專利名稱：一種微電解環(huán)保填料及其生產(chǎn)原料和制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新的污水處理微電解工藝使用的鐵碳復合填料及其生產(chǎn)原料和 制備方法，具體涉及一種同時含有鐵、銅、碳元素的微電解環(huán)保填料及其生產(chǎn)原料和制備方法。
背景技術：
污水處理中的微電解工藝中，常采用鐵屑(或還原鐵粒)作為填料，利用鐵在水中 發(fā)生氧化還原(電化學腐蝕)作用，去除污水中的污染物，凈化水質?；驹硎氰F粒在污 水中形成無數(shù)個微小原電池，其中鐵為陽極失去電子，為了提高放電效率，外加活性炭為陰 極。鐵碳電腐蝕的電極過程如下陽極反應Fe-2e — Fe2+E0 (Fe2+/Fe) = _0· 44V進一步氧化Fe2+_e — Fe3+陰極反應H++e — H進一步反應H+H — H2 E0 (Η+/Η2) = 0. OOV當水中存在污染物雜質時，鐵釋放的電子被污染物捕獲，例如有機大分子化合物 捕獲電子后，形成自由基而斷鏈或開環(huán)。陰極反應產(chǎn)生的新生態(tài)氫，具有很強的反應活性， 可以與有機大分子發(fā)生加成反應，使不飽和共軛鍵破壞，從而將有色有機物降解并脫色。實 現(xiàn)降解有機物、去除C0D，提高污水B/C值即廢水的可生化性的作用，同時有機物雙鍵或其 他共軛鍵斷開后，發(fā)色基團減少，從而降低了廢水色度。一些無機物也參與反應生成沉淀得以去除，如S2_+Fe2+ —FeS丨；另一方面，陽極 反應生成的Fe3+經(jīng)石灰中和生成新生態(tài)的Fe (OH) 3絮體，具有極強的吸附能力，將廢水中污 染物吸附分離，使水得以澄清，經(jīng)沉淀分離后使污水得以凈化。微電解處理具有確切的凈化效率，但目前微電解填料存在的主要問題是鐵屑(或 還原鐵粒)填料價格高，在污水處理中難以推廣使用；同時鐵屑(或還原鐵粒)填料在使用 過程中極易發(fā)生鈍化(鐵粒表面生成連續(xù)致密的氧化膜)、板結和堵塞等現(xiàn)象，使微電解效 果降低，甚至無法繼續(xù)運行。主要原因是鐵屑(或還原鐵粒)填料純度高，一般鐵含量均高 于98%以上，鐵粒中碳(陰電極)等含量少，鐵粒在腐蝕過程中，其表面易產(chǎn)生致密的氧化 膜，阻止電解過程的繼續(xù)高效進行，產(chǎn)生鈍化使微電解效率降低。為提高電化學反應活性， 采用外加活性炭(或焦碳)顆粒增加陰極時，由于活性炭(或焦碳)等外加填料密度比鐵粒 低，在實際使用過程中無法裝填均勻，仍會產(chǎn)生局部鈍化與板結，由于反沖洗會加劇鐵-碳 的不均勻性，加速鈍化、板結和堵塞的發(fā)生，最終使系統(tǒng)無法連續(xù)運行。為使鐵填料持續(xù)放電，保持填料持續(xù)高活性，防止鐵在使用過程中發(fā)生板結堵塞， 中國專利申請?zhí)枮?3100832公開了一種通過在鐵粒中外加一種疏松劑的辦法，但由于疏 松劑比重比較輕，使用中容易浮出水面流失，堵塞出水管道，操作起來非常復雜，抗板結效
3果不穩(wěn)定。中國專利申請?zhí)枮?5110508、98242534、02220441. 5等專利從鐵填料形狀、大 小等方面進行改進，以提高填料的比表面積，提高鐵表面反應范圍，從而提高處理效率，但 是由于不能從根本上解決陽極鈍化、陰極放電點迅速減少的問題，再大的表面積也會由于 反應的進行而逐漸被氧化膜覆蓋，鈍化、板結和堵塞遲早會發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種同時含有鐵、銅、碳元素、具有高效凈化功能的、不 會產(chǎn)生鈍化、板結和堵塞的微電解環(huán)保填料。本發(fā)明的微電解環(huán)保填料，是一種含鐵、銅并夾雜碳的復合固體顆粒材料，其按總 質量分數(shù)100%計，含有還原態(tài)鐵55 88. 5%、總銅1 10%、碳0. 5 5%、其余為雜質。所述的總銅優(yōu)選以單質銅或者氧化銅形式存在，總銅指的是銅元素的含量。本發(fā)明的第二個目的是提供一種生產(chǎn)上述微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)原料，其特征在 于，包括銅礦渣和碳，其按質量配比為(60 85) (14 35)。所述的生產(chǎn)原料優(yōu)選包括銅礦渣、碳和添加劑，其按質量配比為(60 85) (14 35) (1 5)組成。所述的添加劑優(yōu)選為四硼酸鈉，該添加劑能提高反應活性，降低還原反應勢能，加 快反應速度。所述的碳優(yōu)選為煤粉或焦粉，煤粉或焦粉作為還原劑可大幅度的降低成本。本發(fā)明的第三個目的是提供一種生產(chǎn)上述微電解環(huán)保填料的制備方法，其特征在 于，將上述生產(chǎn)原料粉碎研磨、過篩、烘干、配料、成型、還原焙燒、粉碎過篩處理后得到產(chǎn)品 微電解環(huán)保填料。制得的產(chǎn)品，即為微電解環(huán)保填料，其總按質量分數(shù)100%計，含有還原態(tài) 鐵55 88. 5%、總銅1 10%、碳0. 5 5%，其余為雜質。折算，該微電解環(huán)保填料中的 鐵總銅碳摩爾比約為1 0. 01 0. 16 0. 026 0. 42。銅礦渣是銅礦選料后剩余的廢渣，來源豐富，價格低廉。本發(fā)明利用銅礦渣作為還 原態(tài)鐵和總銅的生產(chǎn)原料，這是由于銅礦渣含有高含量的氧化鐵和銅，氧化鐵的含量約為 55 85wt%。采用銅礦渣作為生產(chǎn)原料生產(chǎn)的微電解環(huán)保填料，既可以滿足本發(fā)明的微電 解還原態(tài)鐵和總銅的含量需要而制備出本發(fā)明的微電解環(huán)保填料，并且其生產(chǎn)成本低，便 于推廣利用。本發(fā)明的微電解環(huán)保填料顆粒內(nèi)同時存在鐵、銅和碳，即在同一顆粒中同時存在 鐵、銅和碳，鐵作為陽極釋放電子，而銅和碳作為陰極放電點，其陰極總放電面積超過填料 總表面積的20% 40%，提高了填料在污水中的電化學活性，由于鐵與銅、碳存在于同一 顆粒中，避免了填料顆粒表面連續(xù)形成氧化膜，徹底解決了填料鈍化的問題。且由于微電解 系統(tǒng)內(nèi)只有一種填料，可以用反復沖洗的方法定期松床清洗，徹底解決系統(tǒng)板結和堵塞等 問題。本發(fā)明的填料對難以凈化處理的高濃度酸性廢水具有很高的去除率，當廢水為中 性或者偏堿性時，加酸調(diào)至弱酸性，在酸性條件下，氧化銅先轉換為銅離子，然后迅速的被 置換成單質銅，在污水處理過程中，最終發(fā)揮作用的是單質銅，當鐵反應完成后，銅不會與 污水發(fā)生反應，此時可以回收剩余的單質銅。


圖1是本發(fā)明的微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施例方式以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。實施例1如圖1的流程所示，取內(nèi)蒙某銅礦渣，其中氧化鐵含量64. 3wt %，銅含量1. Swt %， 烘干后粉碎研磨，過100目篩。取煙煤研磨后過100目篩。將四硼酸鈉粉碎研磨后過100 目篩備用。將過篩后的銅礦渣、煤粉及四硼酸鈉烘干后，按質量比85 14 1充分混合得到 配碳銅礦渣粉。噴加少量水，讓混合粉有一定粘性后，成型得到配碳銅礦渣球。將配碳銅 礦渣球裝入還原爐窯，升溫6小時至1150°C保溫9小時降溫6小時冷卻后出窯，經(jīng)破碎后 過篩，得產(chǎn)品一微電解環(huán)保填料，其鐵含量88. 5wt%,銅含量3. Iwt %,碳含量2. 5wt%。使 用本實施例的微電解環(huán)保填料處理污水，處理效果非常好，且無鈍化、板結和堵塞現(xiàn)象的發(fā) 生，進一步還可以通過反沖洗的方法定期松床清洗，徹底的解決了系統(tǒng)板結和堵塞等問題。實施例2如圖1的流程所示，取印度某銅礦渣，其中氧化鐵含量71. 4wt%，銅含量1. 2wt%， 烘干后粉碎研磨，過100目篩。取焦粉研磨后過100目篩。將四硼酸鈉粉碎研磨后過100 目篩備用。將過篩后的銅礦渣、煤粉及四硼酸鈉烘干后，按質量比60 35 5充分混合得到 配碳銅礦渣粉。噴加少量水，讓混合粉有一定粘性后，成型得到配碳銅礦渣球。將配碳銅礦 渣球裝入還原爐窯，升溫6小時至1150°C保溫9小時降溫6小時冷卻后出窯，經(jīng)破碎后過 篩，得產(chǎn)品一微電解環(huán)保填料，其鐵含量62wt%，銅含量1. 5wt%，碳含量5wt%。使用本實 施例的微電解環(huán)保填料處理污水，處理效果非常好，且無鈍化、板結和堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，進 一步還可以通過反沖洗的方法定期松床清洗，徹底的解決了系統(tǒng)板結和堵塞等問題。實施例3如圖1的流程所示，取四川某銅礦尾礦渣，其中氧化鐵含量58. 7wt%，銅含量 7. 4wt%，烘干后粉碎研磨，過100目篩。取煙煤研磨后過100目篩。將四硼酸鈉粉碎研磨 后過100目篩備用。將過篩后的銅礦渣、煤粉及四硼酸鈉烘干后，按質量比80 19 1充分混合得到 配碳銅礦渣粉。噴加少量水，讓混合粉有一定粘性后，成型得到配碳銅礦渣球。將配碳銅礦 渣球裝入還原爐窯，升溫6小時至1150°C保溫9小時降溫6小時冷卻后出窯，經(jīng)破碎后過 篩，得產(chǎn)品一微電解環(huán)保填料，其鐵含量55wt%，銅含量10wt%，碳含量0. 5wt%。使用本實 施例的微電解環(huán)保填料處理污水，處理效果非常好，且無鈍化、板結和堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，進 一步還可以通過反沖洗的方法定期松床清洗，徹底的解決了系統(tǒng)板結和堵塞等問題。
權利要求
一種微電解環(huán)保填料，其特征在于，該填料是一種含鐵、銅并夾雜碳的復合固體顆粒材料，其按總質量分數(shù)100％計，含有還原態(tài)鐵55～88.5％、總銅1～10％、碳0.5～5％、其余為雜質。
2.根據(jù)權利要求1所述的微電解環(huán)保填料，其特征在于，所述的銅以單質銅或者氧化 銅形式存在。
3.一種制備權利要求1所述的微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)原料，其特征在于，該生產(chǎn)原料 包括銅礦渣和碳，其質量配比為(60 85) (14 35)。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)原料，其特征在于，所述的碳為 煤粉或者焦粉。
5.根據(jù)權利要求3所述的制備微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)原料，其特征在于，還含有添加 劑，該生產(chǎn)原料包括銅礦渣、碳和添加劑，其質量配比為(60 85) (14 35) (1 5)。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備微電解環(huán)保填料的生產(chǎn)原料，其特征在于，所述的添加 劑為四硼酸鈉。
7.一種制備權利要求1所述的微電解環(huán)保填料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟將權利要求3或5所述的生產(chǎn)原料粉碎研磨、過篩、烘干、配料、成型、還原焙燒、粉碎過 篩處理后得到產(chǎn)品微電解環(huán)保填料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種同時含有鐵、銅、碳元素、具有高效凈化功能的、不會產(chǎn)生鈍化板結和堵塞的微電解環(huán)保填料及其生產(chǎn)原料和制備方法。它是一種含鐵、銅并夾雜碳的復合固體顆粒材料，按總質量分數(shù)100％計，含有還原態(tài)鐵55～88.5％、總銅1～10％、碳0.5～5％、其余為雜質。其生產(chǎn)原料包括銅礦渣和碳，其質量配比為(60～85)∶(14～35)。該填料顆粒內(nèi)同時存在鐵、銅和碳，鐵作為陽極釋放電子，而銅和碳作為陰極放電點，陰極總放電面積超過填料總表面積的20％～40％，提高了填料在污水中的電化學活性，避免了填料顆粒表面連續(xù)形成氧化膜，徹底解決了填料鈍化問題。且微電解系統(tǒng)內(nèi)只有一種填料，可通過反復沖洗定期松床，徹底解決系統(tǒng)板結和堵塞問題。
文檔編號C02F1/461GK101898818SQ201010245779
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者喻宇琳, 喻小琦 申請人:喻宇琳;喻小琦