CN106745075B - 一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法与用途，特别适用于回转窑、转底炉等以钢铁厂含锌尘泥为原料获得的次氧化锌灰的处理工艺；该方法采用水洗方式将次氧化锌灰中的钾与其他可溶性盐与不溶物进行分离，获得的溶液通过浓缩、除杂工序将溶于水的锌、铅等金属离子以及部分钙、镁离子分离，再通过蒸发结晶分离的方式获得氯化钾作为钾肥，氯化钠用于除雪剂；本发明解决了次氧化锌灰高附加值利用过程中的污水排放难题，将工艺废水用于制备氯化钾肥，处理工艺流程简单，效率高，具有极高的环保与经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及化工废物处理与利用技术领域，具体涉及一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法与用途。
背景技术
钢铁厂含锌尘泥由于其中的锌对高炉生产有危害，严重可导致高炉结瘤、封口上翘、烧结矿、焦炭粉化增加等后果，因此钢铁企业对于锌含量较高的除尘灰和污泥都采取一定的措施控制其返回烧结工序进而进入高炉。目前针对这些尘泥的资源化利用的工艺有回转窑、转底炉等，这些工艺以钢铁厂含锌尘泥为原料通过加工处理分离出其中的锌从除尘系统中获得次氧化锌灰，目前次氧化锌灰都用作生产锌锭、纳米氧化锌以及硫酸锌的原料。
由于钢铁厂含锌尘泥中同时含有钾、钠等碱金属，在回转窑、转底炉等处理这些尘泥过程中，尘泥中的钾、钠一般以氯盐、氟盐的形式与次氧化锌一起在除尘系统中富集。根据原料的不同，次氧化锌灰中钾含量不同，一般在15％以上，高的甚至达到30％以上(折合成K2O)。何宇波(CN103924091A)、欧阳广和曹明锋(CN104773751A)等人都提出过脱除其中的氟、氯等离子的方法，但对废液中的钾没有提出有效的资源化利用方式。
而我国又是一个钾资源严重匮乏的国家，目前我国已探明钾的工业储备量共4.99亿吨(折合K2O)，约占全球钾资源量的2.495％。我国现开采的大部分钾资源主要是分布在青海柴达木盆地和新疆罗布泊的卤水钾资源，约占总储量96％以上，地理位置相对偏僻、交通不便。而钾肥需求主要集中在中东部，物流成本成为我国钾肥自给使用的制约因素。我国自有钾资源在短期的供应能力和长期的保障度上都存在问题，因此利用各种含钾物料尤其是含可溶性钾物料提取钾肥在我国具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法与用途，用以解决现有技术中次氧化锌灰高附加值利用过程中浸出废液废弃和我国现有钾资源匮乏等问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与水按照比例混合搅拌，静置得固液分离的混合浆液，然后过滤得浸出液；
S2、除杂净化：将所述浸出液依次加入锌粉、氯化钙和碳酸钠，并逐步沉淀出铜铅沉淀、氟化钙沉淀、碳酸盐沉淀，分别固液分离除杂净化后得含氯化钾和氯化钠的澄清液；
S3、蒸发结晶：将所述澄清液加热蒸发浓缩，冷却后结晶得氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，所述蒸发母液继续蒸发结晶得氯化钠结晶产物。
所述S1中原料次氧化锌灰包括钢铁厂含锌尘泥经回转窑、转底炉处理分离所述含锌尘泥中的锌得到，所述次氧化锌灰中氯化钾含量高于15wt％，氯化钠含量为所述氯化钾含量的1/3-1/2；所述的水为自来水或工业中水，水温为30-50℃，所述次氧化锌灰与水的质量比为1:2-4，；所述搅拌时间为30-60min，所述静置时间为1-3h。
所述S2除杂净化，具体工艺包括：首先分析检测所述S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换所述铜、铅离子摩尔计算当量的1.1-1.2倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离铜铅沉淀后过滤得滤液A；
分析检测所述滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与所述氟离子完全反应摩尔计算当量的1.1-1.2倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离氟化钙沉淀后过滤得滤液B；
分析检测所述滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与所述锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离碳酸盐沉淀后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
Cu2++Zn＝Zn2++Cu↓ (3-1)
Pb2++Zn＝Zn2++Pb↓ (3-2)
Ca2++2F-＝CaF2↓ (3-3)
ZnCl2+Na2CO3＝2NaCl+ZnCO3↓ (3-4)
CaCl2+Na2CO3＝2NaCl+CaCO3↓ (3-5)
MgCl2+Na2CO3＝2NaCl+MgCO3↓ (3-6)
所述S3蒸发结晶中的蒸发温度为85-95℃，蒸发量为所述S2中含氯化钾和氯化钠的澄清液体积的30％-40％。
所述S3中蒸发母液可用于所述S1原料的循环浸出；蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物。
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的用途，所述氯化钾产物用于农作物的钾肥，所述氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
本发明具有如下优点：
1、本发明所生产的氯化钾可以达到工业级产品要求。
2、本发明可充分回收次氧化锌灰中铜、铅、锌等重金属元素。
3、本发明解决次氧化锌灰高附加值利用过程中的污水排放难题，充分利用次氧化锌灰中富集的可溶性钾，变废为宝，减少废弃物的排放，减轻环境压力，同时生产出国内短缺的高质量氯化钾产品，具有极高的环保与经济效益。
4、工艺流程简单，效率高。
附图说明
图1为本发明一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与30℃的自来水按照质量比为1:2混合搅拌30min，静置1h得固液比为1:2的混合浆液，过滤得浸出液。
S2、除杂净化：首先分析检测S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换铜、铅离子摩尔计算当量的1.1倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液A；
分析检测滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与氟离子完全反应摩尔计算当量的1.1倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液B；
分析检测滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
S3、蒸发结晶：将澄清液加热到85℃，蒸发浓缩至蒸发量为澄清液体积的30％后，冷却结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，其中，蒸发母液可用于S1原料的循环浸出；当蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时也可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物；所得氯化钾产物用于农作物的钾肥，所得氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
实施例2
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与温度为30℃的工业中水按照质量比为1-4混合搅拌60min，静置3h得固液比为1-4的混合浆液，然后过滤得浸出液。
S2、除杂净化：首先分析检测S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换铜、铅离子摩尔计算当量的1.2倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液A；
分析检测滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与氟离子完全反应摩尔计算当量的1.2倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液B；
分析检测滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
S3、蒸发结晶：将澄清液加热到95℃，蒸发浓缩至蒸发量为澄清液体积的40％后，冷却结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，其中，蒸发母液可用于S1原料的循环浸出；当蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时也可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物；所得氯化钾产物用于农作物的钾肥，所得氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
实施例3
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与温度为50℃的工业中水按照质量比为1-3混合搅拌45min，静置2h得固液比为1:3的混合浆液，然后过滤得浸出液。
S2、除杂净化：首先分析检测S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换铜、铅离子摩尔计算当量的1.15倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液A；
分析检测滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与氟离子完全反应摩尔计算当量的1.15倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液B；
分析检测滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
S3、蒸发结晶：将澄清液加热到90℃，蒸发浓缩至蒸发量为澄清液体积的35％后，冷却结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，其中，蒸发母液可用于S1原料的循环浸出；当蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时也可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物。
所得氯化钾产物用于农作物的钾肥，所得氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
实施例4
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与温度为40℃的工业中水按照质量比为1-3混合搅拌45min，静置2h得固液比为1:3的混合浆液，然后过滤得浸出液。
S2、除杂净化：首先分析检测S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换铜、铅离子摩尔计算当量的1.2倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液A；
分析检测滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与氟离子完全反应摩尔计算当量的1.2倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液B；
分析检测滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
S3、蒸发结晶：将澄清液加热到95℃，蒸发浓缩至蒸发量为澄清液体积的40％后，冷却结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，其中，蒸发母液可用于S1原料的循环浸出；当蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时也可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物；所得氯化钾产物用于农作物的钾肥，所得氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
实施例5
一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与40℃的工业中水按照质量比为1-2.5混合搅拌30min，静置2.5h得固液比为1:2.5的混合浆液，然后过滤得浸出液。
S2、除杂净化：首先分析检测S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应方程式(3-1)和(3-2)置换铜、铅离子摩尔计算当量的1.18倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液A；
分析检测滤液A中氟离子浓度，加入按化学反应方程式(3-3)与氟离子完全反应摩尔计算当量的1.15倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得滤液B；
分析检测滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入按化学反应方程式(3-4)、(3-5)和(3-6)与锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
S3、蒸发结晶：将澄清液加热到90℃，蒸发浓缩至蒸发量为澄清液体积的38％后，冷却结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，其中，蒸发母液可用于S1原料的循环浸出；当蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时也可继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物；所得氯化钾产物用于农作物的钾肥，所得氯化钠产物用于除雪剂或其他工业用途。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、原料浸出、过滤：将原料次氧化锌灰与水按照比例混合搅拌，静置得固液分离的混合浆液，过滤后得浸出液；
S2、除杂净化：将所述浸出液依次加入锌粉、氯化钙和碳酸钠，并逐步沉淀并依次进行固液分离，除杂净化后得含氯化钾和氯化钠的澄清液；
S3、蒸发结晶：将所述澄清液加热蒸发浓缩，冷却后结晶析出氯化钾结晶体，过滤得氯化钾产物和蒸发母液，所述蒸发母液继续蒸发结晶得氯化钠结晶产物；
所述步骤S1中原料次氧化锌灰包含由钢铁厂含锌尘泥经回转窑、转底炉处理分离所述含锌尘泥中的锌后得到；
所述步骤S2除杂净化，具体工艺包括：首先分析检测所述步骤S1中浸出液铜、铅重金属离子浓度，加入按化学反应置换所述铜、铅离子摩尔计算当量的1.1-1.2倍的锌粉，搅拌至反应完全，固液分离铜铅沉淀后过滤得滤液A；
分析检测所述滤液A中氟离子浓度，加入与所述氟离子完全反应摩尔计算当量的1.1-1.2倍的氯化钙，搅拌至反应完全，固液分离氟化钙沉淀后过滤得滤液B；
分析检测所述滤液B中锌、钙、镁离子浓度，加入与所述锌、钙、镁离子完全反应摩尔计算当量的碳酸钠，搅拌至反应完全，固液分离碳酸盐沉淀后过滤得含氯化钾和氯化钠的澄清液。
2.根据权利要求1所述的一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述次氧化锌灰与水的质量比为1:2-4，所述搅拌时间为30-60min，所述静置时间为1-3h。
3.根据权利要求1所述的一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述步骤S1中的水为自来水或工业中水，水温为30-50℃。
4.根据权利要求1所述的一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述步骤S3蒸发温度为85-95℃，蒸发量为所述S2中含氯化钾和氯化钠的澄清液体积的30％-40％。
5.根据权利要求1所述的一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述步骤S3中蒸发母液用于所述步骤S1原料的循环浸出。
6.根据权利要求1或5所述的一种从次氧化锌灰中提取氯化钾和氯化钠的方法，其特征在于，所述步骤S3中蒸发母液氯化钠浓度高于30wt％时继续蒸发结晶获得氯化钠结晶产物。
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