一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法与流程

本发明属于废弃物资源化利用领域，特别涉及采用湿法工艺流程，通过加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠、氨-铵盐浸出氧化锌以及蒸发结晶煅烧回收氧化锌的工艺流程，实现高炉布袋灰的资源化再利用。

背景技术：

高炉布袋灰是铁矿粉、焦炭、石灰石等炼铁原料的高温混合物，通过高炉煤气干式布袋灰收集而得到，其中主要成分为碳和氧化铁，共占60-70％，除此以外，还含有部分对高炉冶炼有害元素，其中锌元素占5-10％，氯元素占2-5％，大大限制了其在钢铁企业的回收利用。之前，高炉布袋灰的主要处理方法包括直接外放堆存或者直接用回烧结或球团配料。但是，高炉布袋灰直接外放堆存会对土地、水等环境造成严重的污染，而直接用回烧结或球团配料则因为高炉布袋灰中氯、锌含量过高，如果不经处理加入烧结中，生产出的烧结矿进入高炉，会导致高炉中氯、锌元素富集严重，影响高炉的稳定和顺行，因此也不可取。现阶段，cl、zn等元素循环富集会对高炉产生危害，所以采用专门有效的技术和工艺对cl、zn等元素进行回收利用是降低或避免这种危害的有效方法。经过对高炉布袋灰中的cl、zn等元素进行脱除、降低处理，还可起到充分利用其伴随的铁、碳元素。

专利cn110564970a介绍了一种从高炉布袋灰中回收钾、钠、锌的工艺方法，该方法包括水洗回收氯化钾、高温还原挥发锌工艺及湿法电解回收锌工艺。其中，高温挥发锌工艺是通过在转底炉或回转窑中高温焙烧后锌蒸汽遇布袋除尘得到锌含量占60-70％的粉尘，再通过湿法电解工艺，将锌电解出来，得到锌产品。该方法不足之处在于，使用转底炉或回转窑焙烧高炉布袋灰，投资、运行成本巨大，湿法电解回收锌能耗巨大，且产生电解废水，带来二次污染，既不利于钢铁企业的节能降耗，又带来了新的环保问题。

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种高炉布袋灰资源化利用新工艺，实现高炉布袋灰的高价值应用和钢厂内循环，在减少能耗的基础上，最大限度地实现废弃物资源化，实现经济利益、社会利益、环保利益的共同提升。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法，所述工艺方法包括高炉布袋灰药剂水洗分步结晶回收钾钠工艺步骤(1)、氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤(2)及蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤(3)；其中，该工艺方法的具体步骤如下：

(1)、高炉布袋灰药剂水洗分步结晶回收钾钠工艺步骤具体包括：

(1.1)高炉布袋灰与水按照质量比1：4～1：10的固液比混合，混合后加入碳酸盐药剂，得到固液混合物在100～500r/min的转速下搅拌5～30min；

(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第一滤液和第一滤渣，氯含量低于15wt％的第一滤液返回步骤(1)中的分步骤(1.1)中用于水洗，氯含量高于15wt％的第一滤液用于步骤(1)中的分步骤(1.3)；

(1.3)步骤(1)的分步骤(1.2)的第一滤液净化后，，根据不同温度下氯化钠和氯化钾在水中溶解度的差异，将滤液蒸发结晶结晶得到氯化钠和氯化钾产品；

(1.4)将所述第一滤渣用于氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤(2)；

(2)、氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤具体包括：

(2.1)将步骤(1.4)中的第一滤渣与氨-铵盐溶液按照质量比1：4～1：8的固液比混合，得到的固液混合物在200～800r/min的转速下搅拌0.5～3h；

(2.2)步骤(2)的分步骤(2.1)中充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到第二滤液和第二滤渣，锌含量低于10wt％的第二滤液返回步骤(2)中的分步骤(2.1)中用于氨洗，锌含量高于10wt％的第二滤液用于步骤(2)中的分步骤(2.3)；

(2.3)将所述第二滤液用于蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤(3)，将第二滤渣用于烧结原料；

(3)、蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤具体包括：

(3.1)将步骤(2.3)中的第二滤液净化后，蒸发结晶得到结晶物；

(3.2)将步骤(3)中分步骤(3.1)的结晶物放入加热炉煅烧，加热温度为300℃～450℃，分解后得到氧化锌产品。

优选的，所述步骤(1)中的分步骤(1.1)中，所述碳酸盐药剂为碳酸钠和碳酸钾其中的一种或两种混合，所述碳酸盐药剂的加入量为0.5-3mol/l。

优选的，所述步骤(2)中的分步骤(2.1)中，所述氨-铵盐溶液为氨水与碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种混合而成，所述氨-铵盐溶液中氨水浓度为1～5mol/l，碳酸铵和碳酸氢铵浓度为0.5～5mol/l。

优选的，所述步骤(3)中的分步骤(3.1)中，蒸发过程中产生的氨气通入酸性溶液或者水溶液吸收。

优选的，所述酸性溶液为硫酸、盐酸、碳酸中的一种。

优选的，所述步骤(1)中的分步骤(1.1)中高炉布袋灰粒径小于200目。

与现有技术相比，本申请的一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法的有益效果包括：

1、本发明在高炉布袋灰水洗过程中加入碳酸钾、碳酸钠等药剂，将易溶于水的氯化锌转化成不溶于水的碳酸锌，提高了后续氧化锌产品的收得率。

2、本发明选择应用氨-铵盐浸出氧化锌工艺，相比传统高炉布袋灰浸出氧化锌工艺，氨-铵盐浸出法工艺简单，投资和运行成本低，能耗也少，对设备的腐蚀较轻，并且处理含锌粉尘具有极高的选择性浸出功能，特别避免了粉尘中铁、铝及硅等物质进入浸出液而减轻浸出液的除杂过程，可有效实现锌与其他元素如碳、铁、硅的有效分离，且分离后的二次浸出渣晾干后可以作为烧结原料使用。

3、在水洗和氨-铵盐浸出工艺过程中所使用的水都能循环使用，不会产生二次废水，有利于钢铁企业的节能降耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法的工艺流程图。

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详细的描述，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的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。

结合图1所示，本发明涉及一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法，该工艺方法原料是高炉布袋灰，目的是实现钾、锌的回收利用和含铁渣在钢厂内的循环利用。该方法包括加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠工艺、氨-铵盐浸出氧化锌工艺以及蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺。

首先，将高炉布袋灰碾细至粒径小于200目以下进行水洗，向溶液中加入碳酸盐药剂(主要是碳酸钠或碳酸钾)，通过压滤设备固液分离后得到一次浸出液，溶液中主要成分为氯化钾、氯化钠。再将溶液循环加入水洗布袋灰，循环富集后蒸发分步结晶得到氯化钾、氯化钠产品。然后，水洗后分离得到一次浸出渣，向其中加入配好的氨-铵盐溶液，固液分离后得到二次浸出液经循环富集后蒸发结晶煅烧，得到氧化锌产品。最好，把剩余的二次浸出渣中主要含有的铁和碳物料返回烧结中，作为烧结原料继续使用，蒸发过程产生的氨气通入硫酸溶液制成硫铵产品。其中，该工艺方法的具体步骤及相关参数如下：

1、加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠工艺步骤具体包括：

(1)将水与高炉布袋灰按照质量比4：1～10：1的液固比混合，向溶液中加入一定浓度的碳酸盐药剂，得到的固液混合物在100～500r/min的转速下搅拌5～30min；

(2)步骤(1)中充分搅拌均匀的上述固液混合物经过滤后得到一次浸出液和一次浸出渣。当一次浸出液中氯含量低于15wt％水时返回步骤(1)中用于水洗；一次浸出液中氯含量高于15wt％水时用于步骤(3)；

(3)将步骤(2)中富集氯化钾的一次浸出液净化除杂后，根据不同温度下氯化钾、氯化钠在水中的溶解度变化，将溶液分步蒸发结晶，分别得到氯化钾、氯化钠产品；

(4)将所述一次浸出渣用于氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤；

2、氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)上述一次浸出渣与氨-铵盐溶液按照质量比1：4～1：8的固液比混合，得到的固液混合物优选在200～800r/min的转速下搅拌0.5～3h。

(2)步骤(1)中充分搅拌均匀的上述固液混合物经过滤后得到二次浸出液和二次浸出渣。当二次浸出液中锌含量低于10wt％时返回步骤(1)中用于氨洗；二次浸出液中锌含量高于10wt％时用于步骤(3)；

(3)将所述二次浸出液用于蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤；将所述二次浸出渣返回用于烧结原料；

3、蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)将富集锌的二次浸出液净化除杂后，溶液蒸发结晶，得到结晶产物；

(2)将步骤(1)中得到的结晶产物在加热炉煅烧，温度控制在300℃～450℃范围内加热一段时间，分解后得到氧化锌产品；

(3)蒸发过程中产生的氨气通入硫酸中生成硫铵产品。

进一步的，加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠工艺步骤的分步骤(1)中药剂为碳酸钠和碳酸钾其中的一种或两种混合，加入量为0.5～3mol/l。

进一步的，氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤中的分步骤(1)中的药剂为氨水与碳酸铵、碳酸氢铵等铵盐中的一种或几种，其中药剂中氨水浓度为1～5mol/l，碳酸铵等铵盐浓度为0.5～5mol/l。

进一步的，蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤中的分步骤(3)中的氨气可以通过酸性溶液(如硫酸、盐酸、碳酸等)或者水溶液吸收。

实施1

一种高炉布袋灰资源化利用工艺方法具体包括：

1、加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠工艺步骤具体包括：

(1)，将高炉布袋灰碾细至粒径小于200目，随后将水与高炉布袋灰按照质量比6：1的液固比混合，并加入0.5mol/l的碳酸钾溶液，得到的固液混合物在360r/min的转速下搅拌10min；

(2)将充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到一次浸出液和一次浸出渣。当一次浸出液中氯含量低于15wt％水时返回上一步用于水洗；一次浸出液中氯含量高于15wt％水时用于下一步氨洗；将富集氯化钾的一次浸出液净化除杂后，根据不同温度下氯化钠、氯化钾在水中的溶解度变化，选择将溶液分步蒸发结晶，得到氯化钾、氯化钠产品；

(4)将所述一次浸出渣用于氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤；

2、氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)、将一次浸出渣在120℃的烘干箱中烘干后，用氨洗法回收氧化锌工艺。将5mol/l的氨水和2.5mol/l的碳酸铵混合均匀后制成药剂，与一次浸出渣按照质量比1：8的固液比混合，得到的固液混合物优选在500r/min的转速下搅拌3h。

(2)、充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到二次浸出液和二次浸出渣，二次浸出渣经120℃烘干箱烘干后返回用于烧结原料。当二次浸出液中锌含量低于10wt％时返回上一步中用于氨洗；二次浸出液中锌含量高于10wt％时用于蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤；

3、蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)、将富集锌的二次浸出液净化除杂后，溶液蒸发结晶，得到结晶产物；

(2)、将结晶产物在350℃的加热炉中煅烧半小时，得到氧化锌产品；蒸发过程中产生的氨气通入硫酸中生成硫铵产品。

最终，经检测得高炉布袋灰中氯的脱除率达到98％，锌脱除率达到85％。

实施例2：

1、加药剂水洗分步结晶回收氯化钾和氯化钠工艺步骤具体包括：

(1)，将高炉布袋灰碾细至粒径小于200目，随后将水与高炉布袋灰按照质量比6：1的液固比混合，并加入0.5mol/l的碳酸钠溶液，得到的固液混合物在360r/min的转速下搅拌10min；

(2)将充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到一次浸出液和一次浸出渣。当一次浸出液中氯含量低于15wt％水时返回上一步用于水洗；一次浸出液中氯含量高于15wt％水时用于下一步氨洗；将富集氯化钾的一次浸出液净化除杂后，根据不同温度下氯化钠、氯化钾在水中的溶解度变化，选择将溶液分步蒸发结晶，得到氯化钾、氯化钠产品；

(4)将所述一次浸出渣用于氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤；

2、氨-铵盐浸出氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)、将一次浸出渣在120℃的烘干箱中烘干后，用氨洗法回收氧化锌工艺。将5mol/l的氨水和5mol/l的碳酸氢铵混合均匀后制成药剂，与一次浸出渣按照质量比1：6的固液比混合，得到的固液混合物优选在500r/min的转速下搅拌3h。

(2)、充分搅拌均匀的固液混合物经过滤后得到二次浸出液和二次浸出渣，二次浸出渣经120℃烘干箱烘干后返回用于烧结原料。当二次浸出液中锌含量低于10wt％时返回上一步中用于氨洗；二次浸出液中锌含量高于10wt％时用于蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤；

3、蒸发结晶煅烧回收氧化锌工艺步骤具体包括：

(1)、将富集锌的二次浸出液净化除杂后，溶液蒸发结晶，得到结晶产物；

(2)、将结晶产物在350℃的加热炉中煅烧半小时，得到氧化锌产品；蒸发过程中产生的氨气通入硫酸中生成硫铵产品。

最终，经检测得高炉布袋灰中氯的脱除率达到98％，锌脱除率达到83％。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。