CN101062777A - 秸秆发电灰渣与纯碱废碱渣综合利用提取氯化钾的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，原料为秸秆发电秸秆燃烧后留下灰渣，转化剂是生产纯碱的废渣和废液，其配比为：秸秆发电灰渣∶碱渣∶钙母液＝1∶1～3∶0.7而废碱液是作为浸取剂而加入的，废碱液与焙烧熟料的液固比为1∶0.8～1，秸秆灰渣与配料制成生料浆，再经焙烧和浸取，浸取后浆液经过过滤、蒸发、结晶、干燥等常规化工过程，制成氯化钾(钾肥)并联产再制盐和氯化钙、残渣可制多种建材。该工艺能为我国钾肥工业开辟一条新的途径，也为减少氨碱生产的碱渣公害创造条件。工艺过程无三废。

Description

秸秆发电灰渣与纯碱废碱渣综合利用提取氯化钾的工艺方法

技术领域

本发明属于提取氯化钾的工艺方法，特别涉及一种秸杆发电灰渣与纯碱废碱渣综合利用提取氯化钾的工艺方法。

技术背景

我国可溶性钾盐奇缺，我国是世界上最大的农业国，而钾肥生产又是氮、磷、钾三大肥料中最薄弱的一环，我国是世界上最大的钾肥进口国，钾肥大量进口每年进口约500万吨，青海察尔汗盐湖虽有丰富含钾卤水可以开发利用，但由于自然环境恶劣，缺水、缺能源，很难大量开采利用，加上交通不便，路途遥远，产品运到东部成本也不低。

发明内容

本发明提供一种秸杆发电灰渣与纯碱废碱渣综合利用，提取氯化钾的工艺方法，解决从秸杆发电高温灰渣(主要含钾成分为硅酸钾)中提取氯化钾(钾肥)等的工艺新方法。其转化剂是氨碱法纯碱生产中排出的废液和废渣。秸杆发电经高温煅烧的灰渣，其含钾化学成分主要是不溶性的硅酸钾其肥效很低，但与碱渣在高温反应后能转化成可溶性的氯化钾并联产氯化钙、再制盐或低钠盐等化工产品。

本发明具体内容

一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，其特征在于：碱渣含(H2O 50％)和钙母液含(CaCO3 42％)以1∶1~3∶0.7干基重量比，混合成生料浆，再经过湿法回转窑焙烧或干燥后于干法回转窑或立窑进行焙烧，高温段600~900℃保持45~60分钟，焙烧后的熟料用氨碱废液澄清液进行浸取；浸取剂废碱液与熟料的液固比为1∶0.8~1，浸取液经过过滤、蒸发、结晶、干燥等工序，获得氯化钾(KCL)、再制盐(NaCl)、氯化钙(CaCl2)化工产品，过滤洗涤后的残渣做为建材原料及工程土。

原料碱渣可以是堆积碱渣也可以是生产中直接排渣，经压滤后的碱渣或废渣液经碳化并压滤后的碱渣，所用废碱液可以是生产排出的纯碱废液，也可以用经过自然日晒后高浓度的氨碱废液。

必须用氨碱废液澄清液浸取熟料，用以回收热能和其中的CaCl2和NaCl。

经浸取洗涤后的残渣做为建材原料：包括水泥、砂浆、砌块、墙体材料、砖或工程土。

本发明的特点是：由于本工艺所用原料为无大用途的秸秆发电灰渣和废碱液、废碱渣，故原料成本低廉，而且除生产钾肥(KCl)外，还可联产氯化钙、再制盐等高附加值化工产品。从秸秆发电灰渣中有效提取钾肥，应该是发展方向，同时氨碱法纯碱生产，废碱液、碱渣的排放造成公害历来就是制约纯碱工业的生存与发展的大问题。本法可减轻碱渣排放公害。秸杆发电是国家可再生能源发展方向，其灰渣提钾是降低成本，提高效益的关键所在，也可以在一定程度上缓解氯化钾(钾肥)的缺口。

附图说明

附图1为本工艺方法的流程示意图。

说明：本工艺流程中的碱渣和钙母液都来源于氨碱法纯碱生产，蒸氨塔排出的纯碱废渣液(简称“氨碱废液”或“废液”)，废液中含约5％的固体物而废液在排放堆存中清液大部分流失(或过滤)，剩下的固体物就是碱渣(含H2O约50~70％)。因为本工艺焙烧熟料是用废液的清液来浸取的，(见流程图1)而澄清后的碱渣(经堆放)可做为配料，而循环配料用的钙母液也是靠废液中的CaCl2的补充，才能达到物料平衡。因此，从本质上讲，本工艺所用的配料实际上就是氨碱法纯碱生产中蒸氨塔排出的废渣液。碱厂习惯称“氨碱废液”或“废液”。

本工艺的后部分，氯化钾、氯化钙、氯化钠的提取与精制，已有较为成熟的技术。

具体实施例

本工艺过程(见流程图1)是将秸秆发电的灰渣与碱渣(含水约50％)和钙母液(含CaCl2约42％)、秸秆灰渣∶碱渣∶钙母液＝1∶1~3∶0.7在搅拦罐中搅拌均匀，制成生料浆，再进入焙烧窑(湿法)进行干燥与焙烧，焙烧温度在高温段600~900℃，保持约60~80分钟，焙烧后熟料经破碎后进入螺旋浸取器，按液固比1∶0.8~1加入经过澄清的废液清液做为浸取剂，浸取液成浆状于搅拌罐中搅20~30分钟后进入压滤洗涤工序，当压滤至含液量20％左右时，用废液清液进行洗涤，洗涤液返回螺旋浸取系统以更充分地回收钾盐。先压滤出的滤液进入蒸发工序。压滤后的排渣Cl-含量应控制在1％以下，{堆存的}排渣可做建材。浸取过滤液，经蒸发浓缩，先析出粗盐，经离心分离、洗涤、过滤、干燥制成再制盐产品，析出粗盐的母液经过冷却结晶、离心分离、粗钾洗涤和过滤后制得氯化钾产品，提钾后的母液称钙母液(CaCl2 42％)，大部分返回系统配料，一部分进入制氯化钙工序，经换热升温、澄清分离、升降膜蒸发、保温沉降后制成氯化钙产品。

原料碱渣可以是堆积碱渣也可以是生产中直接排渣，经压滤后的碱渣或废渣液经碳化并压滤后的碱渣，所用废碱液可以是生产排出的纯碱废液，也可以用经过自然日晒后高浓度的氨碱废液。

必须用氨碱废液的澄清液浸取熟料，用以回收热能和其中的CaCl2和NaCl。

经浸取洗涤后的残渣做为建材原料：包括水泥、砂浆、砌块、墙体材料、砖或工程土。

本工艺焙烧设备以湿法回转长窑为最理想，自动化程度高，耗能低，但需要解决尾部结泥圈问题。其它隧道窑、立式窑等劳动强度大，自动化程度低，且用立窑需先烘干，工艺过程复杂。

本工艺焙烧反应的机理探讨

                        ]秸杆灰渣的主要化学成份分析：(％)

K2O	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Cl	H2O
								15～30	20~50	4～7	1.5~2.5	6～20	3～8	微	微

                          碱渣化学成份分析(％)

CaCO3	CaO	CaCl2	NaCl	SiO2	Mg(OH)2	Al2O3	Fe2O3	CaSO4
									51.83	7.27	20.00	5.30	6.50	3.04	1.21	1.10	1.81

秸秆灰渣与碱渣和钙液的反应机理，根据有关资料记载和发明人的理解大致如下：

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂·11CaO+CaCl₂＝2CaO·Al₂O₃·SiO₂+5(2CaO·SiO₂)+2KCl·K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+2NaCl＝Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂·2KCl

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+2NaC+XCaCO₃＝NaO·Al₂O₃+6CaO·SiO₂+2KCl+XCO₂+(X-6)CaO

上述K+与Ca++、Na+的置换反应必须有足够过量的Na+、Ca++反应才能达到较高的转化率，Cl-必须有足够的浓度才能推动反应的进行，故必须加入大量的钙母液，过量的钙母液是循环使用的，其中一部分参与反应，大部分只是做为推动力参与其中，钙母液中CaCl2与秸杆灰渣中的K2O之比约为8∶1，这只有废物利用才能实现，如果用单一转化剂，要花钱买昂贵的CaCl2转化剂，是很难实现工业化的。加CaCl2是提高转化率的主要因素，因为CaCl2中的Ca++很容易与秸秆灰渣的硅铝氧化物形成牢固的硅铝酸钙(CaOAl2O·SiO2)从而置换出KCl，而硅铝酸钙正是做水泥和建材的基本化学成分。因配料中有CaCO3参加反应，不但使置换反应加速进行。而且CaCO3在高温段分解逸出CO2使焙烧熟料松散多孔，不结块，成形性、流动性好，使焙烧操作能正常运行，而且不结瘤，不烧成玻璃体，(因为熔点高)，也便于浸取提出有效成份。这是本工艺能实现正常工业化的基础。

本工艺方法前半部的生料制备和焙烧部分，所采用的设备是当今水泥生产设备。后半部浸取分离、蒸发浓缩、结晶、干燥等也都是常用化工单元设备，尤其是CaCl2、NaCl、KCl的生产工艺和设备都是比较成熟的，所以形成大规模工业化生产的条件也是比较成熟的。这也为本工艺方法的成功实施提供客观上有利的条件。

Claims (4)

1、一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，其特征在于：碱渣含H2O 50％和钙母液含CaCL2 42％以1∶1~3∶0.7干基重量比混合成生料浆，再经过湿法回转窑焙烧或干燥后于干法回转窑或立窑进行焙烧，高温段600~900℃保持60~80分钟，焙烧后的熟料用氨碱废液澄清液进行浸取；浸取剂废碱液与熟料的液固比为1∶0.8~1，浸取液经过过滤、蒸发、结晶、干燥等工序，获得氯化钾KCl、再制盐NaCl、氯化钙CaCl2化工产品，过滤洗涤后的残渣做为建材原料及工程土。

2.根据权利要求1所述一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，其特征在于：原料碱渣可以是堆积碱渣也可以是生产中直接排渣，经压滤后的碱渣或废渣液经碳化并压滤后的碱渣，所用废碱液可以是生产排出的纯碱废液，也可以用经过自然日晒后高浓度的氨碱废液。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，其特征在于：用氨碱废液澄清浸取熟料，用以回收热能和其中的CaCl2和NaCl。

4.根权利要求1所述一种秸秆发电灰渣与纯碱废渣综合利用提取氯化钾的工艺方法，其特征在于：经浸取洗涤后的残渣做为建材原料：包括水泥、砂浆、砌块、墙体材料、砖或工程土。

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