CN110218872A - 一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的属于炼铁回收废弃物技术领域，具体为一种火法富集‑湿法分离多段耦合集成处理方法，该火法富集‑湿法分离多段耦合集成处理方法的具体步骤为：S1：火法富集获得烟气；S2：湿法分离：包括以下步骤：步骤a：对烟气浸出并过滤杂质；步骤b：分离锌元素；步骤c：对浸出液A除去重金属；步骤d：分步结晶钠盐和钾盐：将步骤c中分离碳酸锌沉淀后的浸出液B加热至沸腾，析出钠盐，对沸腾后的浸出液B冷却，析出钾盐；通过对炼铁后的固体废弃物中的金属铁、锌、钾、钠等的回收，能够对金属重新回收利用，且减少对环境的污染；通过对金属铁、锌、钾、钠的分级回收，能够保证回收的纯度，提高回收的质量。

Description

一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法
技术领域
本发明涉及炼铁回收废弃物技术领域，具体为一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法。
背景技术
钢铁工业是重要的原材料工业之一，也是能源消耗以及污染物排放的主要领域之一。
钢铁冶金烧结机头电除尘烟灰是在钢铁工业铁矿石烧结过程中通过烧结机头烟气电除尘器所捕集的粉尘，通常含有钾、钠、锌、铜、钙、铅、氯等元素。若将烧结灰作为二次原料直接返回烧结循环使用，随着其中的碱金属元素钾、钠的富集，极易腐蚀高炉壁，影响高炉的使用寿命和钢铁的生产质量，同时还会降低烧结电除尘器的除尘效率和操作稳定性，增大装置的运行能耗，造成排放烟气中粉尘浓度超标，污染环境等一系列问题。
所以即使烧结灰中含有大量的铁，也不宜直接循环使用。但是，烧结灰的堆放处理需要占用大量的土地，浪费了大量的人力、财力，且里面含有的可溶性盐，随着水渗透还会污染环境，造成土质盐碱化和地表水卤化，对生态环境造成很大的危害。
烧结灰中的钾主要以KCl的形式存在，钾的含量高达20％～30％，是制备钾盐的良好原料。目前，生产钾肥的原料主要来源于可溶性钾盐资源。对固体废渣进行综合利用，提取其中的钾作为生产钾肥的原料，提取其中的钠用作他用，同时回收利用其它金属，不仅能减少对环境的危害，还能变废为宝，促进了资源的高效循环利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，以解决上述背景技术中提出的对固体废渣进行综合利用，提取其中的钾作为生产钾肥的原料，提取其中的钠用作他用，同时回收利用其它金属，不仅能减少对环境的危害，还能变废为宝，促进了资源的高效循环利用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，该火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法的具体步骤为：
S1：火法富集获得烟气：将固体废弃物与无机碳研磨粉碎并重新制成烧结颗粒，且在制粒前需要在研磨粉碎后的固体废弃物与无机碳中加入水，将烧结颗粒置于烧结炉中进行烧结作用，烧结过程中固体废弃物中的金属元素随着烟气一起上升，烧结的温度在900-1300摄氏度，收集烧结产生的烟气，将烧结炉中烧结后残余的物体取出冷却，将残余的物体通过磁选的方式吸附其中的金属铁，其余物体作为烧结残渣；
S2：湿法分离：包括以下步骤：
步骤a：对烟气浸出并过滤杂质：采用盐酸作为浸出液，在酸性条件下对收集的烟气溶解浸出，在浸出的过程中对盐酸溶液不断的搅拌直至溶解完全，将不能溶解的杂质过滤，获取浸出液A；
步骤b：分离锌元素：向步骤a中获得的浸出液A中通入硫酸钠溶液，出现硫酸钙沉淀，直至硫酸钙沉淀不再出现，停止加入硫酸钠溶液，将硫酸钙的沉淀过滤去，再向浸出液A中通入碳酸钠，碳酸钠与烟气成分中的锌元素反应生成碳酸锌沉淀，将碳酸锌沉淀过滤，将碳酸锌沉淀溶于稀硫酸并对溶解后的溶液进行加热，使得碳酸从溶液中分离，得到硫酸锌溶液，对硫酸锌溶液通过电解获得金属锌；
步骤c：对浸出液A除去重金属：向步骤b中去除金属锌后的浸出液A通入硫化钠，通入过程中对浸出液A不断搅拌，出现金属硫化物沉淀，持续加入硫化钠，直至不再产生沉淀即停止加入硫化钠，将沉淀过滤去获得浸出液B；
步骤d：分步结晶钠盐和钾盐：将步骤c中分离碳酸锌沉淀后的浸出液B加热至沸腾，析出钠盐，对沸腾后的浸出液B冷却，析出钾盐。
优选的，所述S1中的烧结颗粒的粒径为200-230目。
优选的，所述S1中通过冷却回收烟气的方式，烟气上升后进入管道中，管道的管壁上设置冷凝水流道对烟气冷却，使得其中的金属元素聚集回收。
优选的，所述步骤a中盐酸的浓度为(2-2.2)mol/L，在浸出的过程中对盐酸溶液加热，温度为60-70摄氏度。
优选的，所述步骤b中对硫酸锌溶液电解的方式为：铅-银合金作为阳极、铝板作为阴极，阴极和阳极均插入在硫酸锌溶液内，将阴极和阳极通直流电，使得锌镀在铝板的表面上，硫酸锌溶液中锌离子逐渐减少。
优选的，所述步骤b中过滤后的硫酸钙在还原硫酸盐的细菌作用下生成硫化氢，将硫化氢制成硫化钠用于步骤步骤c中使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过对炼铁后的固体废弃物中的金属铁、锌、钾、钠等的回收，能够对金属重新回收利用，且减少对环境的污染；
2)通过对金属铁、锌、钾、钠的分级回收，能够保证回收的纯度，提高回收的质量。
附图说明
图1为本发明工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，该火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法的具体步骤为：
S1：烧结获得烟气：将固体废弃物与无机碳研磨粉碎并重新制成烧结颗粒，烧结颗粒的粒径为200-230目，且在制粒前需要在研磨粉碎后的固体废弃物与无机碳中加入水，将烧结颗粒置于烧结炉中进行烧结作用，无机碳对固体废弃物中金属氧化物进行还原，得到气化金属粒子，气化金属粒子随着烟气上移，对烟气收集即可对气化金属粒子收集，烧结过程中固体废弃物中的金属元素随着烟气一起上升，烧结的温度在900-1300摄氏度，烧结分为5个烧结阶段，且5个阶段的烧结温度逐渐升高，5个烧结阶段的温度分别为900摄氏度、1000摄氏度、1100摄氏度、1200摄氏度、1300摄氏度，每个阶段的烧结时间为20分钟，收集烧结产生的烟气，通过冷却回收烟气的方式，烟气上升后进入管道中，管道的管壁上设置冷凝水流道对烟气冷却，使得其中的金属元素聚集回收，将烧结炉中烧结后残余的物体取出冷却，将残余的物体通过磁选的方式吸附其中的金属铁，其余物体作为烧结残渣；
固体废弃物中主要为Fe2O3、ZnFe2O4和ZnO，还有少量的钾、钠、锌、铜、钙、铅、氯，从铁氧化物到金属铁是一个逐渐还原的过程，在719摄氏度以上即可生成还原铁，由于含锌废弃物及其他化合物的存在，温度需要升高，对于锌来说ZnO在952摄氏度以上开始还原，ZnFe2O4在771摄氏度开始生成金属锌；
S2：湿法分离：包括以下步骤：
步骤a：对烟气浸出并过滤杂质：采用盐酸作为浸出液，盐酸的浓度为(2-2.2)mol/L，在浸出的过程中对盐酸溶液加热，温度为60-70摄氏度，在酸性条件下对收集的烟气溶解浸出，在浸出的过程中对盐酸溶液不断的搅拌直至溶解完全，被还原的金属元素在上升后通常会再次被氧化，成金属氧化物，金属氧化物溶解于盐酸中生产相应的金属盐，将不能溶解的杂质过滤，获取浸出液A；
步骤b：分离锌元素：向步骤a中获得的浸出液A中通入硫酸钠溶液，出现硫酸钙沉淀，直至硫酸钙沉淀不再出现，停止加入硫酸钠溶液，将硫酸钙的沉淀过滤去，过滤后的硫酸钙在还原硫酸盐的细菌作用下生成硫化氢，将硫化氢制成钠盐用于步骤S4中使用，再向浸出液A中通入碳酸钠，碳酸钠与烟气成分中的锌元素反应生成碳酸锌沉淀，将碳酸锌沉淀过滤，将碳酸锌沉淀溶于稀硫酸并对溶解后的溶液进行加热，稀硫酸对碳酸锌溶解生产可溶的碳酸和硫酸盐，溶于水，加热后，碳酸不稳定易挥发生产二氧化碳和水，使得碳酸从溶液中分离，得到硫酸锌溶液，对硫酸锌溶液通过电解获得金属锌，对硫酸锌溶液电解的方式为：铅-银合金作为阳极、铝板作为阴极，阴极和阳极均插入在硫酸锌溶液内，将阴极和阳极通直流电，使得锌镀在铝板的表面上，硫酸锌溶液中锌离子逐渐减少；
步骤c：对浸出液A除去重金属：向步骤b中去除金属锌后的浸出液A通入硫化钠，通入过程中对浸出液A不断搅拌，出现金属硫化物沉淀，硫化钠、硫化钾、硫化钙等少数硫化物能溶于水并起水解作用外,其他金属的硫化物大多数不溶于水，持续加入硫化钠，直至不再产生沉淀即停止加入硫化钠，将沉淀过滤去获得浸出液B，浸出液B中主要剩余钠盐和钾盐；
步骤d：分步结晶钠盐和钾盐：钾盐随温度变化比较大，氯化钠随温度变化少，将步骤c中分离碳酸锌沉淀后的浸出液B加热至沸腾，析出钠盐，对沸腾后的浸出液B冷却，析出钾盐，重复几次操作后能够将钠盐和钾盐通过结晶的方式分离开。
应用：将该火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法用于对炼铁厂的固体废弃物进行处理，获取的金属铁能够再次使用，钾盐能够作为钾肥的原料使用，且金属的回收能够避免直接利用在高炉内壁形成富集而影响正常炼铁的情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：该火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法的具体步骤为：
S1：火法富集获得烟气：将固体废弃物与无机碳研磨粉碎并重新制成烧结颗粒，且在制粒前需要在研磨粉碎后的固体废弃物与无机碳中加入水，将烧结颗粒置于烧结炉中进行烧结作用，烧结过程中固体废弃物中的金属元素随着烟气一起上升，烧结的温度在900-1300摄氏度，收集烧结产生的烟气，将烧结炉中烧结后残余的物体取出冷却，将残余的物体通过磁选的方式吸附其中的金属铁，其余物体作为烧结残渣；
S2：湿法分离：包括以下步骤：
步骤a：对烟气浸出并过滤杂质：采用盐酸作为浸出液，在酸性条件下对收集的烟气溶解浸出，在浸出的过程中对盐酸溶液不断的搅拌直至溶解完全，将不能溶解的杂质过滤，获取浸出液A；
步骤b：分离锌元素：向步骤a中获得的浸出液A中通入硫酸钠溶液，出现硫酸钙沉淀，直至硫酸钙沉淀不再出现，停止加入硫酸钠溶液，将硫酸钙的沉淀过滤去，再向浸出液A中通入碳酸钠，碳酸钠与烟气成分中的锌元素反应生成碳酸锌沉淀，将碳酸锌沉淀过滤，将碳酸锌沉淀溶于稀硫酸并对溶解后的溶液进行加热，使得碳酸从溶液中分离，得到硫酸锌溶液，对硫酸锌溶液通过电解获得金属锌；
步骤c：对浸出液A除去重金属：向步骤b中去除金属锌后的浸出液A通入硫化钠，通入过程中对浸出液A不断搅拌，出现金属硫化物沉淀，持续加入硫化钠，直至不再产生沉淀即停止加入硫化钠，将沉淀过滤去获得浸出液B；
步骤d：分步结晶钠盐和钾盐：将步骤c中分离碳酸锌沉淀后的浸出液B加热至沸腾，析出钠盐，对沸腾后的浸出液B冷却，析出钾盐。
2.根据权利要求1所述的一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：所述S1中的烧结颗粒的粒径为200-230目。
3.根据权利要求1所述的一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：所述S1中通过冷却回收烟气的方式，烟气上升后进入管道中，管道的管壁上设置冷凝水流道对烟气冷却，使得其中的金属元素聚集回收。
4.根据权利要求1所述的一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：所述步骤a中盐酸的浓度为(2-2.2)mol/L，在浸出的过程中对盐酸溶液加热，温度为60-70摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：所述步骤b中对硫酸锌溶液电解的方式为：铅-银合金作为阳极、铝板作为阴极，阴极和阳极均插入在硫酸锌溶液内，将阴极和阳极通直流电，使得锌镀在铝板的表面上，硫酸锌溶液中锌离子逐渐减少。
6.根据权利要求1所述的一种火法富集-湿法分离多段耦合集成处理方法，其特征在于：所述步骤b中过滤后的硫酸钙在还原硫酸盐的细菌作用下生成硫化氢，将硫化氢制成硫化钠用于步骤步骤c中使用。
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