铝酸钙飞灰中钾的回收利用工艺研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0692

无机盐工业 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (10): 121-127.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0692

铝酸钙飞灰中钾的回收利用工艺研究

杨红军¹^,²^,³(), 王敏¹^,²^,³(), 戈海文¹^,²^,³, 乔友民⁴, 乔子洋⁴

^1.中国科学院青海盐湖研究所，青海西宁 810008
^2.中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室，青海西宁 810008
^3.青海省盐湖资源化学重点实验室，青海西宁 810008
^4.河南亿水源;净水材料科技有限公司，河南焦作 454450

收稿日期:2022-11-22 出版日期:2023-10-10 发布日期:2023-10-16
通讯作者: 王敏（1966— ），女，研究员，博士生导师，研究方向为盐湖资源综合利用及产业化；E-mail：wangmin@isl.ac.cn。
作者简介:杨红军（1973— ），男，博士，研究方向为盐湖资源综合利用；E-mail：hjyang@isl.ac.cn。
基金资助:
青海省盐湖资源化学重点实验室创新平台建设专项(2022-ZJ-Y06);河南省中国科学院科技成果转移转化项目(2022114);青海省海西州科技项目(2015-Q14)

Study on recycling process of potassium from calcium aluminate fly ash

YANG Hongjun¹^,²^,³(), WANG Min¹^,²^,³(), GE Haiwen¹^,²^,³, QIAO Youmin⁴, QIAO Ziyang⁴

^1.Key Laboratory of Comprehensive and Highly Efficient Utilization of Salt Lake Resources，Xining 810008，China
^2.Qinghai Provincial Key Laboratory of Resources and Chemistry of Salt Lakes，Xining 810008，China
^3.Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China
^4.Henan Yishuiyuan Water Purification Materials Technology Co. ，Ltd. ，Jiaozuo 454450，China

Received:2022-11-22 Published:2023-10-10 Online:2023-10-16

摘要/Abstract

摘要：

钾是植物营养元素之一，中国是农业大国，同时又是十分缺钾的国家，每年需进口大量钾肥（主要是氯化钾）以满足农业生产的需要。煅烧法生产铝酸钙过程中副产固体废弃物——飞灰，飞灰中包含氯化钾、钾芒硝、钾石膏、硬石膏等矿物，其中氯化钾和钾芒硝属水溶性矿物，水溶性钾质量分数高达23.52%，对其进行回收利用是十分必要的。飞灰的矿物组成表征及相图分析结果表明：采用热溶-蒸发-冷结晶工艺可高效回收飞灰中的钾，联产硫酸钾和氯化钾等含钾产品。该工艺研究结果表明：优选工艺条件为热溶和冷结晶温度分别为90 ℃和25 ℃、液固质量比为3.4:1、溶浸时间为1 h；在此条件下经6次连续浸取可溶解95%左右的钾，蒸发水量控制与理论分析一致，钾的结晶收率可达81.3%。研究表明对于铝酸钙飞灰中的钾可采用溶解-结晶工艺进行回收以生产硫酸钾和氯化钾等产品。

关键词: 铝酸钙, 飞灰, 水溶性钾, 硫酸钾, 氯化钾

Abstract:

Potassium is one of the plant nutrient elements.China is a large agricultural country，meanwhile，China is deficient in potassium.Every year，a large amount of potassium fertilizer（mainly potassium chloride） are imported to meet the needs of agriculture.A solid waste-fly ash is produced in the course of production of calcium aluminate by calcination.The fly ash contains potassium chloride，aphthitalite，syngenite，anhydrite，etc.Among these minerals，potassium chloride and aphthitalite are water-soluble.The content of soluble potassium in the fly ash is as high as about 23.52%，so it′s necessary to recycle the potassium.The results of its mineral characterization and theoretical analysis based on phase-diagram data showed that it was suitable for recycling of potassium to adopt process of thermal dissolution-evaporation-cold crystallization process.Potassium sulfate and potassium chloride could be produced.The investigation of the process condition and optimization were done.The optimal conditions were as follows：the temperature of thermal dissolution and cold crystallization，the liquid-solid ratio，dissolving time were 90 ℃ and 25 ℃，3.4:1，1 h，respectively.After continuous dissolving of 6 times，about 95% of potassium was dissolved.According to composition of the leaching liquid，the amount of water evaporation was as same as the theoretical analysis.And 81.3% of potassium was crystallized under the conditions.The results showed that it was available to recycle the potassium from the fly ash by dissolution-crystallization process to produce potassium sulfate and potassium chloride.

Key words: calcium aluminate, fly ash, soluble potassium, potassium sulfate, potassium chloride

中图分类号:

TQ131.13

杨红军, 王敏, 戈海文, 乔友民, 乔子洋. 铝酸钙飞灰中钾的回收利用工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(10): 121-127.

YANG Hongjun, WANG Min, GE Haiwen, QIAO Youmin, QIAO Ziyang. Study on recycling process of potassium from calcium aluminate fly ash[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(10): 121-127.

图/表 13

表1

图1

表2

图2

图3

表3

表4

表5

表6

表7

图4

图5

图6

参考文献 18

1	杨卉芃，曹飞.世界钾资源研究系列之一：资源概况及供需分析［J］.矿产保护与利用，2015（1）：75-78.
	YANG Huipeng， CAO Fei.Series study on potassium resources in world：General situation and analysis of supply and demand［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2015（1）：75-78.
2	熊增华，王石军.中国钾资源开发利用技术及产业发展综述［J］.矿产保护与利用，2020，40（6）：1-7.
	XIONG Zenghua， WANG Shijun.Overview of potassium resources exploitation & utilization technology and potash industry development［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2020，40（6）：1-7.
3	王鑫，李恩泽，程芳琴.国内外钾资源及钾肥生产现状［J］.广州化工，2018，46（14）：9-10.
	WANG Xin， LI Enze， CHENG Fangqin.Present situation of domestic and abroad potassium resources and potash production［J］.Guangzhou Chemical Industry，2018，46（14）：9-10.
4	郭占成，彭翠，张福利，等.利用钢铁企业烧结电除尘灰生产氯化钾的方法：中国，200810101269.3［P］.2010-06-02.
5	闫新平，蒋宝华，刘竹焕.综合处理工业废弃物的方法：中国，201110040653.9［P］.2013-01-30.
6	王笑，吕扬，仪垂杰，等.烧结机头电除尘灰的资源化应用现状［J］.科技创新与应用，2022，12（10）：50-53，58.
	WANG Xiao， Yang LÜ， YI Chuijie，et al.Present situation of resource application of electrostatic precipitator dust in sintering machine head［J］.Technology Innovation and Application，2022，12（10）：50-53，58.
7	郭占成，詹光.一种利用水泥窑灰生产氯化钾及联产碳酸钙的方法：中国，201410074515.6［P］.2016-05-11.
8	张向南.关于利用水泥窑灰生产钾肥的分析［J］.化工管理，2016（29）：271.
9	周建国，张曙光，李萍，等.城市生活垃圾焚烧飞灰水洗脱氯实验研究［J］.天津城建大学学报，2015，21（6）：417-422.
	ZHOU Jianguo， ZHANG Shuguang， LI Ping，et al.Experimental study of removal of soluble chlorides by water-washing pretreatment of municipal solid waste incineration fly ash［J］.Journal of Tianjin Chengjian University，2015，21（6）：417-422.
10	郭煜诚.MSWI飞灰脱盐及固化重金属性能研究［D］.徐州：中国矿业大学，2021.
	GUO Yucheng.Research on granulation desalination of MSWI （municipal solid waste incineration） fly ash and solidification of heavy metals［D］.Xuzhou：China University of Mining and Technology，2021.
11	常威.生活垃圾焚烧飞灰的水洗及资源化研究［D］.杭州：浙江大学，2016.
	CHANG Wei.Study on the washing process and recycling of MSWI fly ash［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2016.
12	张晓樵.生活垃圾焚烧飞灰毒性浸出规律及水洗预处理废水资源化处理探索［D］.上海：上海大学，2015.
	ZHANG Xiaoqiao.Leaching characteristics of heavy metals in MSWI fly ash and resource recovery from wastewater during pre-treatment process［D］.Shanghai：Shanghai University，2015.
13	王月香，邵兰燕，徐天男，等.垃圾焚烧飞灰中氯元素存在形态及深度脱氯的研究［J］.无机盐工业，2021，53（5）：78-83.
	WANG Yuexiang， SHAO Lanyan， XU Tiannan，et al.Study on existing speciation and deep dechlorination of chlorine in waste incineration fly ash［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（5）：78-83.
14	常威，刘宏辉，蒋旭光.垃圾焚烧飞灰水洗脱氯及重金属浸出特性研究［J］.无机盐工业，2022，54（3）：113-118.
	CHANG Wei， LIU Honghui， JIANG Xuguang.Study on dechlorination and heavy metal leaching characteristics of MSWI fly ash during water-washing［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（3）：113-118.
15	潘明亮，戚丽娜，王军堂，等.利用烧结法熟料窑窑灰生产氯化钾的方法：中国，200710015645.2［P］.2007-11-07.
16	梁保民.水盐体系相图原理及运用［M］.北京：轻工业出版社，1986.
17	牛自得，程芳琴.水盐体系相图及其应用［M］.天津：天津大学出版社，2002.
18	中国科学院青海盐湖研究所分析室.卤水和盐的分析方法［M］.2版.北京：科学出版社，1988.

温度/ ℃	液相组成/%			固相
温度/ ℃	J（Na₂²⁺）	J（SO₄^2-）	J（H₂O）	固相
25	100.0	19.9	1 590	NaCl+Na₂SO₄
	85.2	20.9	1 460	NaCl+Na₂SO₄+Gla
	80.0	13.6	1 460	NaCl+Gla
	75.0	9.4	1 465	NaCl+Gla
	70.5	6.5	1 465	NaCl+Gla+KCl
	70.0	0.0	1 525	NaCl+KCl
	86.2	30.0	1 540	Na₂SO₄+Gla
	87.5	50.0	1 650	Na₂SO₄+Gla
	87.8	57.0	1 660	Na₂SO₄+S₁₀+Gla
	100.0	46.5	1 730	Na₂SO₄+S₁₀
	87.3	60.0	1 690	S₁₀+Gla
	84.4	80.0	1 880	S₁₀+Gla
	81.3	100.0	2 070	S₁₀+Gla
	60.0	6.2	1 600	Gla+KCl
	40.0	5.5	1 855	Gla+KCl
	32.5	5.4	1 940	Gla+KCl+K₂SO₄
	34.0	20.0	2 930	Gla+K₂SO₄
	35.7	40.0	3 740	Gla+K₂SO₄
	37.6	60.0	4 160	Gla+K₂SO₄
	38.8	80.0	4 370	Gla+K₂SO₄
	39.1	100.0	4 445	Gla+K₂SO₄
	20.0	4.6	2 085	Gla+K₂SO₄
	0.0	3.5	2 285	Gla+K₂SO₄
100	100.0	12.2	1 530	NaCl+Na₂SO₄
	80.0	13.7	1 370	NaCl+Na₂SO₄
	70.0	14.4	1 290	NaCl+Na₂SO₄+Gla
	60.0	8.9	1 215	NaCl+Gla
	49.5	5.4	1 145	NaCl+Gla+KCl
	49.7	0.0	1 180	NaCl+KCl
	71.5	20.0	1 355	Na₂SO₄+Gla
	74.5	40.0	1 535	Na₂SO₄+Gla
	76.3	60.0	1 605	Na₂SO₄+Gla
	77.6	80.0	1 555	Na₂SO₄+Gla
	78.7	100.0	1 470	Na₂SO₄+Gla
	40.0	5.3	1 225	Gla+KCl
	30.0	5.1	1 300	Gla+KCl
	19.8	4.8	1 375	Gla+KCl+K₂SO₄
	21.0	20.0	2 100	Gla+K₂SO₄
	22.7	40.0	2 530	Gla+K₂SO₄
	24.4	60.0	2 725	Gla+K₂SO₄
	25.7	80.0	2 820	Gla+K₂SO₄
	26.8	100.0	2 850	Gla+K₂SO₄
	10.0	4.3	1 420	KCl+K₂SO₄
	0.0	3.9	1 450	KCl+K₂SO₄

序号	淡水量/ g	水量为理论值的倍数	浸取液中K⁺质量分数/%	K⁺溶出率/ %
1	466.0	1.1	7.54	43.0
2	512.0	1.3	7.17	53.5
3	680.0	2.0	6.78	64.7
4	920.0	3.0	4.86	78.7

序号	时间/h	溶出液中K⁺质量分数/%	K⁺的溶出率/%
1	6	7.51	47.2
2	4	6.78	64.7
3	2	5.50	70.4
4	1	5.31	75.0

序号	溶浸次数	溶出液中K⁺质量分数/%	K⁺的溶出率/%
1	4	7.95	78.2
2	5	9.62	81.2
3	6	12.60	95.2

阶段	名称		质量/g	质量分数/%
阶段	名称		质量/g	K⁺	Cl^-	SO₄^2-	Na⁺
Ⅰ	入料	浸取液	500.0	12.60	11.46	2.45	1.20
	出料	母液1	401.6	12.99	13.07	0.92	1.52
		固相1	18.2	43.23	4.36	48.47	0.62
		水	56.0	—	—	—	—
Ⅱ	入料	母液1	385.2	12.99	13.07	0.92	1.52
	出料	母液2	95.6	6.32	14.74	1.27	6.73
		固相2	92.1	47.10	43.55	2.56	2.59
		水	189.5	—	—	—	—

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

铝酸钙飞灰中钾的回收利用工艺研究

Study on recycling process of potassium from calcium aluminate fly ash

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献 18

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

[1]	李岩, 马珍, 宋兴福. 青海氯化物型盐湖钾资源开发新进展与产业发展建议[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 84-90.
[2]	王林涧, 常黎明, 陈杭, 宋兴福. 氯化钾浮选中通气量和温度对二丙二醇丁醚起泡性能的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 39-44.
[3]	黎雯, 王文祥, 方红生, 吴平霄. 硅铝添加剂对机械化学法稳定飞灰中重金属的影响机制研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 84-91.
[4]	靳莹皓, 王思远, 于雪峰, 王金晶, 魏正英, 刘利武, 田海锋, 查飞. 氯化钾浮选阴阳离子混合型捕收剂的复配与应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(10): 93-99.
[5]	杜柄璇,李海朝,林泽中. 一步吸附法纯化制取食品级氯化钾实验研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 96-101.
[6]	雷鸣,朱含钰,刘子龙,陈国蓬,袁俊生. 重金属在水泥窑协同处置的净浆硬化体中的分布及形态[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 107-113.
[7]	切知加,董伟兵,杜景灵,马生奎,王刚. 低钠光卤石冷结晶法制备氯化钾的收率研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 72-78.
[8]	杜景灵,董伟兵,切知加,马生奎,田红斌,王刚. 柠檬酸三钠对低钠光卤石分解制备氯化钾晶体粒度影响研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 112-118.
[9]	常威,刘宏辉,蒋旭光. 垃圾焚烧飞灰水洗脱氯及重金属浸出特性研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(3): 113-118.
[10]	熊家晴,张宇,朱俊国. 双重兑卤法生产低钠光卤石工艺研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(8): 44-49.
[11]	万俊峰,董伟兵,陈许龙,杜景灵,王刚. 大颗粒氯化钾聚结结晶及其粒径控制[J]. 无机盐工业, 2021, 53(8): 50-54.
[12]	陈许龙,董伟兵,万俊峰,王冬冬,王刚. 球形氯化钾结晶过程与聚结机理研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(7): 53-57.
[13]	王月香,邵兰燕,徐天男,蔡彩红,袁俊生,张英武. 垃圾焚烧飞灰中氯元素存在形态及深度脱氯的研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(5): 78-83.
[14]	陈默,沙作良. 用“冷分解-筛分法”生产氯化钾的新工艺研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(1): 65-67.
[15]	李海朝,纪青松,张净净,杨斯乔. 活性生物猪骨炭纯化盐湖工业氯化钾[J]. 无机盐工业, 2020, 52(8): 76-77.

首 页

铝酸钙飞灰中钾的回收利用工艺研究

Study on recycling process of potassium from calcium aluminate fly ash

RichHTML

PDF (PC)

可视化

引用本文

使用本文

首页