一種利用高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用高爐渣制備銨明礬的方法，其方法包括：1硫酸銨分解高爐渣，將高爐渣與硫酸銨在一定溫度下混和焙燒使高爐渣中有價金屬元素氧化物轉化為相應的硫酸銨復鹽；2硫酸鋁銨粗液制備，將第一步獲得的焙燒產物用水浸出，得到硫酸鋁銨粗液與浸出渣；3冷卻結晶，將硫酸鋁銨粗液冷卻，獲得結晶母液和硫酸鋁銨晶體，經洗滌晾干得到銨明礬；4富鎂溶液礦化，將第三步獲得的結晶母液加入氨水并通入CO2生成碳酸鎂實現CO2礦化，并獲得礦化母液一；5水浸渣礦化，將第二步得到的浸出渣加入氨水并通入CO2生成碳酸鈣實現CO2礦化，并獲得礦化母液二；6硫酸銨循環，將礦化母液混和，蒸發濃縮冷卻結晶后得到硫酸銨固體，循環使用。

【技術實現步驟摘要】
一種利用高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法
本專利技術屬于CO2減排及固廢資源化利用領域，主要涉及一種利用高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法。
技術介紹
自工業革命以來，化石燃料的大量使用導致大氣中CO2濃度急劇升高，CO2減排問題已達成全球共識。二氧化碳捕集封存(CCS)是抑制大氣CO2濃度上升以緩解氣候變化的重要選項之一，主要包括海洋封存、地質封存及礦化封存。海洋封存和地質封存存在泄漏、地質災害、地下水污染及生態系統破壞等次生災害。礦化封存相比于前面兩種方式，能將CO2轉化為穩定的碳酸鹽，長期固定下來，安全性更高。而鈣鎂含量較高的工業固廢常常作為CO2礦化的原料。鋼鐵工業是最大工業固廢源之一，主要固廢包括煉鐵產生的高爐渣和煉鋼產生的鋼渣。每生產1噸鐵副產300~1000公斤高爐渣(取決于鐵礦石品位、工藝條件)。目前中國高爐渣的年排放量在3億噸以上，主要用于生產礦渣水泥、混凝土摻和料,少量用于生產礦渣微粉、礦渣纖維、筑路填料等，屬于低值利用，仍有大量的高爐渣以露天堆放的形式處理，不僅浪費了資源更造成了嚴重的環境污染。高爐渣主要成分是鈣鎂鋁硅酸鹽礦物，其中氧化鈣含量在34-52%、氧化鎂在6~10%、氧化鋁含量為10~14%。2015年全球鋼鐵產量約16億噸計算，如果用鋼鐵渣固碳，理論上每年可以固定CO2約2~6億噸。另外，如果高爐渣中鋁能有效回收，理論上全球每年可以減少1.2億噸天然鋁土礦(以Al2O3計)的開采，在CO2減排的同時既實現了鋁工業的可持續發展又可以處理鋼鐵工業中產生的固廢。中國專利CN106082322A公開了一種含鈦高爐渣礦化二氧化碳聯產TiO2、Al2O3的方法，首先將含鈦高爐渣與硫銨混和焙燒、浸出，浸出液經分步沉淀鈦和鋁后得到富鎂溶液進行礦化，浸出渣主要成分為硫酸鈣和二氧化硅經氨水調漿后進行礦化。該專利實現了CO2減排與高爐渣資源化利用，但是由于焙燒過程中高爐渣中的鋁轉化為溶解度較低的硫酸鋁銨(25°CNH4Al(SO4)2溶解度約為15g/L)，導致浸出過程液固比大大增加，富鎂溶液礦化后母液硫酸銨濃度較低，那么硫酸銨蒸發結晶循環的能耗勢必大大上升。因此，如何降低礦化過程中的能耗，實現CO2凈減排是礦化封存面臨的一個嚴峻問題。基于此，本專利技術利用硫酸鋁銨在低溫下溶解度低而在高溫下溶解度迅速上升的特性(80°CNH4Al(SO4)2溶解度約為450g/L)，采用高溫低液固比浸出，低溫結晶的手段回收附加值較高的銨明礬，大大降低了礦化過程能耗。
技術實現思路
本專利技術針對CO2礦化能耗高以及鋼鐵工業固廢處理問題，提供一種采用高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法。本專利技術所述高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法，以高爐渣為原料，工藝步驟依次如下：1、硫酸銨分解高爐渣將細磨至150μm以下的高爐渣與硫酸銨((NH4)2SO4)均勻混合，控制高爐渣與硫酸銨質量比為1:1~8；將混合料在250~450°C下焙燒30~240min，得到固體產物，尾氣中主要成分為氨氣，用水吸收，得到氨水；2、硫酸鋁銨粗液制備將步驟1得到的固體產物用水浸出，浸出溫度為75~100°C、浸出時間為10~90min、液固質量比為0.5~3:1，浸出漿料經固液分離，得到濾渣(主要成分為CaSO4、SiO2)和硫酸鋁銨粗液。硫酸鋁銨粗液中主要含有硫酸鋁銨、硫酸鎂銨、硫酸銨及少量硫酸氫銨，其中硫酸鋁銨濃度為40~320g/L；3、冷卻結晶將步驟2得到的硫酸鋁銨粗液送至結晶池，結晶溫度為0~30°C，結晶時間為3~12h，得到硫酸鋁銨晶體和結晶母液，硫酸鋁銨晶體經水洗后自然晾干得到銨明礬產品；4、富鎂溶液礦化將步驟1得到的氨水加入到步驟3得到的結晶母液中，控制硫酸鎂與銨的摩爾比為1：2，反應溫度為20~60°C，溶液pH值為9~12，通入CO2氣體，反應30~120min得到碳酸鎂沉淀和富含硫酸銨的礦化母液一；5、水浸渣礦化將步驟2得到的濾渣與步驟1得到的氨水調成漿料，漿料中硫酸鈣與氨的摩爾比為1:2，通入CO2在20~60℃下反應15~90min，過濾，得到含硫酸銨的礦化母液二和主要物相是碳酸鈣和二氧化硅的礦化渣，礦化渣用于水泥生產的原料；6、硫酸銨循環將步驟4和步驟5分別得到的礦化母液一和母液二混和，經蒸發濃縮，冷卻結晶后得到硫酸銨固體，返回步驟1使用，實現硫酸銨循環。上述方法是利用硫酸鋁銨在不同溫度下溶解度差異較大的原理，采用高溫低液固比浸出焙燒產物，降低CO2礦化能耗的同時回收附加值較高的銨明礬。另外，采用硫酸銨分解高爐渣獲得的浸出液中含有大量銨根離子，銨根離子能夠大大降低硫酸鋁銨的溶解度，使鋁的回收率提高。本專利技術與現有技術相比具有以下優點：(1)本工藝總體能耗大大降低；(2)本工藝反應條件溫和，所得銨明礬純度較高達99.8%；(3)本工藝原料為鋼鐵工業廢渣-高爐渣，來源廣泛，實現了廢物的有效利用，既減小了環境污染又節約了生產成本；(4)本專利技術工藝簡單，操作方便，無廢水排放不會造成二次污染，生產成本低，具有工業化應用前景。附圖說明圖1是本專利技術的工藝流程圖具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作詳細說明，但是本專利技術的保護范圍不僅限于下面的實施例。下面各實例所采用的高爐渣為普通高爐渣，其的化學組成(質量百分比)為38.95%CaO、10.58%MgO、13.9%Al2O3、34.61%SiO2，XRD分析結果表明該高爐渣中主要物相是Ca2Al2SiO7和Ca2MgSi2O7。實施例一（1）、將細磨至150μm以下的高爐渣與硫酸銨((NH4)2SO4)均勻混合，控制高爐渣與硫酸銨質量比為1:2。（2）、將步驟（1）所得混合料放入管式爐中，以10°C/min升溫至360°C并保溫90min獲得塊狀固體，焙燒過程產生的尾氣用水吸收獲得氨水。（3）、將步驟（2）中所得的塊狀固體，用水浸出，控制浸出溫度為90°C反應時間10min，液固質量比3:1。反應結束后，并過濾，得到濾液和濾渣，濾液即為硫酸鋁銨粗液，其中NH4Al(SO4)2濃度約為80g/L。（4）、將步驟（3）中所得的濾液送入結晶池，控制結晶池溫度為25°C，結晶12h，獲得硫酸鋁銨結晶和結晶母液。結晶產物經冷水洗滌后，自然晾干獲得銨明礬產品，分析其中十二水合硫酸鋁銨純度為99.8%。（5）、將步驟（4）中所得的結晶母液中加入步驟（1）所得氨水，控制硫酸鎂與銨的摩爾比為1：2，反應溫度為60°C，溶液pH值為12，通入CO2氣體，反應60min得到碳酸鎂沉淀和富含硫酸銨的礦化母液一。（6）、將步驟（3）中所得的濾渣與步驟（1）得到的氨水調成漿料，漿料中硫酸鈣與氨的摩爾比為1:2，在60℃下通入CO2反應90min，過濾，得到含硫酸銨的礦化母液二和主要物相是碳酸鈣和二氧化硅的礦化渣，礦化渣用于水泥生產的原料。（7）、將礦化母液一和二混和，經蒸發濃縮，冷卻結晶后得到硫酸銨固體，實現硫酸銨循環。實施例二（1）、將細磨至150μm以下的含鈦高爐渣與硫酸銨((NH4)2SO4)均勻混合，控制高爐渣與硫酸銨質量比為1:1。（2）、將步驟（1）所得混合料放入管式爐中，以10°C/min升溫至250°C并保溫240min獲得塊狀固體，焙燒過程產生的尾氣用水吸收。（3）、將步驟（2）中所得的塊狀固體，用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用高爐渣礦化CO

【技術特征摘要】
1.一種利用高爐渣礦化CO2聯產銨明礬的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1硫酸銨分解高爐渣將細磨至150μm以下的高爐渣與硫酸銨((NH4)2SO4)按一定質量比均勻混合并在一定溫度下焙燒，得到固體產物與尾氣，尾氣中主要成分為氨氣，用水吸收，得到氨水；步驟2硫酸鋁銨粗液制備將步驟1得到的固體產物用水在一定溫度下浸出，浸出漿料經固液分離，得到濾渣(主要成分為CaSO4、SiO2)和硫酸鋁銨粗液。硫酸鋁銨粗液中主要含有硫酸鋁銨、硫酸鎂銨、硫酸銨及少量硫酸氫銨，其中硫酸鋁銨濃度為40～320g/L；步驟3冷卻結晶將步驟2得到的硫酸鋁銨粗液送至結晶池在一定溫度下進行結晶反應，得到硫酸鋁銨晶體和結晶母液，硫酸鋁銨晶體經水洗后自然晾干得到銨明礬產品；步驟4富鎂溶液礦化將步驟1得到的氨水緩慢加入到步驟3得到的結晶母液中，使母液pH升高到一定值，并控制一定的溶液溫度通入CO2，反應一段時間，獲得渾濁液，過濾，得到碳酸鎂沉淀和富含硫酸銨的礦化母液一。步驟5水浸渣礦化將步驟2得到的濾渣與步驟1得到的氨水調成漿料，漿料中硫酸鈣與氨的摩爾比為1:2，控制一定的溶液溫度通入CO2，反應一段時間，過濾，得到含硫酸銨的礦化母液二和主要物相是碳酸鈣和二氧化硅的礦化渣，礦化渣用于水泥生產的原料；步驟6硫酸銨循環將步驟4和步驟5分別得到的礦...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉維燥，李春，梁斌，胡金鵬，汪霖，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川,51