CN106927881A - 一种促进富钾板岩热分解与减少焙烧尾渣排放的方法 - Google Patents

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郭占成
陈攀泽
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Abstract

一种促进富钾板岩热分解与减少焙烧尾渣排放的方法，属于节能环保领域。该方法首先将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨，再配入不同比例的含碳物料。粉料充分混合后在不同压力下进行压块。然后根据含碳物料的比例，选择合适的焙烧气氛、温度，时间进行焙烧。焙烧后将焙烧产物粉碎、研磨，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤。滤液进行蒸发浓缩结晶制取钾盐，结晶母液返回浸出工序，蒸发冷凝水再返回制浆工序，实现废水闭路循环。本发明中富钾板岩焙烧时间短，焙烧温度低，能耗低，分解率高(>90％)，碳酸钙和硫酸钙的加入量少,原料成本低，焙烧废渣的排放量少，环境危害小。

Description

一种促进富钾板岩热分解与减少焙烧尾渣排放的方法
技术领域
本发明属于节能环保领域，涉及一种固体废弃物资源化处理技术和节能减排技术。
技术背景
我国是一个农业大国，以不到世界耕地的十分之一的土地养着超过世界20％的人口，为此我国必须不断提高粮食产量，而钾肥作为农作物必不可少的肥料对农作物的生长至关重要。然而我国的钾肥消费缺口较大，自给率仅有58％，需要大量的进口。对钾肥过分的对外依赖，这威胁着我国的粮食安全，因此，提高国家的自产钾肥产量是当务之急。
目前，我国生产钾肥的主要原料是盐湖卤水，这些盐湖卤水主要分布在西部青海、新疆罗布泊等交通不便，基础设施落后的地区，限制了企业的生产能力，更不能满足国内需求。因此，在充分开发盐湖资源和海水钾盐资源的基础上，必须进一步开发非水溶性钾资源，提高国内自产钾产量，为我国农业生产提供安全保障。
富钾岩石的含钾矿物主要为钾长石，晶体化学式KAlSi3O8，理论组成为(质量分数)：SiO2％＝64.7％，Al2O3％＝18.4％，K2O％＝16.9％。钾长石是一种非水溶性的钾盐，其化学性质稳定，其中的Al、Si、O是以稳定的四面体网状结构存在的，在常温常压下除了氢氟酸外很难被其他酸碱所溶解。富钾板岩提取钾盐的方法有很多，迄今仍具有重要影响或在持续研究中的主要有四种，一种是钾长石-碳酸钠中温烧结法，但碳酸钠价格较高且用量较大，其后续工艺过程控制精度要求较高；第二种是钾长石-氢氧化钠水热法，但该反应消耗NaOH的量较大，且该温度下强碱的存在对反应釜的要求较高，钾长石利用率较低，难以工业化应用；第三种是钾长石-硫酸-磷矿低温酸浸法，但反应中间产物HF等对反应设备及生产操作安全提出了一定要求，反应同时也产生了大量钙长石和石英尾渣；第四种是钾长石-硫酸钙-碳酸钙高温焙烧法，这种方法分解率高，工艺简单，因此使用最广泛。根据文献报道(邱龙会，高等学校化工学报，1998；马玺，化工矿物与加工，2015；CN101607834；CN101993256；CN1031883365；CN101544518；CN103466661；CN101831561)，按m(钾长石)：m(硫酸钙)：m(碳酸钙)＝1:(0.5～3):(1～3)配料，在900℃～1300℃下焙烧1～3h，钾长石的分解率能达到80％～95％。其中硫酸钙可用磷石膏或脱硫石膏替代，碳酸高可用氧化钙、氯化钙、氯化钠替代，焙烧产品可直接作为复合肥或者提钾原料。但是对于热分解法制备可溶性钾盐，主要存在的问题有：一是焙烧温度较高，而分解率较低；二是碳酸钙和硫酸钙的加入量大，导致尾渣排放量大。文献也报道了在焙烧体系添加煤粉(CN101607834；CN1680217A；CN103466661A)，但是其中煤粉的作用仅为热源和还原剂，并没有涉及促进富钾板岩分解和较少尾渣排放量的作用。
鉴于此，本发明提出一种通过加入含碳物料和改变焙烧气氛的方法，以降低富钾板岩热分解温度和减少碳酸钙和硫酸钙的加入量，从而提高原料利用率、降低能耗。同时，可显著减少焙烧废渣的排放量，降低其对环境的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过加入含碳物料和改变焙烧气氛的方法，以降低富钾板岩热分解温度和减少碳酸钙和硫酸钙的加入量。该方法可以提高富钾板岩原料利用率、降低能耗。同时，可大大减少焙烧废渣的排放量，降低其对环境的危害。
本发明技术解决方案：一种利用水力旋流分离法从钢铁冶金含铁粉尘中回收铁精粉的方法，实现步骤如下：
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)将所述步骤(1)中的粉料中配入一定比例的含碳物料，并充分混合；
(3)将所述步骤(2)中的混合物在5MPa～30MPa压力下进行压块；
(4)将所述步骤(3)中的压块样品在一定CO或H2比例的气氛下进行焙烧；
(5)将所述步骤(4)中的焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出；
(6)将所述步骤(5)中的浆料送入过滤工序进行过滤，将得到浸出渣和滤液；
(7)将所述步骤(6)中的过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶操作，其中结晶母液返回步骤(6)的浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回步骤(5)中回用制浆，实现废水闭路循环。
所述步骤(2)中添加的含碳物料包括煤炭、生物质、生物质焦中的一种或多种的混合物，含碳物料的加入量(含碳量)为富钾板岩质量的0％～10％。
所述步骤(4)中若添加含碳物料碳加入量为2％～10％时，焙烧气氛为空气气氛，或者CO+H2＝0％～20％(体积分数)，焙烧温度为950℃～1250℃，焙烧时间为30min～60min。若含碳物料碳加入量小于2％时，焙烧气氛为还原气氛，其成分为：CO+H2＝20％～80％(体积分数)，焙烧温度为1100℃～1300℃，焙烧时间为45min～90min。
本发明的优点在于：
(1)本发明中富钾板岩焙烧时间短，焙烧温度低，分解率高(>90％)，从而提高了原料利用率，同时降低能耗。
(2)本发明中碳酸钙和硫酸钙的加入量减少，既降低原料成本，又减少焙烧废渣的排放量，有利于节能减排。
(3)本发明的处理对象有较广的适用性，可根据不同富钾板岩的反应性，调节配碳量和焙烧气氛，以实现最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
附图说明
图1为本发明富钾板岩热分解生成硫酸钾的工艺流程图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
本发明的方法是：首先将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛，再配入不同比例的含碳物料。粉料充分混合后在5～30MPa的压力下进行压块。然后根据含碳物料的比例，选择合适的焙烧气氛、温度，时间进行焙烧。焙烧后将焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤。滤液进行蒸发浓缩结晶制取钾盐。本发明可提高原料利用率，降低能耗。同时减少碳酸钙和硫酸钙的加入量，既降低原料成本，又减少焙烧废渣的排放量。同时，处理对象有较广的适用性，可根据不同富钾板岩的反应性，调节配碳量和焙烧气氛，以实现最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
实施例1
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)在粉料中添加煤粉，含碳量为2％，并将粉料充分混合后在2MPa的压力下进行压块；
(3)将压块在空气气氛、1050℃下焙烧30min。
(4)焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤；
(5)将过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶，其中结晶母液返回浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回制浆工序。
本发明中富钾板岩分解率为85.5％，硫酸钙及碳酸钙加入量10％，尾渣排放量减少8.3％。
实施例2
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)在粉料中添加煤粉和生物质的混合物，含碳量为8％，并将粉料充分混合后在20MPa的压力下进行压块；
(3)将压块在1200℃下焙烧50min，焙烧气氛为CO+H2＝20％。
(4)焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤；
(5)将过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶，其中结晶母液返回浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回制浆工序。
本发明中富钾板岩分解率为97.3％，硫酸钙及碳酸钙加入量20％，尾渣排放量减少15.9％。
实施例3
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)在粉料中添加生物质，含碳量为6％，并将粉料充分混合后在20MPa的压力下进行压块；
(3)将压块在1150℃下焙烧60min，焙烧气氛为空气气氛。
(4)焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤；
(5)将过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶，其中结晶母液返回浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回制浆工序。
本发明中富钾板岩分解率为92.2％，硫酸钙及碳酸钙加入量15％，尾渣排放量减少12.8％。
实施例4
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)不添加含碳物料，将粉料充分混合后在20MPa的压力下进行压块；
(3)将压块在1250℃下焙烧60min，焙烧气氛为CO+H2＝80％。
(4)焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤；
(5)将过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶，其中结晶母液返回浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回制浆工序。
本发明中富钾板岩分解率为93.3％，硫酸钙及碳酸钙加入量20％，尾渣排放量减少15.8％。
实施例5
(1)将富钾板岩、硫酸钙及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)不添加含碳物料，将粉料充分混合后在15MPa的压力下进行压块；
(3)将压块在1200℃下焙烧80min，焙烧气氛为CO+H2＝30％。
(4)焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出、过滤；
(5)将过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶，其中结晶母液返回浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回制浆工序。
本发明中富钾板岩分解率为91.7％，硫酸钙及碳酸钙加入量20％，尾渣排放量减少15.1％。
总之，本发明中富钾板岩原料利用率均高于90％。在相同焙烧条件下，碳酸钙和硫酸钙的加入量比传统工艺可减少了20％以上，尾渣排放量可减少15％以上。本发明的优点在于可提高原料利用率，降低能耗。同时减少碳酸钙和硫酸钙的加入量，既降低原料成本，又减少焙烧废渣的排放量。同时，处理对象有较广的适用性，可根据不同富钾板岩的反应性，调节配碳量和焙烧气氛，以实现最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种促进富钾板岩热分解与减少焙烧尾渣排放的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将富钾板岩、脱硫石膏及碳酸钙按配比配料后粉碎，研磨至通过200目筛；
(2)将所述步骤(1)中的粉料中配入一定比例的含碳物料，并充分混合；
(3)将所述步骤(2)中的混合物在5MPa～30MPa压力下进行压块；
(4)将所述步骤(3)中的压块样品在一定CO或H2比例的气氛下进行焙烧；
(5)将所述步骤(4)中的焙烧产物粉碎、研磨至过100目筛，并与水制成浆料，进行混合搅拌浸出；
(6)将所述步骤(5)中的浆料送入过滤工序进行过滤，将得到浸出渣和滤液；
(7)将所述步骤(6)中的过滤后的滤液进行蒸发浓缩结晶操作，其中结晶母液返回步骤(6)的浸出工序，蒸发结晶后的冷凝水再返回步骤(5)中回用制浆，实现废水闭路循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中添加的含碳物料包括煤炭、生物质、生物质焦中的一种或多种的混合物，含碳物料的碳加入量为富钾板岩质量的0％～10％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中添加含碳物料为2％～10％时，焙烧气氛为空气或隔绝空气，不加入CO和H2，焙烧温度为950℃～1250℃，焙烧时间为30min～60min；含碳物料添加量低于2％时，焙烧气氛为还原气氛，其成分为：CO+H2＝20％～80％，焙烧温度为1100℃～1300℃，焙烧时间为45min～90min。
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