CN114524460A - 含钾锰的酸渣回收利用工艺及含钾锰的酸渣回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含钾锰的酸渣回收利用工艺及含钾锰的酸渣回收系统。含钾锰的酸渣回收利用工艺包括以下步骤：酸渣溶解：称取酸渣，加入水，溶解酸渣中的钾盐和锰盐，并去除悬浮物和沉淀物，得到澄清的酸渣溶液；锰的沉淀：在酸渣溶液中加入碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液，充分反应，反应完毕后进行分离得到碳酸锰沉淀物和滤液；蒸发结晶：将滤液的pH调至5～6，然后进行蒸发结晶，得到结晶物；水的回收利用：将蒸发结晶步骤中所产生的冷凝水回收并用于酸渣溶解步骤中；干燥回收：将碳酸锰沉淀物和结晶物进行干燥，分别得到固体的锰盐和固体的钾盐；废气收集处理：收集锰的沉淀、蒸发结晶以及干燥回收中所产生的废气，并进行处理后再排向大气。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种用于含钾锰的酸渣回收利用工艺及含钾锰的酸渣回收系统。
背景技术
目前，大部分生产材料例如石墨烯的厂家均会产生酸渣，该酸渣成分主要为硫酸钾、硫酸锰和硫酸。酸渣如若不进行处理而直接排放、丢弃或处理不善，易造成严重的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对环境友好的含钾锰的酸渣回收利用工艺及含钾锰的酸渣回收系统，以解决现有技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于含钾锰的酸渣回收利用工艺，包括以下步骤：
酸渣溶解：称取酸渣，加入水，溶解所述酸渣中的钾盐和锰盐，并去除悬浮物和沉淀物，得到澄清的酸渣溶液；
锰的沉淀：在所述酸渣溶液中加入碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液，使锰盐充分反应，反应完毕后进行分离、洗涤纯化得到碳酸锰沉淀物和滤液；
蒸发结晶：将所述滤液的pH值调至5～6，然后进行蒸发结晶，得到结晶物；
水的回收利用：将所述蒸发结晶步骤中所产生的冷凝水回收并用于所述酸渣溶解步骤中；
干燥回收：将所述碳酸锰沉淀物和所述结晶物进行干燥，分别得到固体的锰盐和固体的钾盐；
废气收集处理：收集所述锰的沉淀步骤中、所述蒸发结晶步骤中以及所述干燥回收步骤中所产生的废气，并进行处理后再排向大气。
在其中一实施方式中，所述锰的沉淀步骤中，通过离心分离得到所述碳酸锰沉淀物和所述滤液。
在其中一实施方式中，在离心分离步骤前，先静置，分别收集上层溶液和下层物质；再将所述下层物质进行离心分离，得到所述碳酸锰沉淀物和所述下层滤液，收集所述上层溶液和所述下层滤液得到所述滤液。
在其中一实施方式中，所述蒸发结晶步骤中，通过硫酸调节所述滤液的pH。
在其中一实施方式中，所述废气收集处理步骤中，加入硫酸吸收所述锰的沉淀、所述蒸发结晶以及所述干燥回收中所产生的废气；
将所述废气收集处理步骤中的所述硫酸用于所述蒸发结晶步骤中调节所述滤液的pH值。
在其中一实施方式中，所述蒸发结晶步骤中，利用MVR蒸发器或三效蒸发器进行蒸发结晶。
本发明还提供一种酸渣回收利用系统，包括：
酸渣溶解机构，用于混合酸渣和水，而使所述酸渣溶解为酸渣溶液；
提取机构，包括沉淀反应池和分离设备，所述沉淀反应池设置于所述酸渣溶解机构的下游而接收所述酸渣溶液，所述沉淀反应池供所述酸渣溶液进行沉淀反应，所述分离设备位于所述沉淀反应池的下游，用于分离而得到沉淀物和滤液；
蒸发结晶机构，包括pH调节池和蒸发器，所述pH调节池位于所述分离设备的下游，用于对所述滤液调节pH，所述蒸发器位于所述pH调节池的下游，对调节pH后的滤液进行蒸发结晶得到结晶物；所述蒸发器具有出液口，所述出液口与所述酸渣溶解机构连接而向所述酸渣溶解机构提供水；
干燥回收机构，位于所述分离设备的下游和所述蒸发器的下游，以接收所述沉淀物和所述结晶物，并对所述沉淀物和所述结晶物进行干燥，分别得到回收后的第一固体物和第二固体物；
废气收集处理机构，具有进气口和出气口，所述进气口与所述沉淀反应池、所述pH调节池和所述蒸发器连接，而接收废气，所述出气口与大气相连，而将经过处理后合格的气体向大气排放。
在其中一实施方式中，所述提取机构还包括沉淀静置池；所述沉淀静置池设置于所述沉淀反应池和所述分离设备之间。
在其中一实施方式中，所述废气收集处理机构还具有液体出口，所述液体出口与所述pH调节池连接。在其中一实施方式中，所述分离设备为离心机。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明中的含钾锰的酸渣回收利用工艺，使酸渣中的锰以碳酸锰的形式沉淀，固液分离后，碳酸锰沉淀洗涤、干燥后即实现锰离子的回收；滤液蒸发结晶及干燥后即实现钾离子的回收。整个酸渣回收利用工艺中，所需的水资源可采用蒸发结晶所产生的水，且最终向环境中排放的物质均符合排放标准，消除了酸渣对环境的污染，因此，整个回收利用工艺经济环保。
附图说明
图1是本发明中含钾锰的酸渣回收利用工艺的流程图。
图2是本发明中含钾锰的酸渣回收系统的示意图。
附图说明：
1、酸渣溶解机构；2、提取机构；21、沉淀反应池；22、沉淀静置池；23、分离设备；3、蒸发结晶机构；31、pH调节池；32、蒸发器；4、干燥回收机构；5、废气收集处理机构；6、储水池。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种含钾锰的酸渣回收利用工艺，适用于对含有钾锰的酸渣的回收再利用。该含钾锰的酸渣回收利用工艺不仅回收了钾和锰，实现资源回收的目的，且该工艺排向环境中的排放物均符合排放标准，消除了酸渣对环境的污染。
其中，酸渣的主要成分包括硫酸钾、硫酸锰和硫酸。例如，石墨烯的生产工艺中排放的酸渣。
参阅图1，该含钾锰的酸渣回收利用工艺包括以下步骤：
S1、酸渣溶解：称取酸渣，加入水，溶解酸渣中的钾盐和锰盐，并去除悬浮物和沉淀物，得到澄清的酸渣溶液。
具体地，酸渣的主要成分包括硫酸钾、硫酸锰和硫酸。其中，硫酸钾和硫酸锰以固体形态存在，硫酸以液体形态存在。
酸渣溶解过程中，加入足够的水使硫酸钾和硫酸锰充分溶解。溶解后，进行过滤，去除悬浮物和沉淀物，并通过澄清设备的作用而得到澄清的酸渣溶液。
S2、锰的沉淀：在酸渣溶液中加入碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液，充分反应，反应完毕后进行分离、洗涤纯化得到碳酸锰沉淀物和滤液。
具体地，加入碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液，与硫酸锰反应而生成碳酸锰沉淀。碳酸铵溶液或碳酸氢铵溶液的加入量依据酸渣中锰离子的量以及硫酸的量计算而得。其中，硫酸的大致含量可通过检测pH值而计算得到。锰离子的大致含量通过检测酸渣溶液中锰离子的含量而提前得知，并根据锰离子的含量按照反应式进行结算所得的基础上过量5～10％，保证锰离子充分的反应而生成碳酸锰。
碳酸氢铵与硫酸锰以及硫酸的反应式如下：
H2SO4+2NH4HCO3＝(NH4)2SO4+2H2O+2CO2↑
MnSO4+2NH4HCO3＝MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
碳酸铵与硫酸锰以及硫酸的反应式如下：
H2SO4+(NH4)2CO3＝(NH4)2SO4+H2O+CO2↑
MnSO4+(NH4)2CO3＝MnCO3↓+(NH4)2SO4
在硫酸锰发生沉淀反应而形成碳酸锰沉淀后，静置一段时间，使上层溶液澄清，并收集该上层溶液。
剩下的液体与碳酸锰沉淀通过离心分离进一步将碳酸锰沉淀与液体分离，分别收集固体和液体。将液体与上层溶液收集，即得到滤液。固体即碳酸锰沉淀。
通过水对碳酸锰沉淀进行洗涤纯化，得到碳酸锰沉淀物。
S3、蒸发结晶：将滤液的pH调至5～6，然后进行蒸发结晶，得到结晶物。
调节步骤S2中所收集滤液的pH值。具体地，通过硫酸调节，使pH值为5～6。
蒸发结晶利用MVR蒸发器或三效蒸发器进行蒸发结晶。其中一实施方式中，蒸发结晶的温度为200～300℃。
其中，结晶物为钾氨盐复合肥，主要成分包括硫酸钾(K2SO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)。
蒸发结晶过程中产生冷凝水和不凝气。不凝气的主要成分包括氨气，二氧化碳、少量的硫酸气体，及水蒸汽。
S4、水的回收利用：将蒸发结晶步骤中所产生的冷凝水回收并用于酸渣溶解步骤中。
蒸发结晶过程中的冷凝水回收并用于酸渣的溶解。多余的水则可以直接向外排放。水资源的回收利用，经济环保。
S5、干燥回收：将碳酸锰沉淀物和结晶物进行干燥，分别得到固体的锰盐和固体的钾盐。
具体地，碳酸锰沉淀物和结晶物盛放于不同的容器中，可于同一干燥设备中进行干燥。其中，干燥温度为130～160℃。其中一实施例中，干燥设备可为干燥箱。
碳酸锰沉淀物干燥后得到碳酸锰固体。结晶物干燥后得到硫酸钾和硫酸铵的混合物。
S6、废气收集处理：收集锰的沉淀步骤中、蒸发结晶步骤中以及干燥回收步骤中所产生的废气，并进行处理后再排向大气。
具体地，锰的沉淀步骤中，产生二氧化碳气体和氨气。其中，硫酸锰以及硫酸分别与碳酸铵或碳酸氢铵反应的过程中，产生二氧化碳气体。蒸发结晶步骤中，滤液中的碳酸铵或碳酸氢铵分解产生二氧化碳气体和氨气，以及滤液中的水在蒸发结晶时的水蒸汽。
干燥回收步骤中，干燥碳酸锰沉淀物和结晶物时，产生二氧化碳气体和氨气。
废气收集处理步骤通过酸液吸收上述废气中的氨气、硫酸气体以及水蒸汽，二氧化碳气体直接排向环境。本实施例中，酸液为硫酸，氨气、硫酸气体以及水蒸汽均溶于硫酸中。
进一步地，上述吸收过废气的酸液能够用于本工艺中蒸发结晶步骤中的pH值调节，在本工艺的内部循环使用，既减少了药剂的添加，也避免了向环境排放危险物质，经济环保。
本实施例中的含钾锰的酸渣回收利用工艺，使酸渣中的锰以碳酸锰的形式沉淀，固液分离后，碳酸锰沉淀直接干燥即实现锰离子的回收；滤液蒸发结晶及干燥后即实现钾离子的回收。且整个回收利用工艺中，所需的水资源可采用蒸发结晶所产生的水，调节pH值可采用废气收集处理步骤中的硫酸，各试剂在本工艺的内部循环使用，既减少了药剂的添加，也避免了向环境排放危险物质。最终向环境中排放的物质均符合排放标准，消除了酸渣对环境的污染，因此，整个回收利用工艺经济环保。
本发明还提供一种含钾锰的酸渣回收系统，以实现上述含钾锰的酸渣回收利用工艺。
具体地，参阅图2，该酸渣回收系统包括酸渣溶解机构1、提取机构2、蒸发结晶机构3、干燥回收机构4以及废气收集处理机构5。
酸渣溶解机构1用于混合酸渣和水，而使酸渣溶解为酸渣溶液。用于进行酸渣溶解步骤。
提取机构2用于进行锰的沉淀步骤。具体地，提取机构2包括沉淀反应池21、沉淀静置池22和分离设备23。沉淀反应池21设置于酸渣溶解机构1的下游而接收酸渣溶液，沉淀反应池21供酸渣溶液进行沉淀反应。
沉淀静置池22设置于沉淀反应池21的下游，用于接收沉淀反应池21的溶液和沉淀，用于静置，使沉淀和液体分层。将沉淀静置池22的上层溶液收集，将剩下的液体与沉淀输送至分离设备23。
分离设备23位于沉淀静置池22的下游，用于分离、洗涤纯化而得到沉淀物和下层滤液，分别收集固体和液体。将液体与上层溶液收集，即得到滤液。固体即沉淀。本实施例中，分离设备23为离心机。
蒸发结晶机构3用于进行蒸发结晶步骤。具体地，蒸发结构机构包括pH调节池31和蒸发器32。pH调节池31位于分离设备23的下游，用于对滤液调节pH。具体地，pH调节池31同时与分离设备23和沉淀静置池22连接，而收集沉淀静置池22中的上层溶液和分离设备23所分离的液体。
蒸发器32位于pH调节池31的下游，对调节pH后的滤液进行蒸发结晶得到结晶物。
蒸发器32具有出液口，该出液口与酸渣溶解机构1连接而向酸渣溶解机构1提供水。具体在本实施例中，出液口酸渣溶解机构1之间通过一储水池6连接，即，出液口与储水池6连接，酸渣溶解机构1于储水池6连接，而能够在需要用水时从储水池6内取水使用。在储水池6已经装满水而无法再接收蒸发器32产生的水时，可将储水池6内的水排放至工业废水处理站。
干燥回收机构4用于进行干燥回收步骤。具体地，干燥回收机构4位于分离设备23的下游，并与蒸发器32相连，以接收分离设备23所分离的沉淀物和蒸发器32所蒸发后的结晶物，并对沉淀物和结晶物进行干燥，分别得到回收后的第一固体物和第二固体物。第一固体物和第二固体物分别为碳酸锰沉淀物和结晶物。
具体在本实施例中，干燥回收机构4为干燥机。
废气收集处理机构5用于进行废气收集处理步骤。具体地，废气收集处理机构5具有进气口、出气口和液体出口。进气口与沉淀反应池21、pH调节池31和蒸发器32连接，而接收废气。出气口与大气相连，而将经过处理后合格的气体向大气排放。
具体地，废气收集处理机构5内能够容置酸液，而吸收沉淀反应池21、pH调节池31和蒸发器32所排放的废气，其中，可以直接向大气中排放的气体直接排向大气中，例如二氧化碳气体。
液体出口与pH调节池32连接而能够向pH调节池32输送酸液，以进行pH值的调节，既减少了药剂的添加，也避免了向环境排放危险物质，经济环保。
本实施例中的酸渣回收系统，具有酸渣回收利用功能，消除了酸渣对环境的污染，且最终向环境中排放的物质均符合排放标准，绿色环保。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明中的含钾锰的酸渣回收利用工艺，使酸渣中的锰以碳酸锰的形式沉淀，固液分离后，碳酸锰沉淀洗涤、干燥后即实现锰离子的回收；滤液蒸发结晶及干燥后即实现钾离子的回收。整个酸渣回收利用工艺中，所需的水资源可采用蒸发结晶所产生的水，且最终向环境中排放的物质均符合排放标准，消除了酸渣对环境的污染，因此，整个回收利用工艺经济环保。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，包括以下步骤：
酸渣溶解：称取酸渣，加入水，溶解所述酸渣中的钾盐和锰盐，并去除悬浮物和沉淀物，得到澄清的酸渣溶液；
锰的沉淀：在所述酸渣溶液中加入碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液，使锰盐充分反应，反应完毕后进行分离、洗涤纯化得到碳酸锰沉淀物和滤液；
蒸发结晶：将所述滤液的pH值调至5～6，然后进行蒸发结晶，得到结晶物；
水的回收利用：将所述蒸发结晶步骤中所产生的冷凝水回收并用于所述酸渣溶解步骤中；
干燥回收：将所述碳酸锰沉淀物和所述结晶物进行干燥，分别得到固体的锰盐和固体的钾盐；
废气收集处理：收集所述锰的沉淀步骤中、所述蒸发结晶步骤中以及所述干燥回收步骤中所产生的废气，并进行处理后再排向大气。
2.根据权利要求1所述的含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，所述锰的沉淀步骤中，通过离心分离得到所述碳酸锰沉淀物和所述滤液。
3.根据权利要求2所述的含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，在离心分离步骤前，先静置，分别收集上层溶液和下层物质；再将所述下层物质进行离心分离，得到所述碳酸锰沉淀物和所述下层滤液，收集所述上层溶液和所述下层滤液得到所述滤液。
4.根据权利要求1所述的含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，所述蒸发结晶步骤中，通过硫酸调节所述滤液的pH。
5.根据权利要求4所述的含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，所述废气收集处理步骤中，加入硫酸吸收所述锰的沉淀、所述蒸发结晶以及所述干燥回收中所产生的废气；
将所述废气收集处理步骤中的所述硫酸用于所述蒸发结晶步骤中调节所述滤液的pH值。
6.根据权利要求1所述的含钾锰的酸渣回收利用工艺，其特征在于，所述蒸发结晶步骤中，利用MVR蒸发器或三效蒸发器进行蒸发结晶。
7.一种含钾锰的酸渣回收利用系统，其特征在于，包括：
酸渣溶解机构，用于混合酸渣和水，而使所述酸渣溶解为酸渣溶液；
提取机构，包括沉淀反应池和分离设备，所述沉淀反应池设置于所述酸渣溶解机构的下游而接收所述酸渣溶液，所述沉淀反应池供所述酸渣溶液进行沉淀反应，所述分离设备位于所述沉淀反应池的下游，用于分离而得到沉淀物和滤液；
蒸发结晶机构，包括pH调节池和蒸发器，所述pH调节池位于所述分离设备的下游，用于对所述滤液调节pH，所述蒸发器位于所述pH调节池的下游，对调节pH后的滤液进行蒸发结晶得到结晶物；所述蒸发器具有出液口，所述出液口与所述酸渣溶解机构连接而向所述酸渣溶解机构提供水；
干燥回收机构，位于所述分离设备的下游和所述蒸发器的下游，以接收所述沉淀物和所述结晶物，并对所述沉淀物和所述结晶物进行干燥，分别得到回收后的第一固体物和第二固体物；
废气收集处理机构，具有进气口和出气口，所述进气口与所述沉淀反应池、所述pH调节池和所述蒸发器连接，而接收废气，所述出气口与大气相连，而将经过处理后合格的气体向大气排放。
8.根据权利要求7所述的含钾锰的酸渣回收利用系统，其特征在于，所述提取机构还包括沉淀静置池；所述沉淀静置池设置于所述沉淀反应池和所述分离设备之间。
9.根据权利要求7所述的含钾锰的酸渣回收利用系统，其特征在于，所述废气收集处理机构还具有液体出口，所述液体出口与所述pH调节池连接。
10.根据权利要求7所述的含钾锰的酸渣回收利用系统，其特征在于，所述分离设备为离心机。
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