CN101643371A - 一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法。该方法是采用高温钢渣或高温高炉渣作为热源，利用其中的CaO、MgO以及外加的助剂对钾长石进行处理，破坏钾长石的晶格结构，使其中的钾离子可以通过浸出的方法提取出来，从而得到钾肥。由于钾长石中的硅氧化物和铝氧化物与助剂中的钙元素反应生成硅酸钙和铝酸钙等物质，这使提取钾之后的固体渣可以用来生产水泥、钢渣微粉、作道路工程材料或回填材料、作沥青混凝土骨料，或者用来生产微晶玻璃。

Description

一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法

技术领域

本发明涉及一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法，属于固体废弃物利用及难处理矿物资源化技术领域。

背景技术

钢铁行业由于涉及大量的高温、熔炼和烧结等操作，一直是我国的能耗大户。为了降低能耗并实现可持续的发展战略，钢铁行业的余热利用一直为众多学者所关注。其中炼钢工序所产生的高温钢渣的余热利用则是该研究的热点和难点。之所以成为热点是因为钢渣出炉时温度极高，一般在1500～1700℃，甚至高于钢水30～40℃，其中含有大量高品位热能，极具回收价值。但之所以成为难点是因为钢渣腐蚀性强，含有大量CaO、MgO，遇到可燃物和液体水往往立即发生爆炸，此外随着降温，钢渣会从液体转化为坚硬且不规则的块体，难以处理和输送。所以钢渣热能的利用一直没有成熟的方法面世。曾有学者提议用惰性气体对钢渣进行风淬以得到高温气流用以回收热能，但这种方法仍然处于研究阶段，罕有工程实践的报道。

高炉渣是炼铁过程中产生的废渣，和钢渣类似，主要成分也是CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂等，但其煅烧程度略低一些。高炉渣是重要的水泥工业原料、矿渣砖原料和矿渣混凝土原料。目前世界各国对高炉渣的利用非常充分，然而，目前各种工艺都是没有对高炉渣的显热进行利用，大多通过水淬使高炉渣变成疏松颗粒。其中大量的显热都耗散入环境中。

另一方面，我国耕地普遍缺钾，南方尤为严重，以贵州为例，全省有1/2的土地缺钾，导致粮食产量增产困难、烤烟“无味”、玉米矮小。钾肥的缺乏已经成为制约我国高效农业发展的“瓶颈”。统计显示我国当前80％的钾肥依赖进口，如何缓解甚至解决钾肥匮乏的现状是关系到国计民生的大事。而我国非水溶性钾资源却十分丰富，尤其以钾长石为主的难溶性钾资源储量大、分布广，目前有储量报道的矿源就有40多个，总量达100亿吨以上。因而利用钾长石等难溶性钾资源，开展提钾工艺研究，制取钾肥和复合肥，具有重要的经济和战略意义(韩效钊，胡波，肖正辉，陈敏，茅伟，钾长石与磷矿共酸浸提钾过程实验研究，化工矿物与加工2005，9，1-3)。然而，钾长石的化学式为KAlSi₃O₈，含钾量在17％左右，化学性质极其稳定，其中的Si、Al、O呈稳定的四面体网络结构，除了HF以外，常温常压下没有任何酸或碱能明显破坏其结构，在大自然长期的作用下它也很难被风化。

目前：处理钾长石制备钾肥的方法主要有以下几种：1)火法；2)硫-氟混酸低温分解法；3)加压浸取法；4)硫酸加助剂低温分解法；5)高温烧结水浸取法；6)熔盐浸取法等等(刘文秋，从钾长石中提取钾的研究，长春师范学院学报(自科版)，2007，26(1)，52-55)。其中方法2)和4)设备腐蚀严重，且副产物量太大，3)和5)对设备的要求较高，6)尚无成熟的技术问世。火法由于能耗太大，基本没有应用价值。

可见一方面我国钢渣和高炉渣中的热能无法有效利用，而另一方面用火法处理钾长石又因为能耗太大而难以付诸实践。本发明的目的在于结合这两个工艺并同时解决钢渣和高炉渣中热能的利用和钾长石高温分解的问题；此外，利用了钢渣或高炉渣中大量存在的CaO、MgO来破坏钾长石的晶体结构，使其中钾离子的提取成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服当前高温钢渣和高温高炉渣中的热能无法利用，同时钾长石高温分解又能耗太高的问题。利用高温的钢渣或高温高炉渣处理钾长石，破坏其晶格结构，使其中的K离子可以通过水浸而释放出来。从而同时克服钢渣和高炉渣热能难以利用、钾长石难以分解和我国钾肥资源匮乏这三方面的困难。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法，该方法按如下方案实现：

将钾长石粉碎至1mm的粒度以下，并加入助剂，助剂可以是硫酸钙、氯化钙和碳酸钙中的任意1～3种的混合物，将钾长石和助剂与温度高于1400℃的钢渣或温度高于1400℃的高炉渣一同送入容器中，钢渣或高炉渣和钾长石的质量比为1∶0.1～1∶0.9，钾长石(KAlSi₃O₈)和助剂的摩尔比为1∶2～1∶15，利用钢渣或高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr～5hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为4∶1～10∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率在60％-93％之间。该方法既利用了钢渣或高炉渣的热能又得到了钾肥，此外由于引入钾长石的同时又加入了含钙助剂，使钾长石中的硅氧化物和铝氧化物变成硅酸钙及铝酸钙等物质，有利于残渣的进一步资源化利用。

具体实施方式

本发明提供一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法，具体工艺步骤如下：

将钾长石粉碎至1mm的粒度以下，并加入助剂，助剂可以是硫酸钙、氯化钙和碳酸钙中的任意1～3种的混合物，将钾长石和助剂与温度高于1400℃的钢渣或温度高于1400℃的高炉渣一同送入容器中，钢渣或高炉渣和钾长石的质量比为1∶0.1～1∶0.9，钾长石(KAlSi₃O₈)和助剂的摩尔比为1∶2～1∶15，利用钢渣或高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr～5hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为4∶1～10∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率在60％-93％之间。

下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明。

实施例1：

将1吨钾长石粉碎至0.2～0.5mm的粒度，和1吨硫酸钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和硫酸钙的摩尔比例为1∶2)，再和5吨1400℃的高炉渣一同送入容器中，利用高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为5∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为80％。

实施例2：

将1吨钾长石粉碎至0.1～0.2mm的粒度，和5.45吨碳酸钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和碳酸钙的摩尔比例为1∶15)，再和10吨1550℃的高炉渣一同送入容器中，利用高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物3hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为9∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为88％。

实施例3：

将10吨钾长石粉碎至0.05-0.1mm的粒度，和16.1吨氯化钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和氯化钙的摩尔比例为1∶4)，再和20吨1700℃的钢渣一同送入容器中，利用钢渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为6∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为73％。

实施例4：

将10吨钾长石粉碎至0.8-1mm的粒度，和7.3吨碳酸钙钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和碳酸钙的摩尔比例为1∶2)，再和11.1吨1700℃的钢渣一同加入处理罐中，利用钢渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为4∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为60％。

实施例5：

将10吨钾长石粉碎至0.05-0.1mm的粒度，和8.07吨氯化钙与9.89吨硫酸钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和[氯化钙+硫酸钙]的摩尔比例为1∶4)，再和30吨1600℃的钢渣一同加入处理罐中，利用钢渣的热量处理钾长石和助剂的混合物5hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为10∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为89％。

实施例6：

将5吨钾长石粉碎至0.05-0.1mm的粒度，和7.27吨碳酸钙与9.89吨硫酸钙混合(钾长石KAlSi₃O₈和[碳酸钙+硫酸钙]的摩尔比例为1∶8)，再和25吨1500℃的高炉渣一同加入处理罐中，利用高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物5hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为6∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率为93％。

Claims (1)

1.一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法，其特征在于该方法按如下方案实现：

将钾长石粉碎至1mm的粒度以下，并加入助剂，助剂可以是硫酸钙、氯化钙和碳酸钙中的任意1～3种的混合物，将钾长石和助剂与温度高于1400℃的钢渣或温度高于1400℃的高炉渣一同送入容器中，钢渣或高炉渣和钾长石的质量比为1∶0.1～1∶0.9，钾长石(KAlSi₃O₈)和助剂的摩尔比为1∶2～1∶15，利用钢渣或高炉渣的热量处理钾长石和助剂的混合物2hr～5hr，而后用水来进行浸取，水固质量比为4∶1～10∶1，将浸出液蒸发结晶后得到含有K、Ca、Mg的复合肥料，钾长石中钾的浸出率在60％-93％之间。