CN110564970A - 一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法 - Google Patents

一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法，其原料是高炉布袋灰，目的是实现钾、钠、锌的回收和含铁渣在钢厂内的循环利用。该方法包括水洗回收钾钠工艺、还原挥发锌工艺及湿法回收锌工艺。具体的：高炉布袋灰经水洗后得到含氯化钾和氯化钠的滤液，氯化钾或氯化钠溶解度饱和的滤液经净化、分步结晶制得KCl和NaCl产品；氯化钾或氯化钠溶解度不饱和的滤液继续返回水洗步骤，水洗渣烘干后与还原剂和粘结剂按一定的质量比混匀制粒，之后在还原设备中进行锌的高温还原挥发，含铁渣在钢厂内循环利用；烟气回收系统中回收的富锌粉尘经湿法浸出、净化、电解沉积后制得金属锌产品，电解液在浸出步骤中循环利用。本发明的工艺流程同时实现了高炉布袋灰的高值化利用和其在钢厂内的循环利用，促进钢铁企业节能减排。

Description

一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用领域，特别涉及采用火湿联合法工艺流程，通过水洗回收钾钠，还原挥发得到含铁还原渣，湿法回收锌的工艺流程实现高炉布袋灰的资源化再利用。
背景技术
高炉布袋灰是高炉煤气干式布袋处理收集的除尘灰，是铁矿粉、焦炭、石灰等炼铁炉料的高温混合物。表1是某钢厂1～4#高炉布袋灰化学组成，从表可以看出高炉布袋灰主要由Fe、C、Zn、K、Na、Cl、Ca、Si、Al等元素组成，其中铁含量约27～37％(平均含量为31.85％)，锌含量为2.1～4.6％(平均含量为3.51％)，钾含量约1～5％(平均3.58％)，钠含量约0.5～1.8％(平均含量为1.04％)，氯含量约10～20％(平均约13％)。其中铁主要以三氧化二铁的形式存在，锌主要以氧化锌的形式存在，钾、钠主要以氯化物形式存在。
表1某钢厂高炉布袋灰元素组成及含量结果
目前，国内外处理高炉布袋灰的方法大致有三种：
(1)直接外排堆存，易造成环境污染、资源浪费；
(2)直接利用，返回烧结或球团配料，被国内许多钢铁企业采用，但其有害杂质如K、Na、Zn等较高，配入烧结或球团矿，会使高炉利用系数降低，焦比升高，影响高炉寿命；
(3)综合回收，提取铁及锌等有价元素。
然而，在实际生产过程中，为了利用布袋灰中含有的铁，同时避免堆存过程占用土地和污染环境，大部分钢厂的高炉布袋灰都是返回烧结配料。高炉布袋灰返回烧结配料循环利用的方式简单，铁利用率高。但是根据高炉炼铁国际标准和我国《高炉炼铁工艺设计规范》的要求，高炉锌负荷应低于0.15kg/t，K2O+Na2O应低于3.0kg/t((1)中国冶金建设协会.高炉炼铁工艺设计规范,GB50427-2008,中国计划出版社,2008.(2)梁利生,沈峰满,魏国,陈永明.宝钢3号高炉长寿技术实践[J].钢铁,2009,44(11):7-11.)。因此，高炉布袋灰直接返回烧结系统存在的问题是烧结原料中K、Na、Zn等有害元素没有离开烧结工序的路径，造成循环富集，其结果会导致烧结矿中有害元素的含量过高，进入高炉后引起高炉内有害元素的超标，从而引起对高炉的一系列危害，造成高炉焦比升高，影响高炉寿命。因此，从高炉布袋灰中回收K、Na、Zn等有价元素，回收K、Na、Zn后的高炉布袋灰再返回烧结配料，可有效降低烧结矿碱金属含量，对降低高炉入炉碱负荷、降低高炉焦比具有重要意义，也是实现高炉布袋灰及其他含Fe、K、Na、Zn除尘灰在钢厂内循环的重要前提，也是实现高炉布袋灰高值化利用的基础。
但是，到目前为止还没有人对高炉布袋灰中K、Na、Zn回收的工艺流程进行研究，这也就导致了高炉布袋灰没有得到高值化利用以及在难以在钢厂内循环的问题。
本发明的目的就是要提出一种从高炉布袋灰中同时回收K、Na、Zn工艺流程，实现高炉布袋灰及其他含铁锌钾钠尘泥的高值化利用和在钢厂内的循环，最大限度的实现废弃物的资源化，实现经济效益、社会效益和环境效益的同时提升。
发明内容
本发明提供一种从高炉布袋灰中分离提取K、Na、Zn的工艺流程，降低高炉布袋灰在钢厂内循环对高炉的不利影响，同时实现K、Na、Zn的高值化利用，并最终实现固体废弃物的资源化全量利用。
本发明涉及一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法，该工艺方法包括高炉布袋灰水洗回收钾钠工艺步骤(1)、还原挥发锌工艺步骤(2)及湿法回收锌工艺步骤(3)；其中，该工艺方法的具体步骤如下：
(1)、高炉布袋灰水洗回收钾钠工艺步骤具体包括：
(1.1)、水与高炉布袋灰按照2:1～4:1L/Kg的液固比混合，得到的固液混合物在50～100r/min(转/分钟)的转速下搅拌30～60min(分钟)；
(1.2)、步骤(1)的分步骤(1.1)中充分搅拌均匀的所述固液混合物经过滤后得到滤液和滤渣，钾含量低于第一预定值且钠含量低于第二预定值的滤液返回步骤(1)的分步骤(1.1)中用于水洗，钾含量高于第一预定值或钠含量高于第二预定值的滤液用于步骤(1)的分步骤
(1.3)；优选为：钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g的滤液返回步骤(1)的分步骤(1.1)中用于水洗，即进行固液混合，钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g的滤液用于步骤(1)的分步骤(1.3)；
(1.3)、步骤(1)的分步骤(1.2)中的滤液净化后，根据不同温度下氯化钠和氯化钾在水中溶解度的差异，分步结晶得到KCl、NaCl产品；
(1.4)、将所述滤渣用于所述还原挥发锌工艺步骤(2)；
(2)、还原挥发锌工艺步骤具体包括：
(2.1)、对所述滤渣进行烘干，优选为：所述滤渣在一定温度下烘干一定时间后，使其水的质量百分含量控制在5％～8％之间；
(2.2)、烘干后的滤渣与还原剂、粘结剂按照质量比(90～100):(25～35):(2～3)的比例配料，充分混匀后制粒，得到粒状料，优选粒状料的粒度控制在10～20mm之间；
(2.3)、步骤(2)的分步骤(2.2)中的所述粒状料经还原挥发使锌氧化物还原并得到金属锌蒸汽，金属锌蒸汽在烟气回收工艺中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；优选粒状料通过还原挥发装置使锌氧化物还原并得到金属锌蒸汽，金属锌蒸汽在烟气回收系统中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；
(2.4)、还原挥发过程中得到的含铁渣在钢厂内循环利用；优选还原挥发装置中的含铁渣在钢厂内循环利用；
(3)、湿法回收锌工艺步骤具体包括：
(3.1)、浸出剂与所述富锌粉尘按照3:1～5:1L/Kg的液固比混合后，优选在50～100r/min搅拌速度下浸出30～60min，再次优选浸出终点pH值控制在5.2～5.4之间；
(3.2)、浸出终了的固液混合物经过滤后得到浸出液和浸出渣；
(3.3)、浸出液经净化得到净化液和净化渣，净化液经电解沉积后得到金属锌和电解液；
(3.4)、所述电解液继续返回步骤(3)的分步骤(3.1)中的富锌粉尘的浸出阶段以循环利用。
其中，步骤(1)的分步骤(1.3)中的滤液中钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g。
其中，步骤(2)的分步骤(2.1)中的滤渣需要经过烘干，滤渣烘干温度控制在100～200℃之间。
其中，步骤(2)的分步骤(2.2)中的还原剂为焦粉或无烟煤，粘结剂为膨润土。
其中，步骤(2)的分步骤(2.3)中锌的还原挥发温度控制在1150～1250℃之间，还原时间控制在20～30分钟。
其中，步骤(2)的分步骤(2.3)中的还原挥发装置为回转窑或转底炉。
其中，步骤(3)的分步骤(3.1)中的浸出剂为硫酸。
其中，步骤(3)的分步骤(3.2)中的浸出渣可用于回收Pb等金属元素。
其中，步骤(3)的分步骤(3.3)中净化过程得到的净化渣可用于钴镍的回收
优选，本发明涉及一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺流程，该流程包含高炉布袋灰水洗回收钾钠工艺、还原挥发锌工艺及湿法回收锌工艺。具体步骤描述如下：
(1)水洗回收钾钠工艺
①水与高炉布袋灰按照2:1～4:1L/Kg的液固比混合，液混合物在50～100r/min的转速下搅拌30～60min；
②步骤(1)①中充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到滤液和滤渣，钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g滤液返回步骤(1)①用于水洗步骤，钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g滤液用于步骤(1)③；
③步骤(1)②中的滤液净化后，根据不同温度下氯化钠和氯化钾在水中溶解度的差异，分步结晶得到KCl、NaCl产品。
④滤渣用于步骤(2)；
(2)还原挥发锌工艺
①滤渣在一定温度下烘干一定时间后，使其水的质量百分含量控制在5％～8％之间；
②烘干后的滤渣与还原剂、粘结剂按照质量比(90～100):(25～35):(2～3)的比例配料，充分混匀后制粒，粒度控制在10～20mm之间；
③步骤(2)②中的粒状料经还原挥发装置使锌氧化物还原并得到金属锌蒸汽，金属锌蒸汽在烟气回收系统中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；
④还原装置中的含铁渣在钢厂内循环利用。
(3)湿法回收锌工艺
①浸出剂与富锌粉尘按照3:1～5:1L/Kg的液固比混合后，在50～100r/min搅拌速度下浸出30～60min，浸出终点pH值控制在5.2～5.4之间；
②浸出终了的固液混合物经过滤后得到浸出液和浸出渣；
③浸出液经净化和电解沉积后得到金属锌；
④电解液继续返回富锌粉尘的浸出阶段循环利用。
优选，其中，步骤(1)①中的水包括外加的新水以及钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g的滤液。
优选，其中，步骤(1)③的滤液中钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g。
优选，其中，步骤(2)①中的滤渣需要经过烘干，使其水的质量百分含量控制在5％～8％之间。
优选，其中，步骤(2)③的还原挥发装置为回转窑或转底炉。
优选，其中，步骤(3)①中浸出剂为硫酸、电解液或其混合物。
优选，其中，步骤(3)②中浸出渣可用于回收Pb等金属元素。
优选，其中，步骤(3)③净化过程得到的净化渣可用于钴镍的回收。
本发明的工艺方法，其原料是高炉布袋灰，目的是实现钾、钠、锌的回收和含铁渣在钢厂内的循环利用。该方法包括水洗回收钾钠工艺、还原挥发锌工艺及湿法回收锌工艺。具体的：高炉布袋灰经水洗后得到含氯化钾和氯化钠的滤液，氯化钾或氯化钠溶解度饱和的滤液经净化、分步结晶制得KCl和NaCl产品；氯化钾或氯化钠溶解度不饱和的滤液继续返回水洗步骤，水洗渣烘干后与还原剂和粘结剂按一定的质量比混匀制粒，之后在还原设备中进行锌的高温还原挥发，含铁渣在钢厂内循环利用；烟气回收系统中回收的富锌粉尘经湿法浸出、净化、电解沉积后制得金属锌产品，电解液在浸出步骤中循环利用。本发明的工艺流程同时实现了高炉布袋灰的高值化利用和其在钢厂内的循环利用，促进钢铁企业节能减排。
附图说明
图1是从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺流程图
具体实施方式
如图1所示，本发明工艺流程包括以下工艺：水洗回收钾钠工艺、还原挥发锌工艺及湿法回收锌工艺。
(1)水洗回收钾钠工艺：水与高炉布袋灰按照一定的液固比混合后，在一定搅拌速度下水洗一定时间，使钾钠最大限度的进入水洗液，之后经液固分离得到滤液和滤渣，滤液经净化、分步结晶制备得到KCl、NaCl产品；滤渣用于回收锌。作为优选，水与高炉布袋灰液固比控制在2:1～4:1L/Kg之间；搅拌速度控制在50～100r/min之间；水洗时间30～60min；液固分离选择压滤或者是抽滤；钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g的滤液才能返回水洗步骤；分步结晶分离温度控制在25～100℃为佳。
(2)还原挥发锌工艺：烘干后的滤渣与还原剂、粘结剂按照一定的质量比配料，充分混匀后制粒，然后经还原挥发使锌以蒸汽形式在烟气回收系统中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；还原装置中的含铁渣在钢厂内循环利用。作为优选，滤渣烘干温度最好控制在100～200℃之间，对所述滤渣进行烘干，优选为：所述滤渣在一定温度下烘干一定时间后，使其水的质量百分含量控制在5％～8％之间，只需要保证滤渣的含水量在5％～8％之间即可，烘干温度和时间可以任意的设置，温度高，烘干时间可以选择短，温度低，烘干时间相对长；还原剂为焦粉或无烟煤，粘结剂为膨润土，滤渣、还原剂、粘结剂按照质量比为(90～100):(25～35):(2～3)；还原挥发装置为转底炉或回转窑；锌的还原挥发温度控制在1150～1250℃之间，还原时间控制在20～30分钟。
(3)湿法回收锌工艺：浸出剂与富锌粉尘按照一定的液固比充分混合后，在一定的转速下搅拌一定的时间，使锌最大限度的进入浸出液；之后经液固分离得到浸出液和浸出渣，浸出液经净化、电解沉积后得到金属锌产品；浸出渣用于回收铅。作为优选，浸出剂与富锌粉尘的液固比控制在3:1～5:1L/Kg之间；搅拌速度控制在50～100r/min之间；浸出时间30～60min；浸出终点pH值控制在5.2～5.4之间；浸出液净化用常规的氧化除铁、锌粉置换去除Cd、Ni、Co等得到净化液。
下面结合附图1，对本发明作进一步地详细说明：
如图1，将高炉布袋灰和水加入浸出装置，在搅拌条件下使钾钠最大限度的进入水洗液，之后经液固分离得到滤液和滤渣。检测滤液中钾离子和钠离子浓度，若100g滤液中钾的质量低于17.90g且钠的质量低于14.15g，则继续返回水洗步骤，否则滤液经净化、分步结晶制备KCl和NaCl产品。提取氯化钾和氯化钠后的滤渣烘干后与还原剂、粘结剂按照一定比例充分混匀后制粒，之后在还原挥发装置中使粉尘中的含锌化合物被还原为锌蒸汽，锌蒸汽在烟气回收系统中被再次氧化并沉积，以氧化锌的形式回收，锌还原挥发后的含铁渣在钢厂内利用。还原挥发装置的烟气回收系统收集到的富锌粉尘，采用浸出剂浸出，使富锌粉尘中的锌最大限度的进入浸出液，之后经液固分离后得到含锌浸出液和浸出渣，浸出渣可用于回收铅；浸出液经净化、电解沉积后制备金属锌，电解液返回锌浸出单元；净化渣可用于回收钴镍等元素。
在本发明工艺流程的水洗回收钾钠工艺中，钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g的滤液可以在水洗步骤循环利用；湿法回收锌工艺中的电解液可以完全在锌浸出过程循环利用，降低了原料消耗。该发明的工艺流程不产生废弃物或者产生的滤液、滤渣均可以资源化利用，基本上消除了高炉布袋灰对环境造成的不利影响。该发明的工艺流程可以得到KCl、NaCl、Zn等高值化产品，实现了高炉布袋灰最大化的资源价值。由于还原挥发锌工艺之前，水洗去除了KCl、NaCl等物质，降低了上述物质在锌还原挥发过程中的吸热，节能降耗；同时还原挥发去除了锌、铅等低熔点物质，使含铁渣在返回高炉系统不会对高炉产生不利影响，即同时实现了铁资源的高效回收利用。

Claims (9)

1.一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括高炉布袋灰水洗回收钾钠工艺步骤(1)、还原挥发锌工艺步骤(2)及湿法回收锌工艺步骤(3)；其中，该工艺方法的具体步骤如下：
(1)、高炉布袋灰水洗回收钾钠工艺步骤具体包括：
(1.1)、水与高炉布袋灰按照2:1～4:1L/Kg的液固比混合，得到的固液混合物在50～100r/min(转/分钟)的转速下搅拌30～60min(分钟)；
(1.2)、步骤(1)的分步骤(1.1)中充分搅拌均匀的所述固液混合物经过滤后得到滤液和滤渣，钾含量低于第一预定值且钠含量低于第二预定值的滤液返回步骤(1)的分步骤(1.1)中用于水洗，钾含量高于第一预定值或钠含量高于第二预定值的滤液用于步骤(1)的分步骤(1.3)；优选为：钾含量低于17.90g/100g且钠含量低于14.15g/100g的滤液返回步骤(1)的分步骤(1.1)中用于水洗，即进行固液混合，钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g的滤液用于步骤(1)的分步骤(1.3)；
(1.3)、步骤(1)的分步骤(1.2)中的滤液净化后，根据不同温度下氯化钠和氯化钾在水中溶解度的差异，分步结晶得到KCl、NaCl产品；
(1.4)、将所述滤渣用于所述还原挥发锌工艺步骤(2)；
(2)、还原挥发锌工艺步骤具体包括：
(2.1)、对所述滤渣进行烘干，优选为：所述滤渣在一定温度下烘干一定时间后，使其水的质量百分含量控制在5％～8％之间；
(2.2)、烘干后的滤渣与还原剂、粘结剂按照质量比(90～100):(25～35):(2～3)的比例配料，充分混匀后制粒，得到粒状料，优选粒状料的粒度控制在10～20mm之间；
(2.3)、步骤(2)的分步骤(2.2)中的所述粒状料经还原挥发使锌氧化物还原并得到金属锌蒸汽，金属锌蒸汽在烟气回收工艺中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；优选粒状料通过还原挥发装置使锌氧化物还原并得到金属锌蒸汽，金属锌蒸汽在烟气回收系统中再次氧化沉积，得到富锌粉尘；
(2.4)、还原挥发过程中得到的含铁渣在钢厂内循环利用；优选还原挥发装置中的含铁渣在钢厂内循环利用；
(3)、湿法回收锌工艺步骤具体包括：
(3.1)、浸出剂与所述富锌粉尘按照3:1～5:1L/Kg的液固比混合后，优选在50～100r/min搅拌速度下浸出30～60min，再次优选浸出终点pH值控制在5.2～5.4之间；
(3.2)、浸出终了的固液混合物经过滤后得到浸出液和浸出渣；
(3.3)、浸出液经净化得到净化液和净化渣，净化液经电解沉积后得到金属锌和电解液；
(3.4)、所述电解液继续返回步骤(3)的分步骤(3.1)中的富锌粉尘的浸出阶段以循环利用。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤(1)的分步骤(1.3)中的滤液中钾含量高于17.90g/100g或钠含量高于14.15g/100g。
3.根据权利要求1-2之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)的分步骤(2.1)中的滤渣需要经过烘干，滤渣烘干温度控制在100～200℃之间。
4.根据权利要求1-3之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)的分步骤(2.2)中的还原剂为焦粉或无烟煤，粘结剂为膨润土。
5.根据权利要求1-4之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)的分步骤(2.3)中锌的还原挥发温度控制在1150～1250℃之间，还原时间控制在20～30分钟。
6.根据权利要求1-5之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)的分步骤(2.3)中的还原挥发装置为回转窑或转底炉。
7.根据权利要求1-6之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)的分步骤(3.1)中的浸出剂为硫酸。
8.根据权利要求1-7之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)的分步骤(3.2)中的浸出渣可用于回收Pb等金属元素。
9.根据权利要求1-8之一所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)的分步骤(3.3)中净化过程得到的净化渣可用于钴镍的回收。
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