一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭及其制备方法，属于冶金固废资源利用领域。该冶金粉尘改性活性炭包括烧结电场除尘灰、转炉干法除尘粗灰、磷酸、活性炭、无水乙醇、水和石墨烯。所述烧结电场除尘灰的粒径为2.6μm～26.4μm；所述转炉干法除尘粗灰的粒径为1.5μm～29.0μm；所述磷酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水；所述石墨烯为工业纯。本发明专利技术拓展了烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰的高性能、高附加值利用途径，实现了“以废治废”的新思路，符合相关节能环保、循环经济的政策要求。

【技术实现步骤摘要】
一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭及其制备方法
本专利技术属于冶金固废资源利用领域，具体涉及一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭及其制备方法。
技术介绍
钢铁工业中SO2排放量、氮氧化物排放量分别占全国排放量的9.3％于5.6％，其中烧结工序是主要的SO2、氮氧化物排放环节。近年来，研发适合烧结烟气排放特点的联合脱硫脱硝一体化工艺已经成为钢铁企业关注的焦点，其中利用活性炭用于烧结烟气的脱硫脱硝已经在国内大型钢铁公司得到成功应用，但是在运行过程中所用活性炭的运行成本高、机械强度低且易粉化、着火点低存在烧塔风险，同时活性炭对氮氧化物的吸附效果受到SO2的影响，上述问题的存在极大的限制了活性炭干法烟气净化技术的推广。利用负载金属活性位技术是提高活性炭对硫化物、氮氧化物转化效率的有效手段，但是负载金属多为金属氧化物，导致活性炭生产与失活后处理的成本较高。烧结电场除尘灰是铁矿石烧结过程中，通过烧结机头烟气电除尘器所扑集的粉尘，其铁、钾元素含量高，即Fe/Fe2O3和K。转炉干法除尘粗灰是转炉开始冶炼后，蒸发冷却器喷介质冷却烟道内转炉烟气，烟气被冷却后产生的粗灰，其铁、钙元素含量高，即Fe3O4、FeO、Fe/Fe2O3和CaO。如果利用烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰中含有的碱性物质与金属氧化物对活性炭进行改性处理，不仅解决改性活性炭用于烟气脱硫脱硝的成本问题，而且拓展了烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰的高附加值应用，实现“以废治废”的新思路。
技术实现思路
为了解决利用活性炭负载金属活性位进行改性提高活性炭对硫化物、氮氧化物转化效率，导致活性炭生产与失活后处理成本较高的缺点；活性炭机械强度低且易粉化、着火点低的缺点；烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰难处理且难以资源化利用的缺点。本专利技术提供了一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，以期解决以上问题。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，该冶金粉尘改性活性炭按重量百分比原料如下：所述烧结电场除尘灰，其化学成分包括：Fe/Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、K和Na；所述转炉干法除尘粗灰，其化学成分包括：Fe3O4、FeO、Fe/Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、K、Na、C和Zn；所述磷酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水；所述石墨烯为工业纯。进一步的，所述烧结电场除尘灰，其化学成分(质量分数)分别为：Fe/Fe2O3(52.79％)、SiO2(4.35％)、CaO(7.27％)、MgO(1.58％)、Al2O3(1.62％)、K(15.88％)、Na(1.08％)和其他(15.43％)。进一步的，所述转炉干法除尘粗灰，其化学成分(质量分数)分别为：Fe3O4(24.04％)、FeO(26.34％)、Fe/Fe2O3(21.32％)、SiO2(2.99％)、CaO(18.84％)、MgO(3.76％)、Al2O3(0.53％)、K(0.46％)、Na(0.59％)、C(0.70％)、Zn(0.05％)和其他(0.38％)。更进一步的，所述烧结电场除尘灰的粒径为2.6μm～26.4μm。更进一步的，所述转炉干法除尘粗灰的粒径为1.5μm～29.0μm。本专利技术同时提供了上述具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭的制备方法，具体包括如下步骤：(1)利用高能球磨机在氧气气氛下对烧结电场除尘灰进行机械合金化处理，其转速为300r/min～600r/min、时间为36h～72h，得到I型复合粉体。(2)将I型复合粉体与转炉干法除尘粗灰、磷酸、水进行混合，利用高能球磨机在空气气氛下对其进行机械合金化处理，其转速为250r/min～400r/min、时间为8h～16h，得到II型复合粉体。(3)将II型复合粉体与活性炭、无水乙醇、石墨烯进行混合，利用高能球磨机在氦气气氛下对其进行机械合金化处理，其转速为300r/min～600r/min、时间为24h～48h，得到具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭。本专利技术的科学原理：(1)机械合金化是将粉末混合物在机械力作用下不断产生新的分子或原子面，通过变形-破碎-细化过程的反复进行，形成层状结构并不断细化，从而缩短固态粒子之间相互扩散的距离，加速粉末化合进程，以形成均匀且稳定结构的固溶体或化合物。采用氧气气氛机械合金化处理技术发生氧化反应，即烧结电场除尘灰中K与氧气中O在较长时间内发生合金化反应生成K2O具有碱性。采用氦气气氛机械合金化处理技术，有利于维持活性炭在改性过程中的稳定性，不会出现自燃的现象。(2)一方面烧结电场除尘灰产生的K2O与转炉干法除尘粗灰含有的CaO均具有高碱性，与烧结烟气中SO2反应生成K2SO3与CaSO3有利于提高脱硫效率；另一方面烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰含有的FeO、Fe/Fe2O3具有催化性能，与活性炭协同催化还原烧结烟气中NO提高脱硝效率；转炉干法除尘粗灰含有的Fe3O4属于磁铁具有磁性，可以增强活性炭表面吸附SO2、NO的性能，进一步提高脱硫脱硝效率。(3)石墨烯具有独特的平面延展结构，更大的理论比表面积(2630m2·g-1)，较高的电子迁移率(2×105cm2·V-1·s-1)和电导率(106S·m-1)，以及良好的机械性和热稳定性。较大的比表面积有利于提高活性炭表面脱硫脱硝活性组分的分散度,优异的电子特性可以极大地促进氧化还原过程中电子的传递，从而加速脱硫脱硝反应的进行，提高其效率。(4)磷酸(H3PO4)属于中强酸，由于磷酸分子中P原子是sp3杂化的，3个杂化轨道与氧原子间形成3个σ键，另一个P—O键是由一个从磷到氧的σ配键和两个由氧到磷的d-pπ键组成的。磷酸受强热后脱水易生成焦磷酸、三磷酸和多聚偏磷酸，能与烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰中硅元素(SiO2)、金属元素(FeO和Fe/Fe2O3)形成少量且稳定的硅-磷-铁消烟、阻燃体系，以提高阻燃性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术解决了利用活性炭负载金属活性位进行改性提高活性炭对硫化物、氮氧化物转化效率，导致活性炭生产与失活后处理成本较高的缺点；活性炭机械强度低且易粉化、着火点低的缺点；烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰难处理且难以资源化利用的缺点。2、本专利技术利用烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰制备具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，其性能优越且价格低廉，拓展了烧结电场除尘灰与转炉干法除尘粗灰的高性能、高附加值利用途径，实现了“以废治废”的新思路。3、本专利技术一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1以制备本专利技术产品100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，其特征在于，该冶金粉尘改性活性炭按重量百分比原料如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，其特征在于，该冶金粉尘改性活性炭按重量百分比原料如下：



所述烧结电场除尘灰，其化学成分包括：Fe/Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、K和Na；
所述转炉干法除尘粗灰，其化学成分包括：Fe3O4、FeO、Fe/Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、K、Na、C和Zn；
所述磷酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水；所述石墨烯为工业纯。


2.如权利要求1所述的一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，其特征在于，所述烧结电场除尘灰，其化学成分按质量百分数计，分别为：








3.如权利要求1所述的一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭，其特征在于，所述转炉干法除尘粗灰，其化学成分按质量百分数计，分别为：





4.如权利要求2所述的一种具有烟气脱硫脱硝性能的冶金粉尘改性活性炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，吴胜华，杜晓燕，刘秀玉，宗志芳，唐刚，韩云龙，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34