一種燒結煙塵中鉀的綜合利用方法與流程
2023-05-28 13:59:16
本發明屬於工業廢棄物處理技術領域，具體涉及一種燒結煙塵中鉀的綜合利用方法。
背景技術：
燒結煙塵是鋼鐵企業鐵礦原料燒結過程中經收塵系統收集得到的工業廢棄物，其主要成分為k2o20～35％，na2o5～8％，cl25～35％，pb4～10％，cu0.8～1.5％，fe10～15％，cao5～8％，al2o30.1～1.0％，mgo0.5～1.2％，sio23～5％，ag200～400g/t。由其主要成分可以看出，燒結煙塵中含有多種有價元素，可作為二次資源進行綜合回收利用。
燒結煙塵作為鋼鐵企業鐵礦原料燒結過程中產生的廢渣，目前的處理工藝主要是返回高爐作為原料摻合使用，由於原料的特殊性，會導致高爐爐壁腐蝕、增加煉鐵煤(焦)能耗等；或通過與高爐瓦斯泥混合後揮發提取渣中的鉛、鋅等金屬元素。專利文獻cn102295301a和cn102134648a報導了一種採用水浸取燒結煙塵，經分離，浸出液再經置換、碳酸鈉沉澱除雜質後蒸發濃縮，冷卻結晶得到氯化鉀產品的一種處理方法。上述兩項專利均採用碳酸鈉淨化浸出液，溶液中含有大量的氯化鈉，由於氯化鈉的富集，僅能回收70％左右的高質量的氯化鉀產品，其餘產品為鉀鈉混合物，其氯化鉀含量僅能達到60～70％。
我國鉀產品生產遠不能滿足國內消費需求，鉀資源嚴重不足，每年需大量進口鉀產品，因此加大對含鉀資源的綜合開發利用，對促進我國鉀鹽工業的發展，彌補國內鉀資源的不足具有重要意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的不足，提高燒結煙塵中鉀的有效利用價值，獲得多種鉀產品，實現燒結煙塵中鉀的綜合利用。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是提供一種燒結煙塵中鉀的綜合利用方法，該方法包括如下步驟：
a、按1.0～2.0∶1的液固質量比，用水浸取燒結煙塵，經分離得到浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量，按化學計量加入理論量100～150％的沉澱劑，經沉澱反應，分離得到沉澱和濾液；其中，所述沉澱劑為碳酸銨或碳酸氫銨中的至少一種；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，按化學計量加入理論量100～125％的磷酸二氫銨，調節物料系統ph為4.0～5.0，經複分解反應，分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到步驟c所得濾液的40～60％時，分離得到濾液和npk複合肥料。
進一步的，上述方法中步驟a中水用量為1.0～1.2∶1的液固質量比。
進一步的，上述方法中步驟a所述用水浸取燒結煙塵的浸取溫度為室溫，浸取時間為0.5～1.0h，攪拌速度為300～500rpm。
進一步的，上述方法中步驟b中沉澱劑的加入量為步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量的化學計量理論量100～105％。
進一步的，上述方法中步驟b所述沉澱反應的反應溫度為室溫，反應時間為20～40min，攪拌速度為200～400rpm。
進一步的，上述方法中步驟c中磷酸二氫銨的加入量為步驟b所得濾液中鉀的含量的化學計量理論量100～105％。
進一步的，上述方法中步驟c所述複分解反應的反應溫度為室溫，攪拌速度為300～500rpm，反應時間為1.0～2.0h。
進一步的，上述方法中步驟d所述蒸發濃縮為在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮。
進一步的，上述方法中步驟d中當蒸發出的液體量達到步驟c所得濾液的50～55％時，停止蒸發。
進一步的，上述方法中將步驟d所得濾液返回步驟b與步驟a所得浸出液混合後循環使用。
本發明的有益效果：
本發明方法能夠充分有效利用燒結煙塵中的鉀，將燒結煙塵中的鉀轉化為高質量磷酸二氫鉀產品和高濃度npk複合肥料，磷酸二氫鉀產品達到工業級合格標準，為燒結煙塵中鉀的綜合利用提供一條新的高效的工藝技術路線；本發明方法工藝簡潔、成本低廉，設備簡單，操作安全、容易，實現了循環經濟、節能減排目的，經濟效益和社會效益十分顯著，具有很好的推廣前景。
具體實施方式
本發明方法可以按照以下方式實施：
a、按1.0～2.0∶1的液固質量比，用水浸取燒結煙塵，經分離得到浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量，按化學計量加入理論量100～150％的沉澱劑，經沉澱反應，分離得到沉澱和濾液；其中，所述沉澱劑為碳酸銨或碳酸氫銨中的至少一種；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，按化學計量加入理論量100～125％的磷酸二氫銨，調節物料系統ph為4.0～5.0，經複分解反應，分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到步驟c所得濾液的40～60％時，分離得到濾液和npk複合肥料。
步驟a中水用量對步驟c中磷酸二氫鉀在水中的溶解量有影響，水用量增大，磷酸二氫鉀析出量降低，為了提高磷酸二氫鉀的產量，同時減少步驟d濃縮蒸發時間，優選的，水用量為1.0～1.2∶1的液固質量比。
為了使浸出效果更好，節約能源和時間，優選的，步驟a浸取溫度為室溫，浸取時間為0.5～1.0h，攪拌速度為300～500rpm。
步驟b中為了避免氯化鈉的富集對鉀回收率的影響和製備npk複合肥，採用碳酸銨或碳酸氫銨中的至少一種作為沉澱劑，為了節約成本，優選的，沉澱劑的加入量為步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量的化學計量理論量100～105％。
為了使沉澱效果更好，節約能源和時間，優選的，步驟b沉澱反應溫度為室溫，反應時間為20～40min，攪拌速度為200～400rpm。
步驟c中過量加入磷酸二氫銨對磷酸二氫鉀析出量的影響，磷酸二氫銨用量增大，磷酸二氫鉀析出量降低，為了提高磷酸二氫鉀的產量、降低成本，優選的，磷酸二氫銨的加入量為步驟b所得濾液中鉀的含量的化學計量理論量100～105％。
為了使複分解反應和磷酸二氫鉀析出效果更好，步驟c中加入磷酸二氫銨的溫度為室溫，攪拌速度為300～500rpm，攪拌時間為1.0～2.0h。
由於燒結煙塵原料來源不同，步驟b所得濾液加入磷酸二氫銨後的實際ph有所不同，步驟c中使用磷酸或氨水調節體系ph至4.0～5.0。
為了節約能源和時間，優選的，步驟d中在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮。
為了使npk複合肥料的品質更好和提高步驟d所得濾液循環利用製備磷酸二氫鉀的產量，優選的，步驟d中當蒸發出的液體量達到反應濾液的50～55％時，停止蒸發。
為了實現循環經濟，降低成本，將步驟d所得濾液，返回步驟b與步驟a所得浸出液混合後循環使用。
具體的，本發明方法可以按照以下方式實施：
a、按1.0～1.2∶1的液固質量比，在室溫、攪拌速度為300～500rpm條件下用水浸取燒結煙塵1.0～2.0h，經分離得浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量，按化學計量加入理論量100～105％的沉澱劑，在室溫、攪拌速度為200～400rpm條件下沉澱反應20～40min，分離得到沉澱和濾液；所述沉澱劑為碳酸銨或碳酸氫銨中的至少一種；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，在室溫、攪拌速度為300～500rpm條件下按化學計量加入理論量100～105％的磷酸二氫銨，調節體系ph為4.0～5.0，經複分解反應1.0～2.0h，分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，經在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到步驟c所得濾液的50～55％時，停止蒸發，分離得到濾液和npk複合肥料；將步驟d所得濾液，返回步驟b與步驟a所得浸出液混合後循環使用。
下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但並不因此將本發明保護範圍限制在所述的實施例範圍之中。
本發明實施例中使用原料燒結煙塵的主要成分指標為(按重量計)：k2o21.76％，na2o4.52％，cl29.17％，pb6.57％，cao6.38％，mgo0.83％。
實施例1：
a、在燒杯中加入水1200ml，按1.2:1的液固質量比，在攪拌條件下加入燒結煙塵1000克，在室溫、攪拌速度為400rpm條件下浸取0.75h，經過濾分離得浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量，加入碳酸銨130克，在室溫、攪拌速度為300rpm條件下反應30min，經過濾分離得到沉澱和濾液；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，在室溫、攪拌速度為500rpm條件下加入磷酸二氫銨420克，調節物料系統ph為4.5，攪拌反應1.0h，過濾分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到550ml時，停止蒸發，分離得到濾液和npk複合肥料；
經分析，磷酸二氫鉀產品，kh2po4含量(以幹基計)為97.38％，外觀為白色，達到工業級磷酸二氫鉀合格標準；npk複合肥料，含n15.32％、p2o523.15％、k2o15.82％。
實施例2：
a、在燒杯中加入水1000ml，按1:1的液固質量比，在攪拌條件下加入燒結煙塵1000克，在室溫、攪拌速度為500rpm條件下浸取0.5h，經過濾分離得浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液中鉛、鈣、鎂的含量，加入碳酸銨135克，在室溫、攪拌速度為200rpm條件下反應40min，經過濾分離得到沉澱和濾液；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，在室溫、攪拌速度為300rpm條件下加入磷酸二氫銨440克，調節物料系統ph為5.0，攪拌反應2.0h，過濾分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到450ml時，停止蒸發，分離得到濾液和npk複合肥料；
經分析，磷酸二氫鉀產品kh2po4含量(以幹基計)為96.73％，外觀為白色，未達到工業級磷酸二氫鉀合格標準；npk複合肥料含n15.83％、p2o522.67％、k2o15.34％。
實施例3：
a、在燒杯中加入水1100ml，按1.1:1的液固質量比，在攪拌條件下加入燒結煙塵1000克，在室溫、攪拌速度為300rpm條件下浸取1.0h，經過濾分離得浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液和實施例1步驟d所得濾液的均勻混合溶液中鉛、鈣、鎂的含量，加入碳酸銨140克，在室溫、攪拌速度為400rpm條件下反應20min，經過濾分離得到沉澱和濾液；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，在室溫、攪拌速度為400rpm條件下加入磷酸二氫銨430克，調節物料系統ph為4.0，攪拌反應1.5h，過濾分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到800ml時，停止蒸發，分離得到濾液和npk複合肥料；
經分析，磷酸二氫鉀產品kh2po4含量(以幹基計)為96.92％，外觀為白色，未達到工業級磷酸二氫鉀合格標準；npk複合肥料，含n16.14％、p2o521.53％、k2o15.47％。
實施例4：
a、在燒杯中加入水1000ml，按1:1的液固質量比，在攪拌條件下加入燒結煙氣收塵灰1000克，在室溫、攪拌速度為400rpm條件下浸取1.0h，經過濾分離得浸出渣和浸出液；
b、根據步驟a所得浸出液和實施例3步驟d所得濾液的均勻混合溶液中鉛、鈣、鎂的含量，加入碳酸銨135克，在室溫、攪拌速度為300rpm條件下反應40min，經過濾分離得到沉澱和濾液；
c、根據步驟b所得濾液中鉀的含量，在室溫、攪拌速度為350rpm條件下加入磷酸二氫銨420克，調節物料系統ph為5.0，攪拌反應1.0h，過濾分離得到濾液和磷酸二氫鉀產品；
d、步驟c所得濾液，在真空度500～550mmhg條件下蒸發濃縮，當蒸發出的液體量達到800ml時，停止蒸發，分離得到濾液和npk複合肥料；
經分析，磷酸二氫鉀產品kh2po4含量(以幹基計)為97.62％，外觀為白色，達到工業級磷酸二氫鉀合格標準；npk複合肥料含n15.92％、p2o521.89％、k2o15.64％。
結合所有實施實例可見，本發明以工業廢棄物燒結煙塵為原料，所用試劑均廉價易得，工藝簡潔、操作安全、設備簡單，成本低廉；步驟d所得濾液可循環利用，實現了循環經濟、節能減排目的，進一步降低了生產成本；步驟b採用碳酸銨或碳酸氫銨中的至少一種作為沉澱劑，避免了氯化鈉富集對鉀產品的影響，提高了磷酸二氫鉀和npk複合肥料兩種鉀產品的質量(實施例2和3所得磷酸二氫鉀產品經簡單重結晶即可得合格產品)，本發明方法適用於燒結煙塵及其類似物中鉀的綜合利用。