一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，屬于鋼鐵廢渣的無害化、資源化利用技術領域。本方法包括：收集富含鉀鹽的燒結機頭電場除塵灰，以弱酸性水溶液水洗，充分攪拌至均化，靜置，固液分離得洗脫液Ⅰ及沉淀物Ⅰ；向所述洗脫液Ⅰ中添加K2CO3除雜，溶解后充分攪拌并固液分離得到過濾液Ⅱ及沉淀物Ⅱ；調節過濾液Ⅱ的pH值，加入鉀芒硝（3K2SO4·Na2SO4）進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產品，其純度可達GB20406?2006粉末結晶狀一等品指標要求。整體工藝簡單易行，生產成本低；可實現電場除塵灰中鐵、釩、鈦的有效回收，鉀鹽的高效利用。
【專利說明】
一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于鋼鐵廢渣的資源化利用技術領域，具體涉及一種用燒結機頭電除塵灰 中鉀鹽制取硫酸鉀的方法。
【背景技術】
[0002] 燒結機頭電除塵灰(簡稱燒結灰)是鐵礦石燒結過程中，通過電除塵器收集的煙氣 與粉塵，其產生量約占燒結礦產量的1%_2%，燒結灰是鋼鐵企業的主要污染源之一。目前燒 結灰的綜合利用途徑，主要是采用直接配加到燒結混合料回用，而燒結灰的再加入使燒結 混合料富含鋅及堿金屬等有害元素，嚴重影響高爐生產。因此，很多鋼鐵企業將電除塵灰堆 積起來，既浪費了土地、財力、人力，還埋下了二次環境污染的隱患。開發高效、經濟和環保 的燒結灰中堿金屬的去除與資源化利用新技術，已成為國內大中型鋼鐵企業生產的重要課 題。
[0003] 2015年新環保法實施后，燒結灰外賣存在環保連帶責任風險等問題，因此，燒結灰 無害化、資源化利用技術凸顯必要。且燒結灰的無害化、資源化利用符合國家發改委發布的 《產業結構調整指導目錄》，屬于國家鼓勵類發展項目，享受稅收優惠政策。同時該技術屬于 《資源綜合利用企業所得稅優惠目錄》、《國家鼓勵發展的環境保護技術目錄》以及《國家先 進污染治理技術推廣示范項目名錄》所列項目，可以申報國家政策獎勵基金和實行稅收減 免。
[0004] 此外，我國是一個鉀資源十分匱乏的國家，84% 土地缺鉀，限制了鉀肥的開發利用 和發展，使農作物主要養分氮磷鉀比例嚴重失調。鉀肥的主要品種有氯化鉀、硫酸鉀、硝酸 鉀，由于忌氯作物不能施用氯化鉀，硝酸鉀價格昂貴，且為炸藥，施用受到限制。硫酸鉀可同 時提供農作物需要的鉀和硫，價格便宜，宜用于忌氯作物，所以硫酸鉀肥比氯化鉀肥有更高 的使用價值。利用燒結灰中鉀鹽生產硫酸鉀，并回收鐵、釩、鈦等元素返燒結再利用，可實現 燒結灰的無害化、減量化、資源化利用，前景廣闊。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的 方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種用燒結機頭電除塵灰中鉀 鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1) 收集燒結機頭電場除塵灰，于弱酸性溶液中水洗，充分攪拌40-60分鐘至均化，靜 置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I; (2) 向洗脫液I中添加K2C03除雜，溶解后充分攪拌并固液分離得到過濾液n及沉淀物 n; (3) 調節過濾液n的pH值，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結晶工藝分離 鉀、鈉，得到硫酸鉀產品。
[0007] 本發明所述步驟（1)中的燒結機頭電場除塵灰中，除富含鐵、鈣、鎂、鉀（5-15%)、 鈉、氯等元素之外，還含有稀缺資源釩、鈦需進行有效回收。
[0008] 本發明所述步驟（1)中的水洗液呈弱酸性，目的是使電除塵灰在水洗時鉀、鈉分離 更徹底。此弱酸水洗液的溫度為25-35°C，pH為2-6,調節pH值用酸為硫酸，原則是不增加溶 液中的干擾離子。
[0009] 本發明所述步驟（1)中的沉淀物I為電除塵灰在弱酸環境下水洗后的尾渣，富含 鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結混合料。
[0010] 本發明所述步驟(2)中的除雜物質選擇K2C03,目的不增加溶液中離子的數量，其加 入量須保證洗脫液I的pH=8_13,除雜物質1( 20)3可去除鈣、鎂及其它金屬離子。
[0011] 本發明所述步驟(3)中的調節過濾液II的pH值至中性，調節pH值用酸為鹽酸，以避 免增加溶液中的干擾離子。
[0012] 本發明所述步驟(3)中的復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫 度控制在25-30°C，待反應完全至硫酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水鹽體系。
[0013] 本發明所述步驟(3)中的蒸發、結晶條件為:溶液蒸發濃縮溫度為90-100°C，此為 共飽和溶液;之后溶液冷卻至25-30 °C完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大 顆粒硫酸鉀晶體，持續時間1-3小時。
[0014] 本發明所述步驟(3)中結晶、分離后的母液再循環使用，以保證洗脫液I中較高的 鉀含量及本方法中鉀的收率。
[0015] 本發明所述步驟（3)中硫酸鉀純度可達GB20406-2006粉末結晶狀一等品指標要 求。
[0016] 本發明制硫酸鉀所用物質為鉀芒硝，其分子式為3K2S〇4 ? Na2S〇4,其復分解反應 為：3K2S〇4 ? Na2S〇4+2KCl-3K2S〇4+2NaCl 本發明所述蒸發結晶理論依據是K+、Na7/Cr、S042~-H 20四元水鹽體系相圖，在任何 溫度下，硫酸鉀與氯化鈉的結晶區互不相鄰，據此對二者進行有效分離。
[0017]采用上述技術方案所產生的有益效果為：本發明制得的鉀鹽純度較高，可達到 GB20406-2006粉末結晶狀一等品指標要求;整體工藝簡單易行，生產成本低;實現了電場除 塵灰中鐵、釩、鈦的有效回收，鉀鹽的高效利用，是使電場除塵灰無害化、資源化的典型案例 之一。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0019] 以下提供上述電場除塵灰制取鉀肥的具體實施例。
[0020] 實施例1 一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場除塵灰1(電除塵灰中各金屬元素的質量分數范圍見表1)，以pH=2.5的硫 酸水溶液溶解，充分攪拌40分鐘至均化，靜置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱 酸環境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結混合料。
[0021] (2)向洗脫液I中添加K2C〇3除雜，充分攪拌使溶液的pH=8，固液分離得到過濾液n 及沉淀物n ;K2C〇3去除?6、〇8、]\%、六1、]\111等金屬離子； (3)用鹽酸調節過濾液npH值為中性，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產品，結晶、分離后的母液再循環使用。
[0022]復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫度30°C，待反應完全至硫 酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0023]蒸發、結晶條件為:蒸發濃縮溫度為100°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至30°C 完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續時間1小時。 [0024] 實施例2 一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場除塵灰2(電除塵灰中各金屬元素的質量分數范圍見表1)，用pH=3.5的硫 酸水溶液溶解，充分攪拌50分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結混合料。
[0025] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分攪拌使溶液的pH=9.5，固液分離得到過濾液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用鹽酸調節過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產品，結晶、分離后的母液再循環使用。
[0026]復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫度25 °C，待反應完全至硫 酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0027]蒸發、結晶條件為：蒸發濃縮溫度為90°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至25°C 完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續時間1.5小時。 [0028] 實施例3 一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場除塵灰3(電除塵灰中各金屬元素的質量分數范圍見表1)，用pH=4.5的鹽 酸水溶液溶解，充分攪拌50分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結混合料。
[0029] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分攪拌使溶液的pH=l0.5，固液分離得到過濾液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用硫酸調節過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產品，結晶、分離后的母液再循環使用。
[0030] 復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫度28 °C，待反應完全至硫 酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水鹽體系。
[0031] 蒸發、結晶條件為：蒸發濃縮溫度為95°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至29°C 完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續時間2.5小時。
[0032] 實施例4 一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，具體方法包括如下步驟： (1)收集電場除塵灰4(電除塵灰中各金屬元素的質量分數范圍見表1)，用pH=5.5的硫 酸水溶液溶解，充分攪拌60分鐘至均化，固液分離得洗脫液I及沉淀物I;沉淀物I為弱酸環 境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元素，脫水后返回用于燒結混合料。
[0033] (2)向洗脫液I中添加K2C03除雜，充分攪拌使溶液的pH=13，固液分離得到過濾液II 及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金屬離子 ； (3)用鹽酸調節過濾液nPH值為中性，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結 晶工藝分離鉀、鈉，得到硫酸鉀產品，結晶、分離后的母液再循環使用。
[0034]復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫度26 °C，待反應完全至硫 酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水體系。
[0035] 蒸發、結晶條件為:蒸發濃縮溫度為97°C，此為共飽和溶液;之后溶液冷卻至27°C 完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大顆粒硫酸鉀晶體，持續時間3小時。
[0036] 表1燒結機頭各電場除塵灰的元素分析結果(％)
上述四個實施例試驗數據結果如下表2 表2實施例1-4試驗數據
以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進 行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明進行修改或者等同替 換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要 求范圍當中。
【主權項】
1. 一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征在于，具體方法包括如 下步驟： (1) 收集富含鉀鹽的燒結機頭電場除塵灰，于弱酸性水溶液中水洗，充分攪拌40-60分 鐘至均化，靜置，固液分離得洗脫液I及沉淀物I; (2) 向所述洗脫液I中添加 K2C03除雜，溶解后充分攪拌并固液分離得到過濾液Π 及沉淀 物Π ; (3) 調節過濾液Π 的pH值，加入鉀芒硝進行復分解反應，采用蒸發濃縮、結晶工藝分離 鉀、鈉，得到硫酸鉀產品。2. 根據權利要求1所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征 在于:所述步驟(1)中的燒結機頭電場除塵灰中，除富含鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、氯等元素之外，還 含有稀缺資源釩、鈦需進行有效回收。3. 根據權利要求1所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方法，其特征 在于:所述步驟（1)中的沉淀物I為電除塵灰在弱酸環境下水洗后的尾渣，富含鐵、釩、鈦元 素，脫水后返回用于燒結混合料。4. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(1)中弱酸性溶液的水洗溫度為25-35°C，pH為2-6,調節pH值用酸 為硫酸。5. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(2)中的除雜物質選擇K 2C03，其加入量須保證洗脫液I的pH=8-l 3， 除雜物質1(20)3可去除鈣、鎂及其它金屬離子。6. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的調節過濾液Π 的pH值至中性，調節pH值用酸為鹽酸。7. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的復分解反應條件為:加入鉀芒硝充分攪拌至均化，反應溫 度控制在25-30°C，待反應完全至硫酸鉀結晶區，靜置，此時溶液為K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水鹽體系。8. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中的蒸發、結晶條件為:蒸發濃縮溫度為95-100°C，此為共飽 和溶液;之后溶液冷卻至25-30°C完成結晶過程，飽和度在介穩態飽和區，以利析出大顆粒 硫酸鉀晶體，持續時間1-3小時。9. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的方 法，其特征在于:所述步驟(3)中結晶、分離后的母液循環使用，以保證洗脫液I中較高的鉀 含量及本方法中鉀的收率。10. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種用燒結機頭電除塵灰中鉀鹽制取硫酸鉀的 方法，其特征在于:所述步驟(3)中硫酸鉀純度可達GB20406-2006粉末結晶狀一等品指標要 求。
【文檔編號】C01D5/06GK105967212SQ201610314890
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】艾志宏, 韓春良, 畢忠新, 田巖松, 隋孝利, 張偉
【申請人】河北鋼鐵股份有限公司承德分公司