CN107161968A - 一种烧结烟尘中钾的综合利用方法 - Google Patents

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苏毅
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Abstract

本发明公开了一种烧结烟尘中钾的综合利用方法，属于工业废弃物处理技术领域。本发明要解决的技术问题是提高烧结烟尘中钾的有效利用价值，实现烧结烟尘中钾的综合利用。一种烧结烟尘中钾的综合利用方法：包括以下步骤：A、用水浸取烧结烟尘，分离得浸出渣和浸出液；B、步骤A所得浸取液经沉淀反应，分离得到沉淀和滤液；C、步骤B所得滤液加入磷酸二氢铵，经复分解反应，分离得滤液和磷酸二氢钾；D、步骤C所得滤液，经蒸发浓缩，分离得滤液和NPK复合肥料；E、步骤D所得滤液，返回步骤B循环使用。本发明能够达到对烧结烟尘中钾的多次利用，实现了循环经济、节能减排目的，具有很好的推广前景。

Description

一种烧结烟尘中钾的综合利用方法
技术领域
本发明属于工业废弃物处理技术领域，具体涉及一种烧结烟尘中钾的综合利用方法。
背景技术
烧结烟尘是钢铁企业铁矿原料烧结过程中经收尘系统收集得到的工业废弃物，其主要成分为K2O 20～35％，Na2O 5～8％，Cl 25～35％，Pb 4～10％，Cu 0.8～1.5％，Fe 10～15％，CaO 5～8％，Al2O3 0.1～1.0％，MgO 0.5～1.2％，SiO2 3～5％，Ag 200～400g/t。由其主要成分可以看出，烧结烟尘中含有多种有价元素，可作为二次资源进行综合回收利用。
烧结烟尘作为钢铁企业铁矿原料烧结过程中产生的废渣，目前的处理工艺主要是返回高炉作为原料掺合使用，由于原料的特殊性，会导致高炉炉壁腐蚀、增加炼铁煤(焦)能耗等；或通过与高炉瓦斯泥混合后挥发提取渣中的铅、锌等金属元素。专利文献CN102295301A和CN102134648A报道了一种采用水浸取烧结烟尘，经分离，浸出液再经置换、碳酸钠沉淀除杂质后蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化钾产品的一种处理方法。上述两项专利均采用碳酸钠净化浸出液，溶液中含有大量的氯化钠，由于氯化钠的富集，仅能回收70％左右的高质量的氯化钾产品，其余产品为钾钠混合物，其氯化钾含量仅能达到60～70％。
我国钾产品生产远不能满足国内消费需求，钾资源严重不足，每年需大量进口钾产品，因此加大对含钾资源的综合开发利用，对促进我国钾盐工业的发展，弥补国内钾资源的不足具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提高烧结烟尘中钾的有效利用价值，获得多种钾产品，实现烧结烟尘中钾的综合利用。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是提供一种烧结烟尘中钾的综合利用方法，该方法包括如下步骤：
A、按1.0～2.0∶1的液固质量比，用水浸取烧结烟尘，经分离得到浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，按化学计量加入理论量100～150％的沉淀剂，经沉淀反应，分离得到沉淀和滤液；其中，所述沉淀剂为碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，按化学计量加入理论量100～125％的磷酸二氢铵，调节物料系统PH为4.0～5.0，经复分解反应，分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的40～60％时，分离得到滤液和NPK复合肥料。
进一步的，上述方法中步骤A中水用量为1.0～1.2∶1的液固质量比。
进一步的，上述方法中步骤A所述用水浸取烧结烟尘的浸取温度为室温，浸取时间为0.5～1.0h，搅拌速度为300～500rpm。
进一步的，上述方法中步骤B中沉淀剂的加入量为步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量的化学计量理论量100～105％。
进一步的，上述方法中步骤B所述沉淀反应的反应温度为室温，反应时间为20～40min，搅拌速度为200～400rpm。
进一步的，上述方法中步骤C中磷酸二氢铵的加入量为步骤B所得滤液中钾的含量的化学计量理论量100～105％。
进一步的，上述方法中步骤C所述复分解反应的反应温度为室温，搅拌速度为300～500rpm，反应时间为1.0～2.0h。
进一步的，上述方法中步骤D所述蒸发浓缩为在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩。
进一步的，上述方法中步骤D中当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的50～55％时，停止蒸发。
进一步的，上述方法中将步骤D所得滤液返回步骤B与步骤A所得浸出液混合后循环使用。
本发明的有益效果：
本发明方法能够充分有效利用烧结烟尘中的钾，将烧结烟尘中的钾转化为高质量磷酸二氢钾产品和高浓度NPK复合肥料，磷酸二氢钾产品达到工业级合格标准，为烧结烟尘中钾的综合利用提供一条新的高效的工艺技术路线；本发明方法工艺简洁、成本低廉，设备简单，操作安全、容易，实现了循环经济、节能减排目的，经济效益和社会效益十分显著，具有很好的推广前景。
具体实施方式
本发明方法可以按照以下方式实施：
A、按1.0～2.0∶1的液固质量比，用水浸取烧结烟尘，经分离得到浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，按化学计量加入理论量100～150％的沉淀剂，经沉淀反应，分离得到沉淀和滤液；其中，所述沉淀剂为碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，按化学计量加入理论量100～125％的磷酸二氢铵，调节物料系统PH为4.0～5.0，经复分解反应，分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的40～60％时，分离得到滤液和NPK复合肥料。
步骤A中水用量对步骤C中磷酸二氢钾在水中的溶解量有影响，水用量增大，磷酸二氢钾析出量降低，为了提高磷酸二氢钾的产量，同时减少步骤D浓缩蒸发时间，优选的，水用量为1.0～1.2∶1的液固质量比。
为了使浸出效果更好，节约能源和时间，优选的，步骤A浸取温度为室温，浸取时间为0.5～1.0h，搅拌速度为300～500rpm。
步骤B中为了避免氯化钠的富集对钾回收率的影响和制备NPK复合肥，采用碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种作为沉淀剂，为了节约成本，优选的，沉淀剂的加入量为步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量的化学计量理论量100～105％。
为了使沉淀效果更好，节约能源和时间，优选的，步骤B沉淀反应温度为室温，反应时间为20～40min，搅拌速度为200～400rpm。
步骤C中过量加入磷酸二氢铵对磷酸二氢钾析出量的影响，磷酸二氢铵用量增大，磷酸二氢钾析出量降低，为了提高磷酸二氢钾的产量、降低成本，优选的，磷酸二氢铵的加入量为步骤B所得滤液中钾的含量的化学计量理论量100～105％。
为了使复分解反应和磷酸二氢钾析出效果更好，步骤C中加入磷酸二氢铵的温度为室温，搅拌速度为300～500rpm，搅拌时间为1.0～2.0h。
由于烧结烟尘原料来源不同，步骤B所得滤液加入磷酸二氢铵后的实际PH有所不同，步骤C中使用磷酸或氨水调节体系PH至4.0～5.0。
为了节约能源和时间，优选的，步骤D中在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩。
为了使NPK复合肥料的品质更好和提高步骤D所得滤液循环利用制备磷酸二氢钾的产量，优选的，步骤D中当蒸发出的液体量达到反应滤液的50～55％时，停止蒸发。
为了实现循环经济，降低成本，将步骤D所得滤液，返回步骤B与步骤A所得浸出液混合后循环使用。
具体的，本发明方法可以按照以下方式实施：
A、按1.0～1.2∶1的液固质量比，在室温、搅拌速度为300～500rpm条件下用水浸取烧结烟尘1.0～2.0h，经分离得浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，按化学计量加入理论量100～105％的沉淀剂，在室温、搅拌速度为200～400rpm条件下沉淀反应20～40min，分离得到沉淀和滤液；所述沉淀剂为碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，在室温、搅拌速度为300～500rpm条件下按化学计量加入理论量100～105％的磷酸二氢铵，调节体系PH为4.0～5.0，经复分解反应1.0～2.0h，分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，经在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的50～55％时，停止蒸发，分离得到滤液和NPK复合肥料；将步骤D所得滤液，返回步骤B与步骤A所得浸出液混合后循环使用。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
本发明实施例中使用原料烧结烟尘的主要成分指标为(按重量计)：K2O 21.76％，Na2O 4.52％，Cl 29.17％，Pb 6.57％，CaO 6.38％，MgO 0.83％。
实施例1：
A、在烧杯中加入水1200ml，按1.2:1的液固质量比，在搅拌条件下加入烧结烟尘1000克，在室温、搅拌速度为400rpm条件下浸取0.75h，经过滤分离得浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，加入碳酸铵130克，在室温、搅拌速度为300rpm条件下反应30min，经过滤分离得到沉淀和滤液；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，在室温、搅拌速度为500rpm条件下加入磷酸二氢铵420克，调节物料系统PH为4.5，搅拌反应1.0h，过滤分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到550ml时，停止蒸发，分离得到滤液和NPK复合肥料；
经分析，磷酸二氢钾产品，KH2PO4含量(以干基计)为97.38％，外观为白色，达到工业级磷酸二氢钾合格标准；NPK复合肥料，含N 15.32％、P2O5 23.15％、K2O 15.82％。
实施例2：
A、在烧杯中加入水1000ml，按1:1的液固质量比，在搅拌条件下加入烧结烟尘1000克，在室温、搅拌速度为500rpm条件下浸取0.5h，经过滤分离得浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，加入碳酸铵135克，在室温、搅拌速度为200rpm条件下反应40min，经过滤分离得到沉淀和滤液；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，在室温、搅拌速度为300rpm条件下加入磷酸二氢铵440克，调节物料系统PH为5.0，搅拌反应2.0h，过滤分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到450ml时，停止蒸发，分离得到滤液和NPK复合肥料；
经分析，磷酸二氢钾产品KH2PO4含量(以干基计)为96.73％，外观为白色，未达到工业级磷酸二氢钾合格标准；NPK复合肥料含N 15.83％、P2O5 22.67％、K2O 15.34％。
实施例3：
A、在烧杯中加入水1100ml，按1.1:1的液固质量比，在搅拌条件下加入烧结烟尘1000克，在室温、搅拌速度为300rpm条件下浸取1.0h，经过滤分离得浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液和实施例1步骤D所得滤液的均匀混合溶液中铅、钙、镁的含量，加入碳酸铵140克，在室温、搅拌速度为400rpm条件下反应20min，经过滤分离得到沉淀和滤液；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，在室温、搅拌速度为400rpm条件下加入磷酸二氢铵430克，调节物料系统PH为4.0，搅拌反应1.5h，过滤分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到800ml时，停止蒸发，分离得到滤液和NPK复合肥料；
经分析，磷酸二氢钾产品KH2PO4含量(以干基计)为96.92％，外观为白色，未达到工业级磷酸二氢钾合格标准；NPK复合肥料，含N 16.14％、P2O5 21.53％、K2O 15.47％。
实施例4：
A、在烧杯中加入水1000ml，按1:1的液固质量比，在搅拌条件下加入烧结烟气收尘灰1000克，在室温、搅拌速度为400rpm条件下浸取1.0h，经过滤分离得浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液和实施例3步骤D所得滤液的均匀混合溶液中铅、钙、镁的含量，加入碳酸铵135克，在室温、搅拌速度为300rpm条件下反应40min，经过滤分离得到沉淀和滤液；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，在室温、搅拌速度为350rpm条件下加入磷酸二氢铵420克，调节物料系统PH为5.0，搅拌反应1.0h，过滤分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到800ml时，停止蒸发，分离得到滤液和NPK复合肥料；
经分析，磷酸二氢钾产品KH2PO4含量(以干基计)为97.62％，外观为白色，达到工业级磷酸二氢钾合格标准；NPK复合肥料含N 15.92％、P2O5 21.89％、K2O 15.64％。
结合所有实施实例可见，本发明以工业废弃物烧结烟尘为原料，所用试剂均廉价易得，工艺简洁、操作安全、设备简单，成本低廉；步骤D所得滤液可循环利用，实现了循环经济、节能减排目的，进一步降低了生产成本；步骤B采用碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种作为沉淀剂，避免了氯化钠富集对钾产品的影响，提高了磷酸二氢钾和NPK复合肥料两种钾产品的质量(实施例2和3所得磷酸二氢钾产品经简单重结晶即可得合格产品)，本发明方法适用于烧结烟尘及其类似物中钾的综合利用。

Claims (10)

1.一种烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于包括下列步骤：
A、按1.0～2.0∶1的液固质量比，用水浸取烧结烟尘，经分离得到浸出渣和浸出液；
B、根据步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量，按化学计量加入理论量100～150％的沉淀剂，经沉淀反应，分离得到沉淀和滤液；所述沉淀剂为碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种；
C、根据步骤B所得滤液中钾的含量，按化学计量加入理论量100～125％的磷酸二氢铵，调节物料系统PH为4.0～5.0，经复分解反应，分离得到滤液和磷酸二氢钾产品；
D、步骤C所得滤液，经蒸发浓缩，当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的40～60％时，分离得到滤液和NPK复合肥料。
2.根据权利要求1所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤A中水用量为1.0～1.2∶1的液固质量比。
3.根据权利要求1或2所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤A所述用水浸取烧结烟尘的浸取温度为室温，浸取时间为0.5～1.0h，搅拌速度为300～500rpm。
4.根据权利要求1所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤B中沉淀剂的加入量为步骤A所得浸出液中铅、钙、镁的含量的化学计量理论量100～105％。
5.根据权利要求1或4所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤B所述沉淀反应的反应温度为室温，反应时间为20～40min，搅拌速度为200～400rpm。
6.根据权利要求1所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤C中磷酸二氢铵的加入量为步骤B所得滤液中钾的含量的化学计量理论量100～105％。
7.根据权利要求1或6所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤C所述复分解反应的反应温度为室温，搅拌速度为300～500rpm，反应时间为1.0～2.0h。
8.根据权利要求1所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤D所述蒸发浓缩为在真空度500～550mmHg条件下蒸发浓缩。
9.根据权利要求1或8所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：步骤D中当蒸发出的液体量达到步骤C所得滤液的50～55％时，停止蒸发。
10.根据权利要求1-9任一项所述的烧结烟尘中钾的综合利用方法，其特征在于：将步骤D所得滤液返回步骤B与步骤A所得浸出液混合后循环使用。
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