行称量配比，在惰性气体的 保护下炼制选定成分的合金;(b)利用快速凝固设备，将炼制的合金在惰性气体 的保护下进行重熔，当成分融化均匀时，利用瞬时压差将金属液喷溅到辊轮上 进行快速凝固处理得到非晶条带;(c)利用粉碎设备将非晶条带粉碎为直径小于 1cm的非晶金属碎片;
(3)将铁屑合金与非晶态金属合金按照比例混合均匀即得。
步骤(1)中在铁锭的制备中还加入0<重量百分比≤0.1%的稀土镁。将铁锭、碳粉和 稀土镁它们高温熔化，混合均匀，并浇铸为铁锭。
铁屑为加工成直径为0.5-1.5cm的螺旋屑状金属碎屑。优选为1cm。
本发明提供该铁基合金复合材料的处理石油钻井废水的方法，包括以下步骤：将铁基 合金复合材料填充在容器中，将石油钻井废水注入到罐体中，通过鼓风机向罐体内充气进 行曝气处理。
该方法中，为了提高处理效果和速度，可以将pH值调整为3~6再进行曝气处理。也可 以按照双氧水比废水体积1:1000~1:200的量加入双氧水以提高处理效果。
本发明的工作原理是：铁基非晶合金由于其原子排列处于高度的配位不饱和状态，使 其有更多的催化活性中心，而且铁基非晶合金的其活性高于普通的铁基晶体材料，这使其 催化能力大大加强。铁基非晶合金与铁屑合金有效耦合，使材料本身具有很强的催化能力， 处理过程中产生更多浓度更高的活性基团，同时电解材料中的铁含量较高，两者相互作用 大大提高了降解效果。
在本发明的描述中，铁基金属电解材料、铁基金属复合材料均代表本发明所制备的铁 基合金复合材料。
本发明的有益效果是，本发明克服了传统高效处理方法工艺复杂，运行成本高，普通 电解材料易板结、效果差等缺点，是一种具有制备工艺简单、无污染、不易堵塞、运行成 本低、活性高、处理效果好，维护简单的石油废水电解材料及处理工艺。本发明可用于石 油废水处理领域及其他难降解废水的处理。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解 释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一.铁基非晶材料的制备
(1)首先按铁78%、硅9%、硼13%的原子百分比称取原料;
(2)取一支一端密封的玻璃管，其底部和侧面分别开有一个通气孔;把称量好的原 料均匀的放入玻璃管底部，然后用带有保护气体管路的橡皮塞把玻璃管管口塞紧，以进行 气体保护熔炼并且防止气体从上端逸出;把玻璃管放在熔炼炉的玻璃管架上，使玻璃管中 的原料正好处于熔炼炉的感应圈处，并且把橡皮塞的保护气体管路连接在氩气源上;
(3)打开保护气体，并调节气流至0.1~0.15MPa，使玻璃管内部处于氩气保护氛围中， 玻璃管底部和侧面孔处有轻微气流流出;
(4)打开熔炼炉的加热开关，在1000~1200℃使其充分均匀的反应3~5分钟，然后停 止加热，使其在气体保护状态下自然降温，得到合金锭;打磨合金锭表面后，将其切割成 甩带用的样品;
(5)进行甩带：采用高频重熔甩带样品，熔体的喷射压力为0.1~0.2MPa，熔体的喷 射温度为950~1100℃;甩带在氩气保护下进行;
(6)进行材料处理，通过粉碎机将铁基非晶材料粉碎为直径1cm的片状碎片。
二.铁基金属合金材料的制备
首先选取铁锭，与适量的碳粉和0.05%(占所制备的铁锭的重量百分比)稀土镁配制 为含碳量为2%的铁锭，通过车床将其车成直径1cm左右的螺旋屑状物。
三.复合材料的装填
将铁屑合金与非晶态金属合金按照4:1(重量比)的比例进行混合，注意在混合过程 中，铁屑与非晶金属合金进行混合装填，使各层金属材料均匀分布在容器里。
四.处理工艺
将铁屑与非晶材料按照上述指定方法进行装填，随后将废水注入反应器中，调节pH 值为3~5，通过鼓风机进行曝气处理2~3小时。
五.处理效果
通过工程中试验，按照上述方法处理石油钻井废水，处理前测试石油钻井废水的COD 为43500mg/l。测试时将该石油钻井废水稀释50倍之后按标准《水质化学需氧量的测定快 速消解分光光度法HJ/T 399-2007》(2007-12-07发布)记载的方法进行处理。经测试，其处 理效果可去除COD达37%，而加入总量相等的铁屑在相同条件下处理同样成分的废水，去 除效果为26%。
实施例2：
一.铁基非晶材料的制备
(1)首先按铁77%、硅11%、硼12%的原子百分比称取原料;
(2)取一支一端密封的玻璃管，其底部和侧面分别开有一个通气孔;把称量好的原料 均匀的放入玻璃管底部，然后用带有保护气体管路的橡皮塞把玻璃管管口塞紧，以进行气 体保护熔炼并且防止气体从上端逸出;把玻璃管放在熔炼炉的玻璃管架上，使玻璃管中的 原料正好处于熔炼炉的感应圈处，并且把橡皮塞的保护气体管路连接在氩气源上;
(3)打开保护气体，并调节气流至0.1~0.15MPa，使玻璃管内部处于氩气保护氛围中， 玻璃管底部和侧面孔处有轻微气流流出;
(4)打开熔炼炉的加热开关，在1000~1200℃使其充分均匀的反应3~5分钟，然后停 止加热，使其在气体保护状态下自然降温，得到合金锭;打磨合金锭表面后，将其切割成 甩带用的样品;
(5)进行甩带：采用高频重熔甩带样品，熔体的喷射压力为0.1~0.2MPa，熔体的喷射 温度为950~1100℃;甩带在氩气保护下进行;
(6)进行材料处理，通过粉碎机将铁基非晶材料粉碎为直径1cm的片状碎片。
二.铁基金属合金材料的制备
首先选取铁锭，与适量的碳粉和0.08%(占所制备的铁锭的重量百分比)稀土镁配制为 含碳量3%的铁锭，通过车床将其车成直径1cm左右的螺旋屑状物。
三.复合材料的装填
将铁屑合金与非晶态金属合金按照5:1(重量比)的比例进行混合，注意在混合过程中， 铁屑与非晶金属合金进行混合装填，使各层金属材料均匀分布在容器里。
四.处理工艺
将铁屑与非晶材料按照上述指定方法进行装填，随后将废水注入反应器中，调节pH值 为3~5，并按照废水与双氧水1000:1的量加入双氧水，通过鼓风机进行曝气处理2~3小时。
五.处理效果
通过工程中试验，按照上述方法处理实施例1中的石油钻井废水，采用实施例1中测 试方法，其处理效果可去除COD达48%，而加入总量相等的铁屑在相同条件下处理同样成 分的废水，去除效果为32%。
法律状态详细>>
20130206公开20130320实质审查的生效20140723授权20171208专利权的终止引证详细>>
CN102070236A
CN102070236A
CN102383069A
CN102383069A
CN1994917A
同族详细>>
CN102909363B