申请日2007.08.29
公开(公告)日2008.02.13
IPC分类号C02F1/28; C22B1/14; C21B13/00; C02F1/70
摘要
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。
权利要求书
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。
说明书
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。