[发明专利]一种基于高炉粉尘的纳米零价铁及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于高炉粉尘的纳米零价铁及其制备方法，属于废弃物处理技术领域。本发明所述的制备方法将高炉粉尘、无烟煤、粘结剂混匀，加水制粒得到高炉粉尘含碳球团；所述高炉粉尘、无烟煤、和粘结剂的质量比为70‑80：10‑20：3‑8；后将所述高炉粉尘含碳球团进行烘干、焙烧得到所述纳米零价铁。本发明采用碳热法制备纳米零价铁，生产周期短，可实现工业化并大批量生产。原料为固体废弃物，成本低，且制备过程不会产生副产品，不仅解决固废堆积的环境现状，又可实现固废的高效利用。

技术领域

本发明涉及废弃物处理技术领域，尤其是指一种基于高炉粉尘的纳米零价铁及其制备方法。

背景技术

高炉粉尘是在钢铁冶金工业中炼铁环节产生的粉末废弃物，此类粉尘富含大量的Fe、C元素，是制备纳米零价铁的有效材料。高炉粉尘作为高炉生产的副产品，每生产一吨铁就会产生约40kg的高炉粉尘，因无法得到有效利用而大量堆积。高炉粉尘属于废弃物，大量堆积不仅占用土地资源，还会造成环境污染。因此，对高炉粉尘的资源化、无害化，高附加值化的利用，显得尤为重要。

纳米零价铁材料因其比表面积大和超高的还原性能，可用于去除水中的有机物，并且其对环境无二次污染，是很好的环保材料。纳米零价铁由于具备高反应活性，常用来处理六价铬废水，含砷废水等。如中国专利CN109967023A中提到的一种反向滴加绿茶提取液合成纳米零价铁及原位修复方法，所用原料为绿茶、铁盐、氮气，是一种新颖的纳米零价铁制备方法，但是该方法成本较高，绿茶不宜作为工业化生产原料；如中国专利CN111111607A提出一种改性高岭石及纳米零价铁/改性高岭石复合材料的制备方法和用途，所用原料为苏州高岭石、三氯化铁、硫酸，是一种新颖的硅酸盐粘土的利用方法，但制备方法属于液相还原法，生产周期过长，副产物较多；又如中国专利CN112607832A中提到一种纳米零价铁碳材料及其制备方法和应用，所用原料为醋酸亚铁等铁盐、二亚乙基三胺五乙酸等含氮羧酸类有机物，质量比为3：1。该方法实现了通过碳热法制备纳米零价铁，但该方法仅限于在实验室利用试剂合成，无法实现工业化生产。

现有技术中纳米零价铁的制备多为机械法、液相还原法，此类方法制备周期长，工艺复杂、条件严格，不仅对原料要求较高，且会产生较多副产品。当前制备技术都存在工艺及原料选择上的缺陷。因此，如能利用固体废弃物制备高附加值的纳米零价铁，既能解决固体废弃物的堆积和对环境的污染。同时制备出的纳米零价铁作为环境修复材料，可解决生态环境问题，是发展循环经济的有效途径。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高炉粉尘的纳米零价铁及其制备方法。本发明制备的纳米零价铁在微观上，纳米零价铁不仅可通过直接还原，还可形成铁碳原电池，加强了对重金属离子的降解速度。

本发明的第一个目的是提供一种基于高炉粉尘制备纳米零价铁的方法，包括如下步骤：

(1)将高炉粉尘、无烟煤、粘结剂混匀，加水制粒得到高炉粉尘含碳球团；所述高炉粉尘、无烟煤、和粘结剂的质量比为70-80：10-20：3-8；

(2)将步骤(1)所述高炉粉尘含碳球团进行烘干、焙烧得到所述纳米零价铁。

进一步地，所述高炉粉尘主要成分为四氧化三铁和碳，高炉粉尘自身含有较细的铁氧化物与碳，在还原的过程中无需配加额外的还原剂，碳还原铁氧化物即可得到纳米零价铁。高炉粉尘属于冶金固体废弃物，获取成本低、储量大。

进一步地，所述粘结剂为膨润土、聚乙烯醇和糊精中的一种或多种。

进一步地，所述高炉粉尘、无烟煤、粘结剂的粒度D100均小于74μm。

进一步地，在步骤(1)中，所述制粒的转速为16-19r/min。

进一步地，在步骤(2)中，所述烘干的温度为100-110℃，所述烘干的时间为4-5h。

进一步地，在步骤(2)中，所述焙烧的温度为800-1000℃。