海绵铁在水处理中应用理论与实践_丁磊

SerialNo.483July.2009现代矿业MORDENMINING总第483期2009年7月第7期海绵铁在水处理中应用理论与实践丁磊(安徽工业大学)黄继萍朱桐(中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)摘要:阐述了新型水处理材料海绵铁的化学成分及应用机理,介绍了海绵铁在废水处理及锅炉水除氧中的试验研究及应用现状,指出了存在的问题及进一步的研究方向。关键词:海绵铁;废水处理;除氧;吸附中图分类号:X751文献标识码:A文章编号:1674-6082(2009)07-0041-05AppliedTheoryandPracticeofSpongeIroninWaterTreatmentDingLei(AnhuiUniversityofTechnology)HuangJipingZhuTong(SinosteelMaanshanMiningResearchInstituteCo.,Ltd.)Abstract:Thechemicalcompositionsofanewwatertreatmentmaterialspongeironandappliedmechanismareexpounded.Thecurrentsituationofresearchandapplicationofthespongeironinwastewatertreatmentandoxygenremovalinboilerwaterarepresented.Theproblemsandthestudytrendarepointedout.Keywords:Spongeiron;Wastewatertreatment;Oxygenremoval;Adsorption海绵铁又称直接还原铁(DRI),通常用于生产优质还原铁粉[1],是由铁鳞(氧化铁皮)在低于熔化温度下经碳还原制得,因表面多孔粗糙,呈疏松海绵状而得名。海绵铁用于水处理最早出现于上世纪90年代的锅炉水除氧[2,3],目前已发展成为一种多功能水处理材料。1海绵铁的物化指标及应用特点海绵铁的组成成份及物理化学指标[4]见表1,海绵铁与铁屑的微观表征[5,6]见图1。就成份而论,海绵铁与传统水处理中的铁屑滤料很相似,但它具有比表面积大、比表面能高以及电化学富集、化学还原、物理吸附、絮凝沉淀性能更好等特点,故作为一种多功能水处理材料越来越受到关注。丁磊(1978-),男,江苏徐州人,讲师,硕士,243002安徽省马鞍山市。表1海绵铁的化学成分全铁含量(TFe)/%锰含量/%铬含量/%镍含量/%CaO含量/%MgO含量/%金属铁含量(MFe)/%碳及其它杂质含量/%密度/(g/cm3)堆积密度/(g/cm3)粒径/mm外观96～970.2800.0100.038<0.0100.051≥903～42.30～2.701.70～1.880.50～3.00灰黑色有亮点、呈疏松海绵状图1海绵铁(左)与铁屑(右)微观表征2海绵铁在水处理中应用原理2.1电化学富集海绵铁是由铁和碳组成的合金,即由纯铁和Fe3C及一些杂质组成。Fe3C和其它杂质以极小的颗粒的形式分散在海绵铁内,由于它们的电极电位比铁的高,当处在电解质溶液中时就形成了无数个腐蚀微电池,在它的表面就有电流在成千上万个细小的电池内流动,铁作为阳极被腐蚀消耗,当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时,又可以组成宏观腐蚀电池。电极反应生成的新生态Fe2+和进一步氧化生成Fe3+以及Fe3+的水合物具有较强的吸附-絮凝活性[7],特别是在加碱调pH值后生成Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体聚凝剂,它的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3,能大量吸附分散的微小颗粒、金属粒子以及有机大分子,从而絮凝沉淀下来。在中性或偏酸性的环境中,海绵铁本身及其所产生的新生态[H]、Fe2+等能与废水中许多组41分发生氧化还原反应。2.2氧化还原反应海绵铁中的铁在处理过程中被溶解而产生亚铁离子,亚铁离子是强还原剂,在酸性条件下,可与较强的氧化剂发生氧化还原反应[8,9],如电镀废水中的铬,其离子反应方程如下:阳极反应:Fe-2eFe2+Cr2O2-7+14H++6Fe2+2Cr3++6Fe3++7H2OCrO2-4+3Fe2++8H+Cr3++3Fe3++4H2O在阴极上除氢离子获得电子生成氢外,废水中的六价铬直接还原成三价铬。离子反应方程式为:2H++2eH2Cr2O2-7+6e+14H+2Cr3++7H2OCrO2-4+3e+8H+Cr3++4H2O从上述反应可知,随着电解过程的进行,废水中的氢离子浓度将逐渐减少,结果使废水碱性增强。在碱性条件下,可将上述反应得到的三价铬和三价铁以氢氧化铬和氢氧化铁的形式沉淀下来,2.3吸附作用溶质从溶液中出来而被吸附到吸附剂固体表面的现象称为吸附。海绵铁作