[发明专利]一种基于煤基焦粉的除氟材料制备及再生方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼焦行业副产品——煤基焦粉的资源化利用技术，具体涉及一种基于煤基焦粉的除氟材料制备及再生方法，该除氟材料可高效去除一般工业废水中的氟，特别对锌湿法冶炼中硫酸锌电解液中氟的去除效果明显。属于水处理材料制备技术领域。

背景技术

我国氟化学工业、钢铁生产、铝电解与铝加工、制酸与含硫化肥生产、玻璃制品制造与加工、有色金属冶炼等行业每年都产生大量的含氟废水，同时，在某些地区的地表水与地下水中的氟含量也严重超标。水体中高氟的存在，对人类的生产、生活环境造成了极大的危害。

为了降低氟的危害，人们开发了多种除氟技术，这些技术主要包括混凝沉淀法、吸附法、离子交换法以及膜分离法等。尽管这些技术在降低水体中氟含量方面有着积极的效果，但依然存在处理成本高、除氟剂制备需要消耗较多的资源、除氟剂用量大、产生二次污染、对不同PH值水体处理没有普适性等方面的缺陷。专利CN102259946A、CN102357357A与CN104324684A均可以获得不错的除氟效果，但采用了含Ti、Zr、Ce等元素的原料，导致这些除氟材料的成本高，并且只适用于处理中性水；专利CN1966407A公布了铝盐与磷酸盐对酸性锌电解液除氟的方法，但该法导致了电解液中有价元素锌的不小损失。

另一方面，我国是一个焦炭生产大国，由于焦粉的粒度太小，焦粉中的固定碳含量较低，目前除少部分被作为瘦化剂利用外，大部分都处于闲置状态，这不仅需要一定的堆场来放置焦粉、从而导致了大量土地资源的占用，而且还可能对环境产生污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、操作方便，以炼焦行业副产物——煤基焦粉为主要原料的基于煤基焦粉的除氟材料制备及再生方法；本发明制备的除氟材料不仅可实现宽PH值范围水体中氟的高效去除，而且还资源化利用了煤基焦粉。

本发明一种基于煤基焦粉的除氟材料制备方法，包括下述步骤：

第一步：煤基焦粉的预氧化处理

将平均粒度小于等于20um的煤基焦粉与预氧化剂混合后，添加煤基焦粉同体积的水配成料浆，料浆于400-600℃保温1-2h后，自然冷却，得到预氧化煤基焦粉；

第二步：预氧化煤基焦粉的活化处理

将预氧化煤基焦粉在惰性气体保护下升温至750-900℃，通入水蒸气90-180min，随炉冷却至室温后，水洗至洗液pH值小于等于9，得到活化煤基焦粉；

或者，将苛性碱与预氧化煤基焦粉混合后，将混合物升温至700-850℃，保温60-120min，水洗至洗液pH值小于等于9，得到活化煤基焦粉；

第三步：前驱体粉末制备

将第二步所制备的活化煤基焦粉按液固比1:1～5:1加入可溶性镁、铝盐溶液中，搅拌30min-120min，用缓释沉淀剂将溶液pH值调整到6.8-7.5之后过滤，滤饼在100～120℃烘干后打散，得到前驱体粉末；

所述可溶性镁、铝盐溶液中，铝离子与镁离子摩尔比为1:1～10:1，镁离子与铝离子的摩尔浓度之和为1mol/L～10mol/L；

第四步：前驱体颗粒制备

取第三步所得前驱体粉末，添加占所取前驱体粉质量10-30％的粘结成形剂并搅拌均匀，造成0.5-3.5mm的球形颗粒，于40-60℃干燥24h以上，得到前驱体颗粒；

所述粘结成形剂是在质量百分浓度为30-50％的有机碳源溶液中，添加占有机碳源质量5-10％的粉状造孔材料，搅拌均匀，得到；

第五步：前驱体颗粒的炭化

将第四步得到的前驱体颗粒在惰性保护气氛下，加热至200-400℃，恒温1-5h后，继续加热升温至600-800℃，恒温2-6h，随炉冷却，得到炭化颗粒；

第六步：炭化颗粒的后处理

将第五步所得炭化颗粒置于后处理液中浸渍后过滤，滤渣自然阴干，得到基于煤基焦粉的除氟材料。

本发明一种基于煤基焦粉的除氟材料制备方法，第一步中，料浆中，预氧化剂的质量占煤基焦粉质量的10-20wt％；所述预氧化剂选自硝酸钾和/或高锰酸钾，硝酸钾与高锰酸钾以任意比例混合。

本发明一种基于煤基焦粉的除氟材料制备方法，第二步中，活化处理升温速度为5-10℃/min。

本发明一种基于煤基焦粉的除氟材料制备方法，第二步中，所述苛性碱选自氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种；苛性碱的添加量为预氧化煤基焦粉重量的2-5倍。

本发明一种基于煤基焦粉的除氟材料制备方法，第三步所述可溶性镁、铝盐，指的是阳离子为镁或铝的硫酸盐、硝酸盐、氯化盐中的任意一种；