专利名称：一种微电解环保填料及其生产原料和制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新的污水处理微电解工艺使用的铁碳复合填料及其生产原料和 制备方法，具体涉及一种同时含有铁、铜、碳元素的微电解环保填料及其生产原料和制备方法。
背景技术：
污水处理中的微电解工艺中，常采用铁屑(或还原铁粒)作为填料，利用铁在水中 发生氧化还原(电化学腐蚀)作用，去除污水中的污染物，净化水质。基本原理是铁粒在污 水中形成无数个微小原电池，其中铁为阳极失去电子，为了提高放电效率，外加活性炭为阴 极。铁碳电腐蚀的电极过程如下阳极反应Fe-2e — Fe2+E0 (Fe2+/Fe) = _0· 44V进一步氧化Fe2+_e — Fe3+阴极反应H++e — H进一步反应H+H — H2 E0 (Η+/Η2) = 0. OOV当水中存在污染物杂质时，铁释放的电子被污染物捕获，例如有机大分子化合物 捕获电子后，形成自由基而断链或开环。阴极反应产生的新生态氢，具有很强的反应活性， 可以与有机大分子发生加成反应，使不饱和共轭键破坏，从而将有色有机物降解并脱色。实 现降解有机物、去除C0D，提高污水B/C值即废水的可生化性的作用，同时有机物双键或其 他共轭键断开后，发色基团减少，从而降低了废水色度。一些无机物也参与反应生成沉淀得以去除，如S2_+Fe2+ —FeS丨；另一方面，阳极 反应生成的Fe3+经石灰中和生成新生态的Fe (OH) 3絮体，具有极强的吸附能力，将废水中污 染物吸附分离，使水得以澄清，经沉淀分离后使污水得以净化。微电解处理具有确切的净化效率，但目前微电解填料存在的主要问题是铁屑(或 还原铁粒)填料价格高，在污水处理中难以推广使用；同时铁屑(或还原铁粒)填料在使用 过程中极易发生钝化(铁粒表面生成连续致密的氧化膜)、板结和堵塞等现象，使微电解效 果降低，甚至无法继续运行。主要原因是铁屑(或还原铁粒)填料纯度高，一般铁含量均高 于98%以上，铁粒中碳(阴电极)等含量少，铁粒在腐蚀过程中，其表面易产生致密的氧化 膜，阻止电解过程的继续高效进行，产生钝化使微电解效率降低。为提高电化学反应活性， 采用外加活性炭(或焦碳)颗粒增加阴极时，由于活性炭(或焦碳)等外加填料密度比铁粒 低，在实际使用过程中无法装填均勻，仍会产生局部钝化与板结，由于反冲洗会加剧铁-碳 的不均勻性，加速钝化、板结和堵塞的发生，最终使系统无法连续运行。为使铁填料持续放电，保持填料持续高活性，防止铁在使用过程中发生板结堵塞， 中国专利申请号为93100832公开了一种通过在铁粒中外加一种疏松剂的办法，但由于疏 松剂比重比较轻，使用中容易浮出水面流失，堵塞出水管道，操作起来非常复杂，抗板结效
3果不稳定。中国专利申请号为95110508、98242534、02220441. 5等专利从铁填料形状、大 小等方面进行改进，以提高填料的比表面积，提高铁表面反应范围，从而提高处理效率，但 是由于不能从根本上解决阳极钝化、阴极放电点迅速减少的问题，再大的表面积也会由于 反应的进行而逐渐被氧化膜覆盖，钝化、板结和堵塞迟早会发生。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种同时含有铁、铜、碳元素、具有高效净化功能的、不 会产生钝化、板结和堵塞的微电解环保填料。本发明的微电解环保填料，是一种含铁、铜并夹杂碳的复合固体颗粒材料，其按总 质量分数100%计，含有还原态铁55 88. 5%、总铜1 10%、碳0. 5 5%、其余为杂质。所述的总铜优选以单质铜或者氧化铜形式存在，总铜指的是铜元素的含量。本发明的第二个目的是提供一种生产上述微电解环保填料的生产原料，其特征在 于，包括铜矿渣和碳，其按质量配比为(60 85) (14 35)。所述的生产原料优选包括铜矿渣、碳和添加剂，其按质量配比为(60 85) (14 35) (1 5)组成。所述的添加剂优选为四硼酸钠，该添加剂能提高反应活性，降低还原反应势能，加 快反应速度。所述的碳优选为煤粉或焦粉，煤粉或焦粉作为还原剂可大幅度的降低成本。本发明的第三个目的是提供一种生产上述微电解环保填料的制备方法，其特征在 于，将上述生产原料粉碎研磨、过筛、烘干、配料、成型、还原焙烧、粉碎过筛处理后得到产品 微电解环保填料。制得的产品，即为微电解环保填料，其总按质量分数100%计，含有还原态 铁55 88. 5%、总铜1 10%、碳0. 5 5%，其余为杂质。折算，该微电解环保填料中的 铁总铜碳摩尔比约为1 0. 01 0. 16 0. 026 0. 42。铜矿渣是铜矿选料后剩余的废渣，来源丰富，价格低廉。本发明利用铜矿渣作为还 原态铁和总铜的生产原料，这是由于铜矿渣含有高含量的氧化铁和铜，氧化铁的含量约为 55 85wt%。采用铜矿渣作为生产原料生产的微电解环保填料，既可以满足本发明的微电 解还原态铁和总铜的含量需要而制备出本发明的微电解环保填料，并且其生产成本低，便 于推广利用。本发明的微电解环保填料颗粒内同时存在铁、铜和碳，即在同一颗粒中同时存在 铁、铜和碳，铁作为阳极释放电子，而铜和碳作为阴极放电点，其阴极总放电面积超过填料 总表面积的20% 40%，提高了填料在污水中的电化学活性，由于铁与铜、碳存在于同一 颗粒中，避免了填料颗粒表面连续形成氧化膜，彻底解决了填料钝化的问题。且由于微电解 系统内只有一种填料，可以用反复冲洗的方法定期松床清洗，彻底解决系统板结和堵塞等 问题。本发明的填料对难以净化处理的高浓度酸性废水具有很高的去除率，当废水为中 性或者偏碱性时，加酸调至弱酸性，在酸性条件下，氧化铜先转换为铜离子，然后迅速的被 置换成单质铜，在污水处理过程中，最终发挥作用的是单质铜，当铁反应完成后，铜不会与 污水发生反应，此时可以回收剩余的单质铜。
图1是本发明的微电解环保填料的生产工艺流程图。
具体实施例方式以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。实施例1如图1的流程所示，取内蒙某铜矿渣，其中氧化铁含量64. 3wt %，铜含量1. Swt %， 烘干后粉碎研磨，过100目筛。取烟煤研磨后过100目筛。将四硼酸钠粉碎研磨后过100 目筛备用。将过筛后的铜矿渣、煤粉及四硼酸钠烘干后，按质量比85 14 1充分混合得到 配碳铜矿渣粉。喷加少量水，让混合粉有一定粘性后，成型得到配碳铜矿渣球。将配碳铜 矿渣球装入还原炉窑，升温6小时至1150°C保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后 过筛，得产品一微电解环保填料，其铁含量88. 5wt%,铜含量3. Iwt %,碳含量2. 5wt%。使 用本实施例的微电解环保填料处理污水，处理效果非常好，且无钝化、板结和堵塞现象的发 生，进一步还可以通过反冲洗的方法定期松床清洗，彻底的解决了系统板结和堵塞等问题。实施例2如图1的流程所示，取印度某铜矿渣，其中氧化铁含量71. 4wt%，铜含量1. 2wt%， 烘干后粉碎研磨，过100目筛。取焦粉研磨后过100目筛。将四硼酸钠粉碎研磨后过100 目筛备用。将过筛后的铜矿渣、煤粉及四硼酸钠烘干后，按质量比60 35 5充分混合得到 配碳铜矿渣粉。喷加少量水，让混合粉有一定粘性后，成型得到配碳铜矿渣球。将配碳铜矿 渣球装入还原炉窑，升温6小时至1150°C保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后过 筛，得产品一微电解环保填料，其铁含量62wt%，铜含量1. 5wt%，碳含量5wt%。使用本实 施例的微电解环保填料处理污水，处理效果非常好，且无钝化、板结和堵塞现象的发生，进 一步还可以通过反冲洗的方法定期松床清洗，彻底的解决了系统板结和堵塞等问题。实施例3如图1的流程所示，取四川某铜矿尾矿渣，其中氧化铁含量58. 7wt%，铜含量 7. 4wt%，烘干后粉碎研磨，过100目筛。取烟煤研磨后过100目筛。将四硼酸钠粉碎研磨 后过100目筛备用。将过筛后的铜矿渣、煤粉及四硼酸钠烘干后，按质量比80 19 1充分混合得到 配碳铜矿渣粉。喷加少量水，让混合粉有一定粘性后，成型得到配碳铜矿渣球。将配碳铜矿 渣球装入还原炉窑，升温6小时至1150°C保温9小时降温6小时冷却后出窑，经破碎后过 筛，得产品一微电解环保填料，其铁含量55wt%，铜含量10wt%，碳含量0. 5wt%。使用本实 施例的微电解环保填料处理污水，处理效果非常好，且无钝化、板结和堵塞现象的发生，进 一步还可以通过反冲洗的方法定期松床清洗，彻底的解决了系统板结和堵塞等问题。
权利要求
一种微电解环保填料，其特征在于，该填料是一种含铁、铜并夹杂碳的复合固体颗粒材料，其按总质量分数100％计，含有还原态铁55～88.5％、总铜1～10％、碳0.5～5％、其余为杂质。
2.根据权利要求1所述的微电解环保填料，其特征在于，所述的铜以单质铜或者氧化 铜形式存在。
3.一种制备权利要求1所述的微电解环保填料的生产原料，其特征在于，该生产原料 包括铜矿渣和碳，其质量配比为(60 85) (14 35)。
4.根据权利要求3所述的制备微电解环保填料的生产原料，其特征在于，所述的碳为 煤粉或者焦粉。
5.根据权利要求3所述的制备微电解环保填料的生产原料，其特征在于，还含有添加 剂，该生产原料包括铜矿渣、碳和添加剂，其质量配比为(60 85) (14 35) (1 5)。
6.根据权利要求5所述的制备微电解环保填料的生产原料，其特征在于，所述的添加 剂为四硼酸钠。
7.一种制备权利要求1所述的微电解环保填料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤将权利要求3或5所述的生产原料粉碎研磨、过筛、烘干、配料、成型、还原焙烧、粉碎过 筛处理后得到产品微电解环保填料。
全文摘要
本发明公开一种同时含有铁、铜、碳元素、具有高效净化功能的、不会产生钝化板结和堵塞的微电解环保填料及其生产原料和制备方法。它是一种含铁、铜并夹杂碳的复合固体颗粒材料，按总质量分数100％计，含有还原态铁55～88.5％、总铜1～10％、碳0.5～5％、其余为杂质。其生产原料包括铜矿渣和碳，其质量配比为(60～85)∶(14～35)。该填料颗粒内同时存在铁、铜和碳，铁作为阳极释放电子，而铜和碳作为阴极放电点，阴极总放电面积超过填料总表面积的20％～40％，提高了填料在污水中的电化学活性，避免了填料颗粒表面连续形成氧化膜，彻底解决了填料钝化问题。且微电解系统内只有一种填料，可通过反复冲洗定期松床，彻底解决系统板结和堵塞问题。
文档编号C02F1/461GK101898818SQ201010245779
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者喻宇琳, 喻小琦 申请人:喻宇琳;喻小琦