一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，属于钢铁废渣的无害化、资源化利用技术领域。本方法包括：收集富含钾盐的烧结机头电场除尘灰，以弱酸性水溶液水洗，充分搅拌至均化，静置，固液分离得洗脱液Ⅰ及沉淀物Ⅰ；向所述洗脱液Ⅰ中添加K2CO3除杂，溶解后充分搅拌并固液分离得到过滤液Ⅱ及沉淀物Ⅱ；调节过滤液Ⅱ的pH值，加入钾芒硝（3K2SO4·Na2SO4）进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结晶工艺分离钾、钠，得到硫酸钾产品，其纯度可达GB20406?2006粉末结晶状一等品指标要求。整体工艺简单易行，生产成本低；可实现电场除尘灰中铁、钒、钛的有效回收，钾盐的高效利用。
【专利说明】
一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁废渣的资源化利用技术领域，具体涉及一种用烧结机头电除尘灰 中钾盐制取硫酸钾的方法。
【背景技术】
[0002] 烧结机头电除尘灰(简称烧结灰)是铁矿石烧结过程中，通过电除尘器收集的烟气 与粉尘，其产生量约占烧结矿产量的1%_2%，烧结灰是钢铁企业的主要污染源之一。目前烧 结灰的综合利用途径，主要是采用直接配加到烧结混合料回用，而烧结灰的再加入使烧结 混合料富含锌及碱金属等有害元素，严重影响高炉生产。因此，很多钢铁企业将电除尘灰堆 积起来，既浪费了土地、财力、人力，还埋下了二次环境污染的隐患。开发高效、经济和环保 的烧结灰中碱金属的去除与资源化利用新技术，已成为国内大中型钢铁企业生产的重要课 题。
[0003] 2015年新环保法实施后，烧结灰外卖存在环保连带责任风险等问题，因此，烧结灰 无害化、资源化利用技术凸显必要。且烧结灰的无害化、资源化利用符合国家发改委发布的 《产业结构调整指导目录》，属于国家鼓励类发展项目，享受税收优惠政策。同时该技术属于 《资源综合利用企业所得税优惠目录》、《国家鼓励发展的环境保护技术目录》以及《国家先 进污染治理技术推广示范项目名录》所列项目，可以申报国家政策奖励基金和实行税收减 免。
[0004] 此外，我国是一个钾资源十分匮乏的国家，84% 土地缺钾，限制了钾肥的开发利用 和发展，使农作物主要养分氮磷钾比例严重失调。钾肥的主要品种有氯化钾、硫酸钾、硝酸 钾，由于忌氯作物不能施用氯化钾，硝酸钾价格昂贵，且为炸药，施用受到限制。硫酸钾可同 时提供农作物需要的钾和硫，价格便宜，宜用于忌氯作物，所以硫酸钾肥比氯化钾肥有更高 的使用价值。利用烧结灰中钾盐生产硫酸钾，并回收铁、钒、钛等元素返烧结再利用，可实现 烧结灰的无害化、减量化、资源化利用，前景广阔。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的 方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用烧结机头电除尘灰中钾 盐制取硫酸钾的方法，具体方法包括如下步骤： (1) 收集烧结机头电场除尘灰，于弱酸性溶液中水洗，充分搅拌40-60分钟至均化，静 置，固液分离得洗脱液I及沉淀物I; (2) 向洗脱液I中添加K2C03除杂，溶解后充分搅拌并固液分离得到过滤液n及沉淀物 n; (3) 调节过滤液n的pH值，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结晶工艺分离 钾、钠，得到硫酸钾产品。
[0007] 本发明所述步骤（1)中的烧结机头电场除尘灰中，除富含铁、钙、镁、钾（5-15%)、 钠、氯等元素之外，还含有稀缺资源钒、钛需进行有效回收。
[0008] 本发明所述步骤（1)中的水洗液呈弱酸性，目的是使电除尘灰在水洗时钾、钠分离 更彻底。此弱酸水洗液的温度为25-35°C，pH为2-6,调节pH值用酸为硫酸，原则是不增加溶 液中的干扰离子。
[0009] 本发明所述步骤（1)中的沉淀物I为电除尘灰在弱酸环境下水洗后的尾渣，富含 铁、钒、钛元素，脱水后返回用于烧结混合料。
[0010] 本发明所述步骤(2)中的除杂物质选择K2C03,目的不增加溶液中离子的数量，其加 入量须保证洗脱液I的pH=8_13,除杂物质1( 20)3可去除钙、镁及其它金属离子。
[0011] 本发明所述步骤(3)中的调节过滤液II的pH值至中性，调节pH值用酸为盐酸，以避 免增加溶液中的干扰离子。
[0012] 本发明所述步骤(3)中的复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温 度控制在25-30°C，待反应完全至硫酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水盐体系。
[0013] 本发明所述步骤(3)中的蒸发、结晶条件为:溶液蒸发浓缩温度为90-100°C，此为 共饱和溶液;之后溶液冷却至25-30 °C完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大 颗粒硫酸钾晶体，持续时间1-3小时。
[0014] 本发明所述步骤(3)中结晶、分离后的母液再循环使用，以保证洗脱液I中较高的 钾含量及本方法中钾的收率。
[0015] 本发明所述步骤（3)中硫酸钾纯度可达GB20406-2006粉末结晶状一等品指标要 求。
[0016] 本发明制硫酸钾所用物质为钾芒硝，其分子式为3K2S〇4 ? Na2S〇4,其复分解反应 为：3K2S〇4 ? Na2S〇4+2KCl-3K2S〇4+2NaCl 本发明所述蒸发结晶理论依据是K+、Na7/Cr、S042~-H 20四元水盐体系相图，在任何 温度下，硫酸钾与氯化钠的结晶区互不相邻，据此对二者进行有效分离。
[0017]采用上述技术方案所产生的有益效果为：本发明制得的钾盐纯度较高，可达到 GB20406-2006粉末结晶状一等品指标要求;整体工艺简单易行，生产成本低;实现了电场除 尘灰中铁、钒、钛的有效回收，钾盐的高效利用，是使电场除尘灰无害化、资源化的典型案例 之一。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0019] 以下提供上述电场除尘灰制取钾肥的具体实施例。
[0020] 实施例1 一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，具体方法包括如下步骤： (1)收集电场除尘灰1(电除尘灰中各金属元素的质量分数范围见表1)，以pH=2.5的硫 酸水溶液溶解，充分搅拌40分钟至均化，静置，固液分离得洗脱液I及沉淀物I;沉淀物I为弱 酸环境下水洗后的尾渣，富含铁、钒、钛元素，脱水后返回用于烧结混合料。
[0021] (2)向洗脱液I中添加K2C〇3除杂，充分搅拌使溶液的pH=8，固液分离得到过滤液n 及沉淀物n ;K2C〇3去除?6、〇8、]\%、六1、]\111等金属离子； (3)用盐酸调节过滤液npH值为中性，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结 晶工艺分离钾、钠，得到硫酸钾产品，结晶、分离后的母液再循环使用。
[0022]复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温度30°C，待反应完全至硫 酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水盐体系。
[0023]蒸发、结晶条件为:蒸发浓缩温度为100°C，此为共饱和溶液;之后溶液冷却至30°C 完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大颗粒硫酸钾晶体，持续时间1小时。 [0024] 实施例2 一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，具体方法包括如下步骤： (1)收集电场除尘灰2(电除尘灰中各金属元素的质量分数范围见表1)，用pH=3.5的硫 酸水溶液溶解，充分搅拌50分钟至均化，固液分离得洗脱液I及沉淀物I;沉淀物I为弱酸环 境下水洗后的尾渣，富含铁、钒、钛元素，脱水后返回用于烧结混合料。
[0025] (2)向洗脱液I中添加K2C03除杂，充分搅拌使溶液的pH=9.5，固液分离得到过滤液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金属离子 ； (3)用盐酸调节过滤液nPH值为中性，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结 晶工艺分离钾、钠，得到硫酸钾产品，结晶、分离后的母液再循环使用。
[0026]复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温度25 °C，待反应完全至硫 酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水盐体系。
[0027]蒸发、结晶条件为：蒸发浓缩温度为90°C，此为共饱和溶液;之后溶液冷却至25°C 完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大颗粒硫酸钾晶体，持续时间1.5小时。 [0028] 实施例3 一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，具体方法包括如下步骤： (1)收集电场除尘灰3(电除尘灰中各金属元素的质量分数范围见表1)，用pH=4.5的盐 酸水溶液溶解，充分搅拌50分钟至均化，固液分离得洗脱液I及沉淀物I;沉淀物I为弱酸环 境下水洗后的尾渣，富含铁、钒、钛元素，脱水后返回用于烧结混合料。
[0029] (2)向洗脱液I中添加K2C03除杂，充分搅拌使溶液的pH=l0.5，固液分离得到过滤液 n及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金属离子 ； (3)用硫酸调节过滤液nPH值为中性，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结 晶工艺分离钾、钠，得到硫酸钾产品，结晶、分离后的母液再循环使用。
[0030] 复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温度28 °C，待反应完全至硫 酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水盐体系。
[0031] 蒸发、结晶条件为：蒸发浓缩温度为95°C，此为共饱和溶液;之后溶液冷却至29°C 完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大颗粒硫酸钾晶体，持续时间2.5小时。
[0032] 实施例4 一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，具体方法包括如下步骤： (1)收集电场除尘灰4(电除尘灰中各金属元素的质量分数范围见表1)，用pH=5.5的硫 酸水溶液溶解，充分搅拌60分钟至均化，固液分离得洗脱液I及沉淀物I;沉淀物I为弱酸环 境下水洗后的尾渣，富含铁、钒、钛元素，脱水后返回用于烧结混合料。
[0033] (2)向洗脱液I中添加K2C03除杂，充分搅拌使溶液的pH=13，固液分离得到过滤液II 及沉淀物n ;k2c〇3可去除?6、〇&、1%^1111等金属离子 ； (3)用盐酸调节过滤液nPH值为中性，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结 晶工艺分离钾、钠，得到硫酸钾产品，结晶、分离后的母液再循环使用。
[0034]复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温度26 °C，待反应完全至硫 酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na+//Cr、S〇42_- H20四元水体系。
[0035] 蒸发、结晶条件为:蒸发浓缩温度为97°C，此为共饱和溶液;之后溶液冷却至27°C 完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大颗粒硫酸钾晶体，持续时间3小时。
[0036] 表1烧结机头各电场除尘灰的元素分析结果(％)
上述四个实施例试验数据结果如下表2 表2实施例1-4试验数据
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进 行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替 换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要 求范围当中。
【主权项】
1. 一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，其特征在于，具体方法包括如 下步骤： (1) 收集富含钾盐的烧结机头电场除尘灰，于弱酸性水溶液中水洗，充分搅拌40-60分 钟至均化，静置，固液分离得洗脱液I及沉淀物I; (2) 向所述洗脱液I中添加 K2C03除杂，溶解后充分搅拌并固液分离得到过滤液Π 及沉淀 物Π ; (3) 调节过滤液Π 的pH值，加入钾芒硝进行复分解反应，采用蒸发浓缩、结晶工艺分离 钾、钠，得到硫酸钾产品。2. 根据权利要求1所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，其特征 在于:所述步骤(1)中的烧结机头电场除尘灰中，除富含铁、钙、镁、钾、钠、氯等元素之外，还 含有稀缺资源钒、钛需进行有效回收。3. 根据权利要求1所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方法，其特征 在于:所述步骤（1)中的沉淀物I为电除尘灰在弱酸环境下水洗后的尾渣，富含铁、钒、钛元 素，脱水后返回用于烧结混合料。4. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(1)中弱酸性溶液的水洗温度为25-35°C，pH为2-6,调节pH值用酸 为硫酸。5. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(2)中的除杂物质选择K 2C03，其加入量须保证洗脱液I的pH=8-l 3， 除杂物质1(20)3可去除钙、镁及其它金属离子。6. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(3)中的调节过滤液Π 的pH值至中性，调节pH值用酸为盐酸。7. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(3)中的复分解反应条件为:加入钾芒硝充分搅拌至均化，反应温 度控制在25-30°C，待反应完全至硫酸钾结晶区，静置，此时溶液为K+、Na7/Cr、S〇4 2_- H20 四元水盐体系。8. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(3)中的蒸发、结晶条件为:蒸发浓缩温度为95-100°C，此为共饱 和溶液;之后溶液冷却至25-30°C完成结晶过程，饱和度在介稳态饱和区，以利析出大颗粒 硫酸钾晶体，持续时间1-3小时。9. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的方 法，其特征在于:所述步骤(3)中结晶、分离后的母液循环使用，以保证洗脱液I中较高的钾 含量及本方法中钾的收率。10. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用烧结机头电除尘灰中钾盐制取硫酸钾的 方法，其特征在于:所述步骤(3)中硫酸钾纯度可达GB20406-2006粉末结晶状一等品指标要 求。
【文档编号】C01D5/06GK105967212SQ201610314890
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】艾志宏, 韩春良, 毕忠新, 田岩松, 隋孝利, 张伟
【申请人】河北钢铁股份有限公司承德分公司