CN101723410B

CN101723410B - 从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法

Info

Publication number: CN101723410B
Application number: CN 200910227180
Authority: CN
Inventors: 刘宪; 杨运泉; 杨帆; 沈毅; 蒋新民
Original assignee: Xiangtan University; Hunan Hualing Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xiangtan University; Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd; Hunan Hualing Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: CN101723410A

Abstract

从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法，包括以下主要步骤：(A)采用工业水洗浸取液循环的方式脱钾，采用离心过滤或离心沉降的方式进行悬浮液的固液分离；(B)在脱钾液中加入NH₄HCO₃除杂，加入活性炭或工业焦粉脱色；(C)添加工业(NH₄)₂SO₄进行蒸发结晶，制取硫酸钾。本发明可彻底消除烧结灰直接回用配料时其中钾、钠等碱金属在炼铁高炉内的循环富集所造成的侵蚀和对烧结电除尘系统效率等的不利影响，同时又能实现钾资源的高效回收利用。

Description

从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法

发明领域

本发明涉及一种从钢铁厂烧结灰中回收氯化钾及制备硫酸钾的方法，属于钾盐生产技术，也属于钢铁冶金企业固体废弃处理技术。

背景技术

铁矿石烧结是钢铁生产中的重要环节。烧结灰是钢铁厂铁矿石烧结过程中通过烧结机头烟气电除尘器收集的灰尘微粒的简称和俗称。其产生量约占烧结矿产量的1％～2％，中国每年由此所产生的烧结灰高达1000万吨左右。国内现阶段烧结灰的综合利用途径主要是通过采用直接重新配入烧结料回用的方式来实现。由于铁矿石来源的不同，部分矿石原料中含有较高的K、Na等碱金属元素，这些碱金属元素所形成的化合物因沸点低，在高温烧结过程中直接挥发至烟气中，或被焦炭还原成相应的单质金属气体而逸出，并在电除尘系统中凝结、氧化，再被扑集进入除尘灰中。现行的烧结灰反复直接重新配料回用至铁矿石的综合利用技术，会使其中的K、Na等碱金属元素在循环过程逐渐富集，最终达到4％～20％wt(以K₂O计)的含量。烧结灰中钾、钠等碱金属化合物含量过高，一方面会造成对炼铁高炉炉体的侵蚀，从而影响高炉的使用寿命，导致高炉休风和炼铁生产的不稳定。另一方面，会使这些亚微米级的粉尘颗粒比电阻增大，从而难以被电除尘器有效捕集，显著影响烧结电除尘器的除尘效率和操作稳定性，导致电除尘排放烟气的粉尘浓度超标和装置运行能耗增大。因此，开发高效、经济和环保的烧结灰碱金属除杂与杂质的资源化利用新技术，已成为国内大中型钢铁企业生产的重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种从钢铁厂烧结灰中回收氯化钾及制备硫酸钾的方法。

本发明的技术方案包括下列主要步骤：(A)采用工业水洗浸取液循环的方式脱钾，采用离心过滤或离心沉降的方式进行悬浮液的固液分离；(B)在脱钾液中加入NH₄HCO₃除杂，加入活性炭或工业焦粉脱色；(C)添加工业(NH₄)₂SO₄进行蒸发结晶，制取硫酸钾。

(A)步骤中所说的脱钾与固液分离，是指在工业水中加入0.1％～3％分散剂，再在60～200r/min转速下，按烧结灰与工业水的固液比为1∶1～1∶5的比例加入钾含量在4％～20％的烧结灰，室温搅拌20～60min，搅拌结束后，烧结灰悬浮液采用离心过滤，所得滤渣重新回用于铁矿石烧结配料，滤液循环回用于水洗脱钾过程，直到脱钾液中钾含量接近饱和。

(B)步骤中所说的除杂和脱色，是在水洗脱钾饱和含钾溶液中，添加NH₄HCO₃量为0.6％～1.2％，同时添加0.5％～2‰粉末状活性炭或0.5％～2％粒度为10～80目工业焦粉。

水洗脱钾所得的饱和含钾溶液其pH值在11.0左右，其中含有一定量的Ca²⁺、Mg²⁺及少量的Fe³⁺、Fe²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等杂质金属离子，添加0.6％～1.2％(以烧结灰质量为基准)NH₄HCO₃，使其中的少量杂质金属离子M(M＝Ca²⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Fe²⁺等)生成MCO₃沉淀。离心过滤，于除杂后的溶液中添加0.5‰～2‰(以烧结灰质量为基准)粉末状活性炭或1.5％～5.0％(以烧结灰质量为基准)的、粒度为10～80目的工业焦粉，常温搅拌10～30min，以脱除溶液中杂质(主要是Fe²⁺和Fe³⁺)带来的色度。除杂脱色过程中，可视具体情况在溶液中添加少量碱性物质如氢氧化钾、氢氧化钠等以保持体系的pH＞8.0，以使沉淀反应完全。除杂脱色过程所产生的滤渣再配作铁矿石烧结料使用。

(C)步骤中所说的蒸发结晶，是指对除杂脱色得到的精钾溶液中添加的工业(NH₄)₂SO₄，使溶液中

的摩尔比达到(2～2.2)/1，溶液经真空蒸发浓缩至原体积的1/8～1/4，30～40℃下冷却结晶、离心过滤得到初品硫酸钾(K₂O＞50％)。

粗品硫酸钾经重结晶即得农用优等品硫酸钾；两次结晶母液混合再次蒸发浓缩至原体积的1/7～1/10，再经冷却结晶及离心过滤，即制得农用一等品K₂SO₄；最后剩余母液蒸干即得(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶。该混合物经与磷肥复混，即可生产农用复混肥。

采用上述方法所制得的硫酸钾，其质量分别符合GB20406-2006标准中优等品和一等品指标要求；所得的(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶与磷肥复混，可配制K₂O＞10％、TN＞15％的农用复混肥；烧结灰中钾的总回收率＞90％。

本发明的优点是：以钢铁企业烧结电除尘灰为原料，经室温下水洗脱钾，浸出液除杂、脱色、蒸发、结晶可得到农用肥优等品和一等品硫酸钾，并可利用最终剩余母液蒸干所得的(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶配制农用复混肥。工艺流程简单，生产过程环境友好，无工业三废排放，设备投资少，成本低。既可彻底消除烧结灰直接回用于铁矿石配料时其中钾、钠等碱金属对炼铁高炉的侵蚀问题，提高高炉的使用寿命，降低高炉的休风率和炼铁生产的不稳定性，又能实现烧结机头电除尘灰中钾资源的高效回收利用，是一种具有良好工业化推广应用前景和优势的烧结机头电除尘灰综合利用新技术。

附图说明

附图为从钢铁厂烧结灰中回收钾及制备硫酸钾工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

室温下取250kg含钾8％的烧结灰，加入到1000L水中(固液比为1∶4)，并在其中加入0.50kg分散剂，再在80r/min搅拌转速下搅拌30min。搅拌结束后，烧结灰悬浮泥浆经离心过滤，所得滤液依上方法用于循环水洗脱钾2次，所得滤渣掺作铁矿石烧结料。抽取pH值约11.2的滤液，于其中加入6kg工业NH₄HCO₃、0.5kg粉末活性炭，于80r/min转速下搅拌15min，加入0.60kgKOH保持体系的pH在8.5左右，以使沉淀反应完全。除杂、脱色完成后，悬浮液经离心过滤，滤渣返回作铁矿石烧结配料，精钾溶液中加入96kg工业(NH₄)₂SO₄，在蒸发器中用低压蒸汽(～0.2MPa)蒸发浓缩至原体积的1/6，室温冷却至35℃左右，结晶、离心即得粗品硫酸钾，粗品硫酸钾经重结晶、离心过滤，即得符合GB20406-2006标准中优等品的农用肥料硫酸钾。上述所得的两次结晶母液混合后，再次蒸发至原体积的1/10，冷却结晶得农用肥一级品K₂SO₄，将最终母液蒸至近干，即可进一步制备(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶，该混合物经与磷肥复混，即可生产农用复混肥。

经分析，农用优等品硫酸钾中K₂O含量为52.48％、Cl^-含量为0.04％；农用一等品K₂SO₄中K₂O含量为45.48％、Cl^-含量为1.37％；(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶中K₂O含量为15.86％、N含量为19.76％；烧结灰中钾元素的总回收率为90.58％。

实施例2：

室温下取200kg含钾10％的烧结灰，加入到800L水中(固液比为1∶4)，并在其中加入0.75kg分散剂，再在80r/min转速下搅拌20min。搅拌结束后，烧结灰悬浮泥浆经离心过滤，所得滤液依上方法用于循环水洗脱钾3次，所得滤渣掺作铁矿石烧结料。抽取pH值约11.5的滤液，于其中加入8kg工业NH₄HCO₃、15kg粒度为60目的工业焦粉，于80r/min转速下搅拌15min进行溶液的除杂脱色。搅拌过程中加入0.75kg工业KOH片碱以保持体系的pH 在8.5左右，以使沉淀反应完全。悬浮液经离心过滤，滤渣返回作铁矿石烧结配料。于精钾溶液中加入125kg工业(NH₄)₂SO₄，蒸发浓缩至原体积的1/5，室温冷却至35℃左右，结晶即得粗品硫酸钾，粗品硫酸钾经重结晶精制即得农用肥优等品硫酸钾，两次结晶母液混合后再次蒸发至原体积的1/9，冷却结晶得农用肥料一等品K₂SO₄，最终母液蒸至近干，即得(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶。经分析，农用肥优等品硫酸钾中K₂O含量为53.06％、、Cl^-含量为0.032％；农用一等品K₂SO₄中K₂O含量为45.88％、Cl^-含量为1.27％；(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶中K₂O含量为14.86％、N含量为18.76％；烧结灰中钾的总回收率91.15％。

实施例3：

室温下取400kg含钾8％的烧结灰，加入到2000L工业水中(固液比为1∶5)，并在其中加入2kg分散剂，再在80r/min转速下搅拌30min。搅拌结束后，烧结灰悬浮泥浆经离心过滤，所得滤液依上方法用于循环水洗脱钾4次，所得滤渣掺作铁矿石烧结料。抽取pH值约10.5的滤液，于其中加入15kg NH₄HCO₃、40kg粒度为70目工业焦粉，于80r/min转速下搅拌12min进行溶液的除杂脱色。搅拌过程中加入3.0kg含量为85％的工业KOH片碱以保持体系的pH在8.5左右，以使沉淀反应完全。悬浮液经离心过滤，滤渣返回作铁矿石烧结配料。于精钾溶液中加入250kg(NH₄)₂SO₄，蒸发浓缩至原体积的1/6，室温冷却至30℃，结晶即得粗品硫酸钾，粗品硫酸钾经重结晶后即得农用肥料优等品硫酸钾，两次结晶母液混合后再次蒸发至原体积的1/8，室温冷却结晶即得农用肥料一等品K₂SO₄，最终母液蒸至近干，可得(K，NH₄) ₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶。经分析，农用肥料优等品硫酸钾中K₂O含量为52.65％、Cl^-含量为0.038％；农用一等品K₂SO₄中K₂O含量为46.18％、Cl^-含量为1.17％；(K，NH₄)₂SO₄+(K，NH₄)Cl混合结晶中K₂O^-含量为12.86％、N含量为19.16％；烧结灰中钾的总回收率95.45％。

Claims

1.从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法，其特征在于包括以下主要步骤：

(A)采用工业水洗浸取液循环的方式脱钾，采用离心过滤的方式进行悬浮液的固液分离，在工业水中加入0.1％～3％的分散剂，再在60～200r/min转速下，按烧结灰与工业水的固液比为1∶1～1∶5的比例加入钾含量为4％～20％的烧结灰，室温搅拌20～60min，搅拌结束后，烧结灰悬浮液采用离心过滤，所得滤渣重新回用于铁矿石烧结配料，滤液循环回用于水洗脱钾过程，直到脱钾液中钾含量接近饱和；(B)在脱钾液中加入NH₄HCO₃除杂，加入活性炭或工业焦粉脱色；(C)添加工业(NH₄)₂SO₄进行蒸发结晶，制取硫酸钾。

2.根据权利要求1所述的从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法，其特征在于：

(B)步骤中在水洗脱钾饱和含钾溶液中，添加0.6％～1.2％的NH₄HCO₃，同时添加0.5‰～2‰粉末状活性炭或0.5％～2％粒度为10～80目工业焦粉。

3.根据权利要求1所述的从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法，其特征在于：

(C)步骤中对除杂脱色得到的精钾溶液中添加的工业(NH₄)₂SO₄，使溶液中K⁺/

的摩尔比达到(2～2.2)∶1，溶液经真空蒸发浓缩至原体积的1/8～1/4，30～40℃下冷却结晶、离心过滤得到初品硫酸钾。

4.根据权利要求1所述的从钢铁厂烧结灰中回收钾元素及制备硫酸钾的方法，其特征在于：对初品硫酸钾重结晶；两次结晶母液混合再次蒸发浓缩至原体积的1/7～1/10，结晶及离心过滤，得到纯度更高的K₂SO₄；最后剩余母液蒸干得(K，NH₄)₂SO₄+(k，NH₄)Cl混合结晶，该混合物经与磷肥复混，得到农用复混肥。