CN104609443A - 冶金行业烧结机头电除尘灰提取钾盐的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法及设备。步骤包括：搅拌浸取、化学沉淀、机械离心分离和蒸发结晶。设备包括烧结灰浸出池依次连接一级压滤单元、富液储存箱、化学沉淀罐、机械离心分离单元、蒸发结晶单元。本发明使用工业水对电除尘灰直接浸取提钾盐；化学方法使浸取液中的杂质金属离子快速、稳定的形成沉淀，产品纯度更高；采用机械离心分离对沉淀后的溶液进行高效分离；加入工业水和蒸发结晶单元返回的冷凝水对滤渣进行二次浸取，并将二级压滤和离心分离单元产生的贫液返回用作烧结灰浸取液，既保证了烧结灰中钾盐最大限度的提取，也保证了整个系统浸取液的合理分配，无废水外排。本发明结构简单，经济可靠，通过蒸发结晶干燥后，可获得高纯度的钾盐产品。

Description

冶金行业烧结机头电除尘灰提取钾盐的方法及设备

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化综合利用技术领域，同时也属于化工生产技术领域，具体涉及一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法及设备。

背景技术

冶金行业是我国经济高速发展的一个重要支柱产业，但同时也是高能耗和高污染的产业之一。其中，烧结过程中产生的大量粉尘是冶金行业的主要污染源之一。据统计，我国每年产生的烧结机头电除尘灰（简称烧结灰）高达1500万吨左右，其含有大量的铁、钙、硅、碳、钾、钠、氯等元素，同时还含有少量的铅、锌、铜等重金属元素。因此，如何合理处置烧结灰，并合理利用其有效资源，对于环境保护和冶金行业的可持续发展均具有重要的意义。

由于烧结灰中富含易溶于水的钾、钠盐及具有危害性的重金属元素，因此，不宜对其进行堆存或填埋处理。目前，对于烧结灰的综合处理，国内冶金行业大多将其直接返回原工序进行重新配料、烧结，以回收利用其中含有的铁和残余碳等有用元素。虽然此方法在一定程度上实现了对烧结灰的处理和资源化利用，但在不断循环返回烧结的过程中，烧结灰中含有的钾、钠、锌、铅等有害元素会不断富集。尤其是钾、钠等碱金属元素的富集，不仅会对高炉本体及辅助设备造成腐蚀毁损，严重影响原工序的正常运行，还会降低电除尘器的除尘效率和运行稳定性。同时，直接返回烧结也造成了其中部分金属元素的资源浪费。因此，如何更合理的资源化利用烧结灰，受到了越来越多的关注。

检测分析表明，烧结电除尘灰中含有较多的钾元素，并以氯化钾、硫酸钾等形式存在。作为农业大国的中国，钾肥资源缺乏且分布不均，需大量进口。因此，从烧结灰中提取钾盐，既能有效解决碱金属富集对冶金工序正常运行会产生不利影响的问题，又能有效的缓解我国钾肥紧缺的现状，具有重要的意义和广阔的前景。

专利CN101428832公开了一种从烧结除尘灰中提取硫酸钾及其制备的方法。该发明采用常温浸泡3天的方式对烧结除尘灰进行浸提硫酸钾，耗时长，且浸取效率低；此外，该方法通过加入大量的有机溶剂甲酰胺，来提高硫酸钾的结晶产率，但未采取有效措施去除浸出液中含有的其它杂质金属离子，以致影响最后得到的硫酸钾产品纯度。

此外，CN101234766公开了一种利用钢铁厂烧结电除尘灰来生产氯化钾的方法。该方法采用的是振荡浸取，且通过自然沉降的方式来实现固液分离，耗时长，效率低，尤其是对粒径较小的烧结灰，难以达到高效的固液分离；此外，该发明采用缓慢冷却、分步结晶，耗时长。

发明内容

本发明的目的是提供一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法及设备，以解决现有工序中烧结灰返回烧结工序时，其含有的钾、钠等碱金属元素因不断富集而对原工序会产生严重不利影响的问题，同时使提取出的钾盐满足农业用品的要求，缓解我国钾盐短缺的现状。

本发明的目的通过下述技术解决方案实现：烧结机头电除尘灰中钾元素是以氯化钾、硫酸钾等形式存在，采用直接加水溶解，便可使烧结灰中的钾盐溶解而转入液相中。但由于在溶解的过程中，烧结灰中含有的铁、钙、镁、铜、锌、铝、锰、铅等金属元素，也会发生部分溶解进入液相，形成Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Mn²⁺、Pb²⁺等。因此，为高效去除烧结灰浸取液中的不溶成分及杂质金属离子，得到高纯度钾盐，本发明采用了搅拌浸取、化学方法沉淀、机械离心分离和蒸发结晶等操作。其中，化学沉淀操作通过加入氢氧化钾、碳酸钾等碱性物质或硫化物来实现，机械离心分离单元则为卧式螺旋卸料沉降离心机。

本发明中对烧结灰进行浸取、分离、提纯钾盐的方法，包括如下步骤。

（1）加入工业水，对烧结灰在搅拌的条件下进行浸取，浸取完成后，将形成的悬浊液输送至一级压滤单元进行固液分离；分离产生的富含钾盐的富液进入到富液储存箱，而滤饼则进入到滤渣浸出池，进行再次浸取。

（2）滤饼在滤渣浸出池中进行搅拌浸取后，用泵将其输送至二级压滤单元进行过滤，产生的滤渣经干燥后直接返回原工序，进行重新配料、烧结，而滤液则返回烧结灰浸出池，用作烧结灰的浸取液。

（3）储存于富液储存箱中的富液，用泵转送至化学沉淀罐后，加入氢氧化钾、碳酸钾等碱性物质，将化学沉淀罐内富液的pH值调节为8~9；此时，在溶液中将发生如下反应：

Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓

Cu²⁺ + 2OH^- = Cu (OH)₂↓

Al³⁺ + 3OH^- = Al (OH)₃↓

Zn²⁺ + 2OH^- = Zn (OH)₂↓

Mn²⁺ + 2OH^- = Mn (OH)₂↓

Pb²⁺ + 2OH^- = Pb (OH)₂↓

在pH值调节为8~9后，溶液中的大部分杂质金属离子均可以通过反应生成沉淀而进入固相。

（4）pH调节完成后，将溶液输送至机械离心分离单元进行沉淀去除。

（5）通过机械离心分离单元中卧式螺旋卸料沉降离心机的作用，可以高效分离出溶液中金属氢氧化物沉淀等不溶成分，即便是粒径较小的颗粒物，也能实现有效的分离。

（6）实现固液分离后富含钾盐的富液进入到后续蒸发结晶单元中，进行钾盐的生产；离心分离过程中产生的滤渣则进入到滤渣浸出池中进行再次浸取，以提取其中仍可能含有的少量钾盐。

一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的设备，烧结灰浸出池依次连接一级压滤单元、富液储存箱、化学沉淀罐、机械离心分离单元、蒸发结晶单元。

所述一级压滤单元还连接滤渣浸出池，滤渣浸出池连接二级压滤单元。

所述机械离心分离单元是卧式螺旋卸料沉降离心机。

本发明的有益效果是：本发明使用工业水对烧结机头电除尘灰进行直接浸取提钾盐，采用机械分离的方法对浸取后形成的悬浊液进行固液分离，较专利CN101234766中采用自然沉降的方式进行固液分离更为高效、可行；通过化学方法使浸取液中的杂质金属离子快速、稳定的形成沉淀而进入固相，与专利CN101234766中最后得到的产品比较，杂质金属元素更少，产品纯度更高；同时采用卧式螺旋卸料沉降离心机对沉淀后的溶液进行高效固液分离，即便是粒径较小的颗粒物，也能实现有效的分离；此外，本发明中，采用加入工业水和蒸发结晶单元返回的冷凝水对滤渣进行二次浸取，并将二级压滤和离心分离单元产生的贫液返回用作烧结灰浸取液，既保证了烧结灰中钾盐最大限度的提取，也保证了整个系统浸取液的合理分配，无废水外排。整个浸取分离装置结构简单易行，经济可靠，能高效提取并分离出烧结灰中的钾盐，通过蒸发结晶干燥后，可获得高纯度的钾盐产品，对有效解决我国钾盐短缺的现状和碱金属富集会产生不利影响的问题均有积极意义。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法，步骤包括：搅拌浸取、化学沉淀、机械离心分离和蒸发结晶。

所述搅拌浸取步骤包括：

（1）加入工业水，对烧结灰在搅拌的条件下进行浸取，浸取完成后，将形成的悬浊液输送至一级压滤单元进行固液分离；分离产生的富含钾盐的富液进入到富液储存箱，而滤饼则进入到滤渣浸出池，进行再次浸取；

 （2）滤饼在滤渣浸出池中进行搅拌浸取后，用泵将其输送至二级压滤单元进行过滤，产生的滤渣经干燥后直接返回原烧结工序，进行重新配料、烧结，而滤液则返回烧结灰浸出池，用作烧结灰的浸取液。

所述化学沉淀步骤包括：

（3）储存于富液储存箱中的富液，用泵转送至化学沉淀罐后，加入氢氧化钾、碳酸钾等碱性物质，将化学沉淀罐内富液的pH值调节为8~9；在溶液中发生化学沉淀反应：溶液中的杂质金属离子通过反应生成沉淀进入固相；

（4）pH调节完成后，将溶液输送至机械离心分离单元。

所述机械离心分离步骤包括：

（5）输送至机械离心分离单元的溶液，通过机械离心分离单元中卧式螺旋卸料沉降离心机分离出溶液中不溶成分，固态不溶成分为滤渣，液态为富含钾盐的富液，不溶成分是金属氢氧化物沉淀。

所述蒸发结晶步骤包括：

（6）固液分离后富含钾盐的富液进入蒸发结晶单元中，进行钾盐的生产。

所述机械离心分离步骤（5）中产生的滤渣则进入到滤渣浸出池中进行再次浸取。

一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的设备，烧结灰浸出池依次连接一级压滤单元、富液储存箱、化学沉淀罐、机械离心分离单元、蒸发结晶单元。

所述一级压滤单元还连接滤渣浸出池，滤渣浸出池连接二级压滤单元。

所述机械离心分离单元是卧式螺旋卸料沉降离心机。

上述步骤（1）、（2）中，烧结灰储存于烧结灰仓后，将其输送至烧结灰浸出池，加入工业水，在搅拌的条件下进行浸取，只需要在系统启动时向烧结灰浸出池中加入水，待整个系统运转正常后，不需要再加入新的工业水，而是将二级压滤单元和离心分离单元返回的贫液用作烧结灰的浸取液。

上述步骤（1）、（2）中，烧结灰浸取完成后，将烧结灰浸出池中的悬浊液输送至一级压滤单元，进行固液分离；分离后富含钾盐的富液进入富液储存箱进行储存，用作后续分离提纯；而滤饼则转送至滤渣浸出池，加入工业水，再次进行搅拌浸取。  

滤渣浸出池中的浸取完成后，将其中的溶液输送至二级压滤单元进行固液分离；分离后得到固渣，富含铁元素，经干燥后直接返回原工序进行重新配料、烧结；滤液可能仍含有少量钾盐等可溶盐，直接返回至烧结灰浸出池中用作烧结灰的浸取液。

上述步骤（3）、（4）中，将富液储存箱中的富液输送至化学沉淀罐中，通过向其中加入氢氧化钾、碳酸钾等碱性物质来调节溶液的pH值至8~9。该步骤中，将PH值调节为8~9，而部分金属离子完全沉淀的pH值略高于该pH值范围。因此，在大部分的金属离子沉淀析出后，溶液中仍然会有部分金属离子无法完全形成氢氧化物沉淀而被去除，主要有Mn²⁺、Mg²⁺、Pb²⁺等，则此时需向化学沉淀罐中加入少量硫化物，以使这些金属离子得以进一步的去除，该步骤中主要发生的反应为：

Mn²⁺ + S^2- = MnS↓

Mg²⁺ + S^2- = CuS↓

Pb²⁺ + S^2- = PbS ↓。

待沉淀完成后，将化学沉淀罐中的溶液输送至机械离心分离单元，进行金属沉淀的分离去除。

上述步骤（5）中，采用的分离装置为卧式螺旋卸料沉降离心机，通过其离心分离作用，可以高效分离出溶液中金属氢氧化物沉淀等不溶成分，即便是粒径较小的颗粒物，也能实现有效的分离，从而得到高纯度的钾盐溶液。

卧式螺旋卸料沉降离心机分离出的固体渣，主要为金属沉淀物，直接返回滤渣浸出池，与一级压滤单元分离出的滤饼一起进行再次浸取，以提取其中仍可能含有的少量钾盐。

去除了杂质金属离子的钾盐溶液，进入蒸发结晶单元进行浓缩结晶，浓缩后的钾盐浓缩液进入后续的离心分离、干燥单元，制成钾盐产品。该步骤中，蒸发结晶单元产生的冷凝水返回滤渣浸出池用作滤渣浸取液，而离心分离中产生的贫液则返回烧结灰浸出池，用作烧结灰浸取液。

Claims (6)

1.一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法，其特征步骤包括：搅拌浸取、化学沉淀、机械离心分离和蒸发结晶。

2.如权利要求1所述的一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法，其特征在于：

所述搅拌浸取步骤包括：

（1）加入工业水，对烧结灰在搅拌的条件下进行浸取，浸取完成后，将形成的悬浊液输送至一级压滤单元进行固液分离；分离产生的富含钾盐的富液进入到富液储存箱，而滤饼则进入到滤渣浸出池，进行再次浸取；

 （2）滤饼在滤渣浸出池中进行搅拌浸取后，用泵将其输送至二级压滤单元进行过滤，产生的滤渣经干燥后直接返回原烧结工序，进行重新配料、烧结，而滤液则返回烧结灰浸出池，用作烧结灰的浸取液；

所述化学沉淀步骤包括：

（3）储存于富液储存箱中的富液，用泵转送至化学沉淀罐后，加入氢氧化钾、碳酸钾等碱性物质，将化学沉淀罐内富液的pH值调节为8~9；在溶液中发生化学沉淀反应：溶液中的杂质金属离子通过反应生成沉淀进入固相；

（4）pH调节完成后，将溶液输送至机械离心分离单元；

所述机械离心分离步骤包括：

（5）输送至机械离心分离单元的溶液，通过机械离心分离单元中卧式螺旋卸料沉降离心机分离出溶液中不溶成分，固态不溶成分为滤渣，液态为富含钾盐的富液，不溶成分是金属氢氧化物沉淀；

所述蒸发结晶步骤包括：

（6）固液分离后富含钾盐的富液进入蒸发结晶单元中，进行钾盐的生产。

3.如权利要求2所述的一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的方法，其特征在于机械离心分离步骤（5）中产生的滤渣则进入到滤渣浸出池中进行再次浸取。

4.一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的设备，其特征在于烧结灰浸出池依次连接一级压滤单元、富液储存箱、化学沉淀罐、机械离心分离单元、蒸发结晶单元。

5.如权利要求4所述的一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的设备，其特征在于一级压滤单元还连接滤渣浸出池，滤渣浸出池连接二级压滤单元。

6.如权利要求4所述的一种从冶金行业烧结机头电除尘灰中提取钾盐的设备，其特征在于机械离心分离单元是卧式螺旋卸料沉降离心机。