电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，包括以下步骤：第一步研磨，第二步搅拌、静置、过滤分离滤液和粉尘滤渣，第三步将粉尘滤渣干燥后继续加水搅拌分离，第四步添加过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中的一种继续研磨，第五步加热焙烧改性，第六步改性粉尘继续水洗干燥研磨得到电极材料，第七步合并滤液得到铬盐提取液，蒸发结晶，得到产品铬盐与可重复利用的蒸发液。本发明专利技术以工业废弃物电弧炉粉尘为原料，通过简单可行的工艺，实现资源高效全利用，变废为宝、废弃物零排放，极大地缓解甚至消除了二次污染，有巨大的经济效益和市场前景。

The method of electric arc furnace dust and chromate and electrode materials

The invention discloses a method for arc furnace dust and chromate and electrode material, which comprises the following steps: the first step the second step mixing, grinding, standing, filtering and separating the filtrate and dust filter residue, third step dust filter residue after drying to mixing with water separation, the fourth step of adding transition metal oxides, transition metal salt rare earth oxide or rare earth elements in salt a further grinding, fifth step heating roasting modified sixth step modified to dust washing and drying ground electrode materials, seventh step with the filtrate by chromate extraction, evaporation crystallization, evaporation of liquid products and reusable chromate. The invention of electric arc furnace dust using industrial waste as raw material, the process is simple and feasible, to achieve high efficiency use of resources, waste, waste zero emissions, greatly reduce or even eliminate the pollution two, has great economic benefit and market prospect.

【技术实现步骤摘要】
电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法
本专利技术涉及粉尘综合利用
，具体是一种以电弧炉粉尘为原料制备铬盐及电极材料的方法。
技术介绍
随着工业生产的迅速发展，工业固体废弃物的种类和数量不断增加。钢铁产业作为我国国家建设支柱性产业，在其生产过程中产生大量废渣、废水、烟尘。然而国内对钢铁固废的处理手段尚未完全成熟，加之废弃物成分复杂，因此处理量少之又少，大部分固废露天堆放或填埋处理，既占用土地资源，又对环境造成严重污染，危害人民健康。近年来，随着国家对环保的日益重视，管理法规日益完善，对各种冶金废弃物实施资源再利用已成为我国冶金工业合理产能、可持续发展和环境保护的必经途径。根据粉尘的成分及处理后的功用，目前粉尘处理可以概括为二条路线。其一，直接回用或提取粉尘中有价金属(如锌)后回用于生产，但是由于粉尘粒径细小、品质差别较大，易使烧结机风机挂泥，含有的锌等元素易在高炉内富集，造成结瘤，会影响高炉的稳定顺行；同时粉尘回用量也受到工艺约束。其二，以粉尘为原材料，经化学处理或合金化，使其转化为新型合金材料或在颜料、废水处理、工业催化、磁性材料领域具有应用价值的新型功能材料。但上述路线一般通过采取物理法、火法、湿法、化学萃取法、微波法、等离子法、固化或玻化方法实施，工艺复杂，经济成本高。因此低成本高效率的处理大量含有微量锌、锰、铬、铅等元素的粉尘处理，是当前粉尘处理的主要难题。以此类型粉尘做原料，进行具有新用途的新型材料的开发，将是对粉尘予以充分利用的有效途径，将冶金工业废弃物--粉尘制备成具有潜在应用价值的原材料。我国钢铁生产工艺流程主要有：铁矿石直接还原成为生铁后在电弧炉炼钢；利用废钢进行电弧炉冶炼；以天然矿石为原料的高炉炼铁和转炉(电炉)炼钢联合工艺流程。目前对钢铁冶金过程废渣的综合利用已有研究资料和应用开发，例如用于水泥混凝土工业、微晶玻璃生产、水处理絮凝剂的开发、制备分子筛材料等。而对于钢铁工业的另一大固废——粉尘，人们仍一直在寻求技术可行、经济可行且适合于我国国情的综合利用方法。粉尘处理不能照搬钢铁冶金生产废渣的处理方法，这是因为粉尘成分相对更加复杂，特别是其中含有大量的重金属，是国家严令禁止随意填埋的危险废弃物，也使其用途开发受到限制。高炉粉尘中主要有铁矿粉、胶粉和煤粉，并含有Si、Al、Ca、Mg等元素，电弧炉粉尘中除含Fe外，还含有Pb、Zn、Mn、Cr、Ni等对水环境和土壤环境具有严重危害的金属元素，其治理更加迫在眉睫。中国专利技术专利CN201410377523.8公开了一种制备铬盐的方法，将含铬氧化物的原料(铬矿或者铬渣)和碳酸钠充分均匀混合，在含氧量大于20％的气氛下，采用微波作为热源进行氧化焙烧，焙烧温度为900℃到1100℃，保温时间为0.5-2.5h，利用水浸焙烧产物，从浸出液中制备铬盐，化学分析熟料及浸渣，不溶性废渣含铬(按三氧化二铬计)小于5％。本专利技术不仅减少了外排铬渣中的铬含量，提高了铬盐生产过程中的铬的利用率，有效节约了铬矿资源，但是制备方法复杂，不能对铬矿或者铬渣实现全面的利用，不能充分利用铬渣。中国专利技术专利CN201410528778.X公开了一种多孔纳米复合电极材料及其制备方法，属于电极材料的制备领域；通过将金属离子溶于水中，加入多元有机酸进行反应，离心、洗涤、烘干，在空气中煅烧，得到多孔纳米复合电极材料；通过简单的方法，少量化学试剂，即可得到具有高的比电容性和优良的稳定性的电极材料；用作超级电容器电极材料。该方法采用固定的金属离子进行电极材料制备，虽然原料组成可控制但成本高。电弧炉烟尘是电弧炉冶炼废钢过程中回收得到的烟尘，除含锌、铁等主要金属外，还可能含有铅、镉、铬等有毒物质。早期，电弧炉烟尘主要是采用玻璃固化法处理后进行填埋处理，通过将电弧炉烟尘与粘土或二氧化硅、三氧化二铝等熔剂混合后在1100～1200℃进行熔炼，产出满足环境保护标准的致密而稳定的固化渣，不能够实现粉尘的全利用，将有价金属回收后仍然存在大量工业废渣。同时粉尘处理不能照搬钢铁冶金生产废渣的处理方法，这是因为粉尘成分相对更加复杂，特别是其中含有大量的重金属，是国家严令禁止随意填埋的危险废弃物，也使其用途开发受到限制，开发一种方法对粉尘进行综合处理，对冶金废弃物资源化再利用、开发高附加值产品、提高粉尘的综合利用率、探索新的应用领域乃至规模化生产具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术提供以下技术方案：一种电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，包括以下步骤：第一步：用球磨机对电弧炉粉尘研磨1-24小时；第二步：将研磨后的粉尘加水剧烈搅拌后静置，过滤分离上层滤液和粉尘滤渣，向粉尘滤渣中继续加水，重复上述操作，直至上层滤液无色，分离上层滤液和滤渣；第三步：将粉尘滤渣干燥，向干燥后的粉尘滤渣中继续加水，剧烈搅拌后静置，分离滤液与滤渣；第四步：将粉尘滤渣干燥、研磨、加入过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中的一种，充分混匀，继续研磨；第五步：研磨完成后的粉尘置于加热炉中，焙烧改性；第六步：将焙烧改性后的粉尘置于水中，搅拌、过滤、干燥、研磨，得到电极材料，第七步：合并第二步、第三步及第六步中的上层滤液得到铬盐提取液，将铬盐提取液蒸发结晶，得到产品铬盐。优选的，所述电弧炉粉尘包括以下质量百分数的元素组分：铬0-10％、锌0-3％、铁0-30％、锰0-2％、钙0-10％、硅0-3％、铝0-3％、氟0-9％、钾0-3％、镁0-5％。电弧炉粉尘是电弧炉冶炼废钢过程中回收得到的烟尘，除含锌、铁等主要金属外，还可能含有铅、镉、铬等有毒物质，本专利技术所采用的原料是含有金属铬、锌、铁、锰、钙、硅、铝、氟、钾、镁及氧等多种元素的混合粉尘，既含有可溶性元素铬及钾等，又含有不溶性金属铁、锰等，既含有对环境有巨大危害的元素，又含有可以重复利用的贵重重金属，以此为原料进行综合高效利用，实现粉尘废渣的全利用。同时相对于现有技术中单纯氧化铁做负极的的电极材料，具有更加广阔的应用空间，不但可以提高原料的来源范围，降低成本，还可以提高应用效果。优选的，所述第三步及第六步中干燥处理的温度为室温至160℃；所述第五步中焙烧改性的温度为200-1400℃；所述第七步中蒸发结晶处理的温度为室温至120℃。优选的，所述第三步及第六步中干燥处理的温度为120℃至160℃；所述第五步中焙烧改性的温度为600-800℃；所述第七步中蒸发结晶处理的温度为100℃。优选的，第四步中所述过渡金属盐为过渡金属的乙酸盐、氯化盐、碱式碳酸盐、硝酸盐中的一种或者几种；所述稀土元素盐为稀土元素的乙酸盐、氯化盐、碱式碳酸盐、硝酸盐中的一种或者几种。优选的，所述第四步中添加的过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中过渡金属元素或者稀土元素加上原料粉尘中同种元素后与原料粉尘中铁元素的摩尔比为0-1。更优选的，所述添加的过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中过渡金属元素或者稀土元素加上原料粉尘中同种元素后与原料粉尘中铁元素的摩尔比为0-0.5。金属盐与金属氧化物的添加，能够提高制备电极材料的电化学性能，提高电极材料首次放电比容量，使得电极材料多次循环后放电比本文档来自技高网...

【技术保护点】
电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：用球磨机对电弧炉粉尘研磨1‑24小时；第二步：将研磨后的粉尘加水剧烈搅拌后静置，过滤分离上层滤液和粉尘滤渣，向粉尘滤渣中继续加水，重复上述操作，直至上层滤液无色，分离上层滤液和滤渣；第三步：将粉尘滤渣干燥，向干燥后的粉尘滤渣中继续加水，剧烈搅拌后静置，分离滤液与滤渣；第四步：将粉尘滤渣干燥、研磨、加入过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中的一种，充分混匀，继续研磨；第五步：研磨完成后的粉尘置于加热炉中，焙烧改性；第六步：将焙烧改性后的粉尘置于水中，搅拌、过滤、干燥、研磨，得到电极材料；第七步：合并第二步、第三步及第六步中的上层滤液得到铬盐提取液，将铬盐提取液蒸发结晶，得到产品铬盐。

【技术特征摘要】
1.电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：用球磨机对电弧炉粉尘研磨1-24小时；第二步：将研磨后的粉尘加水剧烈搅拌后静置，过滤分离上层滤液和粉尘滤渣，向粉尘滤渣中继续加水，重复上述操作，直至上层滤液无色，分离上层滤液和滤渣；第三步：将粉尘滤渣干燥，向干燥后的粉尘滤渣中继续加水，剧烈搅拌后静置，分离滤液与滤渣；第四步：将粉尘滤渣干燥、研磨、加入过渡金属氧化物、过渡金属盐、稀土元素氧化物或者稀土元素盐中的一种，充分混匀，继续研磨；第五步：研磨完成后的粉尘置于加热炉中，焙烧改性；第六步：将焙烧改性后的粉尘置于水中，搅拌、过滤、干燥、研磨，得到电极材料；第七步：合并第二步、第三步及第六步中的上层滤液得到铬盐提取液，将铬盐提取液蒸发结晶，得到产品铬盐。2.根据权利要求1所述的电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，其特征在于：所述电弧炉粉尘包括以下质量百分数的元素组分：铬0-10％、锌0-3％、铁0-30％、锰0-2％、钙0-10％、硅0-3％、铝0-3％、氟0-9％、钾0-3％、镁0-5％。3.根据权利要求1所述的电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方法，其特征在于：所述第三步、第四步及第六步中干燥处理的温度为室温至160℃；所述第五步中焙烧改性的温度为200-1400℃；所述第七步中蒸发结晶处理的温度为室温至120℃。4.根据权利要求3所述的电弧炉粉尘联产铬盐及电极材料的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：白妮，徐玉松，金云学，王淑艳，居殿春，张艳，
申请(专利权)人：张家港江苏科技大学产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32