[发明专利]一种利用烧结烟气除尘灰生产氯化钾系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于废弃物综合利用领域，具体涉及一种利用钢铁企业烧结烟气除尘灰生产氯化钾的系统及方法。

背景技术

近些年，随着我国钢铁企业不断发展壮大，每年伴随钢铁所产生的固体废弃物不断增加，钢铁企业环境保护的压力越来越大，这些废弃物已不能简单的排放或者外卖处理。钢铁冶炼过程各工序都会产生大量的尘泥，由于尘泥含有较高的Fe、C等有用物质，钢铁企业一般作为二次原料返回烧结利用。随着这些固体废物在烧结的循环利用，钾、钠、锌、铅等有害元素不断富集，对烧结矿的质量和工序顺行造成明显影响。因此，一些固体废弃物还不能有效利用和无害化处理，造成了大气、水环境等的污染，同时也造成二次资源的明显浪费。

目前，国内很多钢铁企业为节约成本，将烧结烟气电除尘灰直接返回烧结料仓参与配料。烧结电除尘灰在烧结系统中的循环使用，造成钾严重富集，从而促进低熔点物质形成，易造成蓖条和隔热垫间隙糊堵，抽风系统粘料，阻塞气流通道，严重影响烧结矿产量和质量；此外钾使粉尘比电阻升高，这类粉尘较难荷电，在极板附近容易产生反电晕现象，从而影响除尘效率；更严重的是致使高炉碱金属负荷增加，影响高炉顺行，因此，有必要将高钾除尘灰分离出来。如果采用开路循环方式处理，即直接排放这部分高K粉尘，不仅造成环境污染，同时也浪费了大量的铁及紧缺战略资源K。因此，如何变废为宝，将这些粉尘有效利用和无害化处理，减少粉尘、水环境等的污染，已经成为钢铁企业迫在眉睫的问题。

另一方面，我国又是一个钾资源严重短缺、高度依赖国际钾肥市场的发展中国家，这使得钾资源有效开发问题尤为重要。此外，除尘灰中的氯也影响制备混凝土，混凝土中氯离子达到一定浓度会腐蚀钢筋，氯盐含量是混凝土结构耐久性的重要参数。钢铁企业烧结脱硫灰中含有大量的氯元素，阻止了烧结脱硫灰用作水泥原料的可行性。而电除尘灰提取钾的同时也能去除大量氯离子，大大减少脱硫灰中的氯离子含量，创造可观的效益。在钢铁企业同质化竞争加剧的微利时代，合理利用资源，变废为宝，从而生产出高附加值副产品，可达到降本增效的效果，也是企业生存的先决条件。

随着人们对环境问题的日益重视，如何合理开发利用除尘灰更引起了企业和环保部门的高度重视。国外如日本、美国等对除尘灰的回收利用非常重视，除尘灰由专业化工厂进行处理，已趋于资源化。除尘灰的利用包括：将金属回收，用离子交换树脂系统制备极高纯度氧化铁，用于做精用颜料、磁性材料、催化剂等。近些年来，陆续开始出现少量从烧结粉尘中提钾的报道。

张福利等人发表的题为《烧结电除尘灰提取氯化钾实验研究》的文章，以及题为《利用钢铁企业烧结电除尘灰生产氯化钾的方法》的专利，介绍了浸出、固液分离、溶液净化、蒸发结晶的除尘灰提取K具体操作方案。文章中介绍了除杂过程中采用Na₂S·9H₂O作为沉淀剂去除溶液中的重金属离子，经过蒸发溶液最终得到纯度为90％的KCl，此方法在除杂的同时引入了KCl溶液中更难去除的Na⁺。在蒸发结晶方法的选择上，文章通过三元相图理论分析了分步结晶的可行性，但此种方法的局限性在于，在蒸发的过程中需要反复升温、降温很多次，理论上需如此循环无数次，才可能得到理想状态下高纯度的KCl和NaCl结晶，此种方法不但耗费能源，更重要的是在实际生产过程中，除尘灰成分波动较大，所蒸发溶液浓度也不稳定，很难控制溶液中的成分组成对应到相图中的某个具体成分点，故此方法仅限于理论分析，可操作性不强，应用难度极大。

林七女等人发表的题为《烧结机头除尘灰生产复合肥的研究》的文章，通过对莱钢烧结机头除尘灰成分分析发现，其SiO₂的含量在3％～12％，CaO的含量(40％左右)和K₂O的含量(13.9％～28.5％)很高，满足制硅钾复合肥的要求。并且通过选择合适的改性剂，合理的重金属去除方法，制定了利用烧结除尘灰生产复合肥的配方和工艺。此种方法在灰尘和肥料复合过程中，采用先添加碳酸钠造粒，然后在350℃烧结2h的工艺，能耗较高，经济效益不显著，且该方法仅是针对莱钢烧结机头除尘灰中SiO₂含量较高的特点设计，局限性较强，很难应用于国内其他大部分钢厂。

李志峰等人发表的题为《烧结机头除尘灰生产氯化钾的应用研究》的文章，介绍了浮选—重选循环水提取氯化钾的工艺流程，最终得到纯度为93％的KCl结晶。文章中提到单纯采用蒸馏结晶的方法提取KCl效果更明显，却影响了KCl结晶的纯度，从而成倍降低成品的价格。