從燒結除塵灰中提取硫酸鉀及其制備方法

專利名稱：：從燒結除塵灰中提取硫酸鉀及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于化工產品制造領域，具體涉及一種從燒結除塵灰中提取硫酸鉀及其制備方法。
背景技術：
：鋼鐵工業是我國國民經濟的重要基礎產業，同時也是能源消耗和環境污染嚴重的工業部門之一。環境污染是制約鋼鐵生產的重要因素之一。如何進一步減少污染物的發生量和排放量，控制和消除各類污染因素對環境的影響，是根本改變傳統鋼鐵工業形象，走與環境協調和可持續發展的重要課題。燒結生產在鋼鐵企業是原料準備的重要一環。燒結生產的意義在于(l)充分合理的利用礦石資源，滿足鋼鐵行業發展的需要。占世界鐵礦石儲量88%的貧礦要經過細磨精選造塊處理才可以供高爐煉鐵。(2)燒結的一個額外優點是可以生產代替鐵礦球團的材料并增加高爐運行穩定性。(3)在回收和再生冶煉、煉鋼設備所生產的含鐵二次原料和含鐵廢棄氧化物方面(如爐塵、軋鋼皮、鋼渣、硫酸渣等)，燒結是傳統和完善的方法，既充分利用了國家資源，又消除了環境污染，還可降低生產成本。所以，燒結生產目前還是一個無法完全取代的工藝過程，目前我國大部分高爐使用燒結礦占到95%左右。對粉塵的集中處理，各國都在進行積極的研究，研究最多的是粉塵水泥制品在道路用材、爐渣棉、道路基石、混凝土用骨料等方面的利用。但這些回用方法開發的產品附加值較低。亟需找到高附加值的有效利用方法。通過對燒結機機頭電場除塵灰進行的初步分析，燒結機機頭電場除塵灰內含有大量的K元素，同時含有Ca、Si、Mg、Mn、Zn、Cu等成分，我國又急缺鉀鹽，因此對燒結機機頭電場除塵灰特性進行分析，將其資源化將有廣闊的前景。鋼鐵生產物料中K的富集主要體現在燒結煙氣的電除塵灰中，目前燒結廠煙氣二級和三級電除塵灰中鉀鹽含量高達30%以上，噸鐵燒結煙氣該類電除塵灰4公斤左右。據此測算，目前全國鋼鐵冶金僅燒結煙氣電除塵灰每年產生的鉀鹽資源量可達50萬噸左右，是2006年我國鉀肥(按K^04含量50%計)所需1^04原料的約1/3。從長期來看，鋼鐵廠已開始采用轉底爐處理冶金粉塵，冶金粉塵的平均1(2504含量4%左右，轉底爐處理冶金粉塵，原料中約40%的K2S0;進入氣相形成新的富K粉塵，生產1噸鐵的冶金粉塵約80公斤，也就是說，1個年產1000萬噸鐵的鋼鐵廠，可產生富K粉塵(按K2S04含量30%計)約10萬噸，加上燒結富K電除塵灰，一個鋼鐵廠就可以建立一個年產K2S04約4萬噸的中型企業。全國5億噸鐵，可產200萬噸K2S04,解決480萬噸鉀肥(按K2S04含量50%計)生產的主要原料，相當于2006年我國進口鉀肥的60%。可見，從鋼鐵粉塵中獲取K對于解決我國K資源緊缺問題具有重要的戰略意義和現實意義。CN101234766公開了一種利用鋼鐵廠燒結工序電除塵灰生產氯化鉀的方法。室溫下，采用自來水，加入適量的SDD在液固比2/11/1條件下浸出，浸出率可達95%99.5%。過濾后的濾渣經干燥后返回燒結工序，浸出液加熱濃縮至原體積的3/54/5,緩慢冷卻分步結晶氯化鉀和氯化鈉產品，純度可達到95%98%，鈣鎂總量0.4%3%。結晶母液返回用以除塵灰的浸出。此發明中氯化物易使土壤產生板結，且加入浸出水量較大，耗費大量的水資源。
發明內容本發明針對燒結除塵灰所含有的鉀鹽，提供一種從燒結除塵灰中提取硫酸鉀及其制備方法。本發明主要為解決冶金燒結過程中產生的廢棄物除塵灰，采用對除塵灰溶解、蒸餾、絡合、結晶的方法，制取硫酸鉀的工藝，使用難以處理的除塵灰制取我國緊缺的鉀鹽。本發明技術方案如下本發明提供一種從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，包括下列步驟1)稱取1份重量的除塵灰，加入3倍除塵灰重量的水，在常溫下浸泡3天；2)將步驟1)的混合物過濾，將濾液采用減壓蒸餾的方法濃縮至十分之一量，即濃縮液；分析濃縮液中K+的含量；3)在濃縮液中加入硫酸銨，使溶液中的IT:SO廣=2.0:12.2:1，摩爾比；4)再加入有機溶劑，在80。C下，反應2小時，得到硫酸鉀結晶；5)經過濾、干燥可得硫酸鉀產品；濾液在90'C蒸餾，回收有機溶劑，蒸餾殘液返回硫酸鉀合成反應系統循環使用。優選的，所述有機溶劑選自甲醇、乙醇、或甲酰胺；更優選的，所述有機溶劑選自甲酰胺。優選的，步驟2)中將除塵灰溶液蒸發濃縮至含鉀離子80120g/L;優選的，步驟2)中將除塵灰溶液蒸發濃縮至含鉀離子90110g/L。優選的，步驟3)中硫酸銨的加入量為使溶液中的r:SO/+=2.1:1，摩爾比。優選的，步驟4)所述有機溶劑的加入量為濃縮液中重量的3050%。歩驟2)所述的分析濃縮液中K+的含量的方法可以適應任何公知的方法，如滴定法。本發明的工藝流程如下硫酸銨甲酰胺磁選排液—濃縮~>反應~>結晶~>過濾~>干燥~>包裝個小濾液~>蒸餾~>回收甲酰胺小蒸餾殘液本發明利用冶金燒結除塵灰，采用簡單的工藝，提取我國急需的鉀鹽，不僅提高資源利用率，保護了環境，并且具有較好的經濟效益，是綠色環保循環經濟項目。本發明中加入硫酸銨，不僅與除塵灰中的鉀鹽進行配位絡合，而且提高了甲酰胺的循環利用的回收率。本發明中加入有機溶劑克服了鉀、鈉分離得困難，提高了硫酸鉀的純度。加入甲酰胺，可以有效的提高硫酸鉀的結晶化，有效的提高硫酸鉀鹽的所得率，硫酸鉀收得率可以達到90%左右。而且于加入甲酰胺后減少了蒸餾量，并且在8crc即可得到硫酸鉀結晶物，減少了反復冷卻加熱的溫差，降低了能耗。生產硫酸鉀比生產氯化鉀更有利于燒結除塵灰中的鉀的利用，在生產復合肥中硫酸鉀不會是土壤板結；采用甲酰胺比專利CN101234766采用SDD更能有效的提高鉀鹽的所得率；加入甲酰胺后減少了蒸餾量，并且在8crc即可得到硫酸鉀結晶物，減少了反復冷卻加熱的溫差，降低了能耗；并且甲酰胺可以有效的回收循環利用，降低了生產成本。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例中所用除塵灰為燒結機頭三電場除塵灰，含鉀鹽為13.9%28.5%wt。。實施例1:除塵灰100克，加入1000mL去離子水浸泡3天，過濾，將濾液濃縮至100mL，分析濃縮液中K+的含量為9.34克/100mL。在濃縮液中加入硫酸銨15克(K+:S0/+二2.1:1)，再加入50g甲酰胺，在80。C下，反應2小時，得到硫酸鉀結晶，干燥，得到硫酸鉀18.40g，過濾液進入蒸餾塔，在90。C下進行蒸餾，回收甲酰胺47.5g。實施例2:其它同實施例1,不同的是加入的有機溶劑不同，下表為不同溶劑對硫酸鉀產率的影響。表1lOOmL濃縮液加入不同溶劑對硫酸鉀產率的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由以上實驗結果可以看出，加入甲酰胺可以顯著提高硫酸鉀的得率，當甲酰胺量為3035%時，硫酸鉀的得率可接近90%。實施例3:除塵灰150克，加入1500mL去離子水浸泡3天，過濾，將濾液濃縮至150mL，分析濃縮液中K+的含量為10.5克/100mL。在濃縮液中加入硫酸銨16.86克(1(+:S0/+=2.1:1)，再加入50g甲酰胺，在80。C下，反應2小時，得到硫酸鉀結晶，干燥，得到硫酸鉀20.69g，過濾液從檢索結果來看，專利CN101234766也利用鋼鐵廠燒結工序電除塵灰采用常規的生產氯化鉀的方法，相比而言生產硫酸鉀更有利于燒結除塵灰中的鉀的利用，在生產復合肥中硫酸鉀不會是土壤板結；采用甲酰胺比專利CN101234766采用SDD更能有效的提高鉀鹽的所得率；加入甲酰胺后減少了蒸餾量，并且在8(TC即可得到硫酸鉀結晶物，減少了反復冷卻加熱的溫差，降低了能耗；并且甲酰胺可以有效的回收循環利用，降低了生產成本。進入蒸餾塔，在90。C下進行蒸餾，回收甲酰胺46.9g。權利要求1.一種從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，包括下列步驟1)稱取1份重量的除塵灰，加入3倍除塵灰重量的水，在常溫下浸泡3天；2)將步驟1)的混合物過濾，將濾液采用減壓蒸餾的方法濃縮至十分之一量，即濃縮液；分析濃縮液中K+的含量；3)在濃縮液中加入硫酸銨，使溶液中的K+∶SO42+＝2.0∶1～2.2∶1，摩爾比；4)再加入有機溶劑，在80℃下，反應2小時，得到硫酸鉀結晶；5)經過濾、干燥可得硫酸鉀產品；濾液在90℃蒸餾，回收有機溶劑，蒸餾殘液返回硫酸鉀合成反應系統循環使用。2.如權利要求1所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，所述有機溶劑選自甲醇、乙醇、或甲酰胺。3.如權利要求1或2所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，所述有機溶劑選自甲酰胺。4.如權利要求1所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，步驟2)中將除塵灰溶液蒸發濃縮至含鉀離子80120g/L。5.如權利要求1或4所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，步驟2)中將除塵灰溶液蒸發濃縮至含鉀離子90110g/L。6.如權利要求1所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，步驟3)中硫酸銨的加入量為使溶液中的『S0^=2.1:1，摩爾比。7.如權利要求1所述的從燒結除塵灰中提取硫酸鉀的方法，其特征是，步驟4)所述有機溶劑的加入量為濃縮液中重量的3050%。全文摘要本發明涉及一種從燒結除塵灰中提取硫酸鉀及其制備方法，屬于化工產品
技術領域：
。稱取除塵灰，加入3倍除塵灰重量的水中，在常溫下浸泡3天，過濾，將濾液采用減壓蒸餾的方法濃縮至十分之一量，分析濃縮液中K⁺的含量，在濃縮液中加入硫酸銨使溶液中的K⁺∶SO₄²⁺＝2.1∶1，再加入甲酰胺，在80℃下，反應2小時，得到硫酸鉀結晶。再經過濾、干燥可得硫酸鉀產品，濾液在90℃蒸餾，回收加入的有機溶劑，蒸餾殘液返回硫酸鉀合成反應系統循環使用。本發明利用冶金燒結除塵灰，工藝簡單，能耗低，鉀鹽的所得率高，不僅提高資源利用率，保護了環境，并且具有較好的經濟效益，是綠色環保循環經濟項目。文檔編號C01D5/00GK101428832SQ20081015928公開日2009年5月13日申請日期2008年11月27日優先權日2008年11月27日發明者劉智偉,孫業新,龐曉梅,強李,李志峰,林七女,段明波,丹江,種振宇,管山吉,董曉春,郭懷功,陳力軍申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司