一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，屬于鋼鐵廢渣的無害化、資源化利用技術(shù)領(lǐng)域。本方法包括：收集富含鉀鹽的燒結(jié)機(jī)頭電場(chǎng)除塵灰，以弱酸性水溶液水洗，充分?jǐn)嚢柚辆?，靜置，固液分離得洗脫液Ⅰ及沉淀物Ⅰ；向所述洗脫液Ⅰ中添加K2CO3除雜，溶解后充分?jǐn)嚢璨⒐桃悍蛛x得到過濾液Ⅱ及沉淀物Ⅱ；調(diào)節(jié)過濾液Ⅱ的pH值，加入鉀芒硝（3K2SO4·Na2SO4）進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品，其純度可達(dá)GB20406?2006粉末結(jié)晶狀一等品指標(biāo)要求。整體工藝簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低；可實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)除塵灰中鐵、釩、鈦的有效回收，鉀鹽的高效利用。
【專利說明】
一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵廢渣的資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰 中鉀鹽制取硫酸鉀的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰(簡(jiǎn)稱燒結(jié)灰)是鐵礦石燒結(jié)過程中，通過電除塵器收集的煙氣 與粉塵，其產(chǎn)生量約占燒結(jié)礦產(chǎn)量的1%_2%，燒結(jié)灰是鋼鐵企業(yè)的主要污染源之一。目前燒 結(jié)灰的綜合利用途徑，主要是采用直接配加到燒結(jié)混合料回用，而燒結(jié)灰的再加入使燒結(jié) 混合料富含鋅及堿金屬等有害元素，嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)。因此，很多鋼鐵企業(yè)將電除塵灰堆 積起來，既浪費(fèi)了土地、財(cái)力、人力，還埋下了二次環(huán)境污染的隱患。開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保 的燒結(jié)灰中堿金屬的去除與資源化利用新技術(shù)，已成為國內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的重要課 題。
[0003] 2015年新環(huán)保法實(shí)施后，燒結(jié)灰外賣存在環(huán)保連帶責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)等問題，因此，燒結(jié)灰 無害化、資源化利用技術(shù)凸顯必要。且燒結(jié)灰的無害化、資源化利用符合國家發(fā)改委發(fā)布的 《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》，屬于國家鼓勵(lì)類發(fā)展項(xiàng)目，享受稅收優(yōu)惠政策。同時(shí)該技術(shù)屬于 《資源綜合利用企業(yè)所得稅優(yōu)惠目錄》、《國家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》以及《國家先 進(jìn)污染治理技術(shù)推廣示范項(xiàng)目名錄》所列項(xiàng)目，可以申報(bào)國家政策獎(jiǎng)勵(lì)基金和實(shí)行稅收減 免。
[0004] 此外，我國是一個(gè)鉀資源十分匱乏的國家，84% 土地缺鉀，限制了鉀肥的開發(fā)利用 和發(fā)展，使農(nóng)作物主要養(yǎng)分氮磷鉀比例嚴(yán)重失調(diào)。鉀肥的主要品種有氯化鉀、硫酸鉀、硝酸 鉀，由于忌氯作物不能施用氯化鉀，硝酸鉀價(jià)格昂貴，且為炸藥，施用受到限制。硫酸鉀可同 時(shí)提供農(nóng)作物需要的鉀和硫，價(jià)格便宜，宜用于忌氯作物，所以硫酸鉀肥比氯化鉀肥有更高 的使用價(jià)值。利用燒結(jié)灰中鉀鹽生產(chǎn)硫酸鉀，并回收鐵、釩、鈦等元素返燒結(jié)再利用，可實(shí)現(xiàn) 燒結(jié)灰的無害化、減量化、資源化利用，前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的 方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀 鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1) 收集燒結(jié)機(jī)頭電場(chǎng)除塵灰，于弱酸性溶液中水洗，充分?jǐn)嚢?0-60分鐘至均化，靜 置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I; (2) 向洗脫液I中添加K2C03除雜，溶解后充分?jǐn)嚢璨⒐桃悍蛛x得到過濾液n及沉淀物 n; (3) 調(diào)節(jié)過濾液n的pH值，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶工藝分離 鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品。
[0007] 本發(fā)明所述步驟（1)中的燒結(jié)機(jī)頭電場(chǎng)除塵灰中，除富含鐵、鈣、鎂、鉀（5-15%)、 鈉、氯等元素之外，還含有稀缺資源釩、鈦需進(jìn)行有效回收。
[0008] 本發(fā)明所述步驟（1)中的水洗液呈弱酸性，目的是使電除塵灰在水洗時(shí)鉀、鈉分離 更徹底。此弱酸水洗液的溫度為25-35°C，pH為2-6,調(diào)節(jié)pH值用酸為硫酸，原則是不增加溶 液中的干擾離子。
[0009] 本發(fā)明所述步驟（1)中的沉淀物I為電除塵灰在弱酸環(huán)境下水洗后的尾渣，富含 鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。
[0010] 本發(fā)明所述步驟(2)中的除雜物質(zhì)選擇K2C03,目的不增加溶液中離子的數(shù)量，其加 入量須保證洗脫液I的pH=8_13,除雜物質(zhì)1( 20)3可去除鈣、鎂及其它金屬離子。
[0011] 本發(fā)明所述步驟(3)中的調(diào)節(jié)過濾液II的pH值至中性，調(diào)節(jié)pH值用酸為鹽酸，以避 免增加溶液中的干擾離子。
[0012] 本發(fā)明所述步驟(3)中的復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆磻?yīng)溫 度控制在25-30°C，待反應(yīng)完全至硫酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水鹽體系。
[0013] 本發(fā)明所述步驟(3)中的蒸發(fā)、結(jié)晶條件為:溶液蒸發(fā)濃縮溫度為90-100°C，此為 共飽和溶液;之后溶液冷卻至25-30 °C完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大 顆粒硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間1-3小時(shí)。
[0014] 本發(fā)明所述步驟(3)中結(jié)晶、分離后的母液再循環(huán)使用，以保證洗脫液I中較高的 鉀含量及本方法中鉀的收率。
[0015] 本發(fā)明所述步驟（3)中硫酸鉀純度可達(dá)GB20406-2006粉末結(jié)晶狀一等品指標(biāo)要 求。
[0016] 本發(fā)明制硫酸鉀所用物質(zhì)為鉀芒硝，其分子式為3K2S〇4 ? Na2S〇4,其復(fù)分解反應(yīng) 為：3K2S〇4 ? Na2S〇4+2KCl-3K2S〇4+2NaCl 本發(fā)明所述蒸發(fā)結(jié)晶理論依據(jù)是K+、Na7/Cr、S042~-H 20四元水鹽體系相圖，在任何 溫度下，硫酸鉀與氯化鈉的結(jié)晶區(qū)互不相鄰，據(jù)此對(duì)二者進(jìn)行有效分離。
[0017]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果為：本發(fā)明制得的鉀鹽純度較高，可達(dá)到 GB20406-2006粉末結(jié)晶狀一等品指標(biāo)要求;整體工藝簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低;實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)除 塵灰中鐵、釩、鈦的有效回收，鉀鹽的高效利用，是使電場(chǎng)除塵灰無害化、資源化的典型案例 之一。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019] 以下提供上述電場(chǎng)除塵灰制取鉀肥的具體實(shí)施例。
[0020] 實(shí)施例1 一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場(chǎng)除塵灰1(電除塵灰中各金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍見表1)，以pH=2.5的硫 酸水溶液溶解，充分?jǐn)嚢?0分鐘至均化，靜置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱 酸環(huán)境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。
[0021] (2)向洗脫液I中添加K2C〇3除雜，充分?jǐn)嚢枋谷芤旱膒H=8，固液分離得到過濾液n 及沉淀物n ;K2C〇3去除?6、〇8、]\%、六1、]\111等金屬離子； (3)用鹽酸調(diào)節(jié)過濾液npH值為中性，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié) 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品，結(jié)晶、分離后的母液再循環(huán)使用。
[0022]復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆?，反?yīng)溫度30°C，待反應(yīng)完全至硫 酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0023]蒸發(fā)、結(jié)晶條件為:蒸發(fā)濃縮溫度為100°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至30°C 完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間1小時(shí)。 [0024] 實(shí)施例2 一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場(chǎng)除塵灰2(電除塵灰中各金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍見表1)，用pH=3.5的硫 酸水溶液溶解，充分?jǐn)嚢?0分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環(huán) 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。
[0025] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分?jǐn)嚢枋谷芤旱膒H=9.5，固液分離得到過濾液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用鹽酸調(diào)節(jié)過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié) 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品，結(jié)晶、分離后的母液再循環(huán)使用。
[0026]復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆磻?yīng)溫度25 °C，待反應(yīng)完全至硫 酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0027]蒸發(fā)、結(jié)晶條件為：蒸發(fā)濃縮溫度為90°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至25°C 完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間1.5小時(shí)。 [0028] 實(shí)施例3 一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場(chǎng)除塵灰3(電除塵灰中各金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍見表1)，用pH=4.5的鹽 酸水溶液溶解，充分?jǐn)嚢?0分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環(huán) 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。
[0029] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分?jǐn)嚢枋谷芤旱膒H=l0.5，固液分離得到過濾液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用硫酸調(diào)節(jié)過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié) 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品，結(jié)晶、分離后的母液再循環(huán)使用。
[0030] 復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆磻?yīng)溫度28 °C，待反應(yīng)完全至硫 酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0031] 蒸發(fā)、結(jié)晶條件為：蒸發(fā)濃縮溫度為95°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至29°C 完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間2.5小時(shí)。
[0032] 實(shí)施例4 一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場(chǎng)除塵灰4(電除塵灰中各金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍見表1)，用pH=5.5的硫 酸水溶液溶解，充分?jǐn)嚢?0分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環(huán) 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。
[0033] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分?jǐn)嚢枋谷芤旱膒H=13，固液分離得到過濾液II 及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用鹽酸調(diào)節(jié)過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié) 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品，結(jié)晶、分離后的母液再循環(huán)使用。
[0034]復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆?，反?yīng)溫度26 °C，待反應(yīng)完全至硫 酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水體系。
[0035] 蒸發(fā)、結(jié)晶條件為:蒸發(fā)濃縮溫度為97°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至27°C 完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間3小時(shí)。
[0036] 表1燒結(jié)機(jī)頭各電場(chǎng)除塵灰的元素分析結(jié)果(％)
上述四個(gè)實(shí)施例試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如下表2 表2實(shí)施例1-4試驗(yàn)數(shù)據(jù)
以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替 換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征在于，具體方法包括如 下步驟： (1) 收集富含鉀鹽的燒結(jié)機(jī)頭電場(chǎng)除塵灰，于弱酸性水溶液中水洗，充分?jǐn)嚢?0-60分 鐘至均化，靜置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I; (2) 向所述洗脫液I中添加 K2C03除雜，溶解后充分?jǐn)嚢璨⒐桃悍蛛x得到過濾液Π 及沉淀 物Π ; (3) 調(diào)節(jié)過濾液Π 的pH值，加入鉀芒硝進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，采用蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶工藝分離 鉀、鈉，得到硫酸鉀產(chǎn)品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征 在于:所述步驟(1)中的燒結(jié)機(jī)頭電場(chǎng)除塵灰中，除富含鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、氯等元素之外，還 含有稀缺資源釩、鈦需進(jìn)行有效回收。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征 在于:所述步驟（1)中的沉淀物I為電除塵灰在弱酸環(huán)境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元 素，脫水后返回用于燒結(jié)混合料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(1)中弱酸性溶液的水洗溫度為25-35°C，pH為2-6,調(diào)節(jié)pH值用酸 為硫酸。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(2)中的除雜物質(zhì)選擇K 2C03，其加入量須保證洗脫液I的pH=8-l 3， 除雜物質(zhì)1(20)3可去除鈣、鎂及其它金屬離子。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的調(diào)節(jié)過濾液Π 的pH值至中性，調(diào)節(jié)pH值用酸為鹽酸。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的復(fù)分解反應(yīng)條件為:加入鉀芒硝充分?jǐn)嚢柚辆?，反?yīng)溫 度控制在25-30°C，待反應(yīng)完全至硫酸鉀結(jié)晶區(qū)，靜置，此時(shí)溶液為K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水鹽體系。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的蒸發(fā)、結(jié)晶條件為:蒸發(fā)濃縮溫度為95-100°C，此為共飽 和溶液;之后溶液冷卻至25-30°C完成結(jié)晶過程，飽和度在介穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)，以利析出大顆粒 硫酸鉀晶體，持續(xù)時(shí)間1-3小時(shí)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中結(jié)晶、分離后的母液循環(huán)使用，以保證洗脫液I中較高的鉀 含量及本方法中鉀的收率。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的 方法，其特征在于:所述步驟(3)中硫酸鉀純度可達(dá)GB20406-2006粉末結(jié)晶狀一等品指標(biāo)要 求。
【文檔編號(hào)】C01D5/06GK105967212SQ201610314890
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】艾志宏, 韓春良, 畢忠新, 田巖松, 隋孝利, 張偉
【申請(qǐng)人】河北鋼鐵股份有限公司承德分公司