一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，属于肥料生产领域。包括用生物质灰渣对熔融转炉钢渣进行改质处理，再将改质转炉钢渣破碎磨细，磨细的转炉钢渣加入苹果酸‑HNO3混合溶液中，搅拌使转炉钢渣中的钙、硅、磷等元素溶出，之后向滤液中加入氨水溶液，调整滤液酸碱性和成分，获得同时含有氮、钾、镁、钙、硅、铁等多元素的液体肥料。本发明专利技术生产过程中充分利用了冶金工业废渣及电力工业产生的生物质灰渣，达到了“以废治废”的目的；采用有机酸和无机酸混合溶液对废渣中的有价元素进行浸出处理，得到可用于农业生产的液体肥料，不含磷的尾渣可以返回冶炼再利用，实现了工业固废的高效循环利用及资源的高附加值利用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法
本专利技术属于液体肥料生产领域，具体涉及一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法。
技术介绍
众所周知，磷是农作物生长不可缺少的重要元素之一，目前，全世界13.19亿公顷的耕地中约有43％缺磷，我国1.7亿公顷农田中约有2/3严重缺磷。另外，磷又是一种不可再生的矿产资源，根据目前已探明的磷矿储量与开采速度，世界现有磷矿资源只能维持50～400年，磷依然是我国乃至世界农业生产中最主要的限制因素，磷肥的供求不仅是现在更是将来农业生产的突出矛盾之一。研究表明，植物根系可分泌低分子有机酸降低土壤pH值，促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解，还可与Fe、Al和Ca等金属离子发生络合反应，促进植物对难溶性磷的活化与吸收。另外，钢渣中的磷元素不溶于水，而易溶于植物根部分泌的有机酸，属于缓释性磷肥。为了更好地利用钢渣中的磷资源，人们尝试将钢渣施入土壤中做磷肥，最大限度地使钢渣中的磷溶解于植物根部所分泌的有机酸中，但因为钢渣中的磷含量较低(w(P2O5)<5％)和钢渣的组成和性能差异较大，不同钢渣中磷的释放规律尚不明确，导致钢渣中的磷利用率太低。农业领域的相关学者证实施加外源有机酸能降低土壤中可溶性磷肥的固定，促进难溶性磷肥的溶解，相比于不施加有机酸，植物的平均株高、根重和总的生物量均有所增加。因此，若利用有机酸“主动”溶出钢渣中的磷，得到含磷的有机酸溶液作为液体磷肥施入土壤中，不仅能解决土壤缺磷问题，还可促进土壤中难溶性磷肥的溶解，提高土壤中磷的利用率。钢渣是炼钢过程产生的固体废弃物，产量约为粗钢产量的10～20％左右，2017年我国的粗钢产量约为8亿吨，钢渣的排放量接近1亿吨，由于钢渣中的磷元素限制了其在钢厂内部的有效利用，其综合利用率仅为25～30％，大部分钢渣经过选铁后被弃置或填埋，严重影响生态环境。近年来，随着高磷铁矿石的开发利用以及转炉双联脱磷工艺的实施，钢渣中的P2O5含量已增加至10％以上，一方面，转炉钢渣储量大。另一方面转炉钢渣的磷含量相对较高，尤其是转炉双联工艺产生的钢渣。另外，钢渣中还含有Ca、Mg、Fe、Si等大量营养元素。因此，提取转炉双联工艺高磷钢渣中的P、Ca、Mg、Fe、Si等有价元素对农业生产、资源循环利用和环境保护均具有重要意义。在钢渣中有价元素的提取方面，中国专利号CN201510318286.2公开一种钢渣除磷循环利用方法，该专利技术将钢渣破碎并磨细后，用柠檬酸-NaOH-HCl缓冲液浸出处理，得到含磷滤液和低磷钢渣；之后将低磷钢渣进行干燥处理后，返回烧结、炼铁或炼钢工序，进行循环利用。目前，植物、农作物等生物质能源越来越受到人们的重视，生物质发电已成为我国能源调整中不可或缺的重要组成部分。伴随着生物质能的快速发展，其生产过程中也产生大量的生物质灰渣，目前有一半左右的灰渣被丢弃或者填埋，一部分被用做农田改良剂、建筑材料、化工原料，其内在的价值未被高效利用。生物质灰渣属于可再生资源，通常含有钾、磷、钙、镁、硅等矿质营养元素，其中水稻灰渣中K2O含量较高且含有一定量的P2O5，表1为部分生物质灰渣的成分组成，生物质灰渣中可以被用来作为廉价的钾基改质剂处理钢渣。因此，若利用灰渣中的钾基对转炉钢渣进行改质，促进混合渣中磷及钙、硅、镁、钾等营养元素在酸溶液中的溶出，生产液体肥料，不仅能减小转炉钢渣和生物质灰渣对环境的二次污染，实现工业废弃物的高附加值利用，也可缓解我国土壤缺磷现状及对磷矿石的依赖，降低土壤中难溶性磷的含量，提高磷的利用效率。表1生物质灰渣的成分组成
技术实现思路
1.要解决的问题为了解决土壤中难溶性磷的含量降低，提高磷的利用效率的问题，本专利技术提供一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，通过生物质灰渣改质转炉钢渣，促进钢渣中2CaO·SiO2-2CaO·K2O·P2O5及2CaO·SiO2-2CaO·P2O5固溶体的形成，并使其含量增大，利用苹果酸-HNO3混合溶液溶出改质钢渣中的磷，过滤得含磷滤液，通过向含磷滤液中加入氨水溶液，调整滤液酸碱性，获得液体肥料。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，首先利用生物质灰渣中的钾基组分对转炉双联工艺生产的钢渣进行改质处理，通过将改质钢渣研磨、浸出、搅拌等强化处理，最终实现磷元素从钢渣向有机酸中转移，过滤后得到含磷滤液和除磷尾渣，含磷滤液加入氨水溶液，调整酸碱性和成分，获得液体肥料，脱磷钢渣经过干燥处理后返回炼钢。本专利技术向钢渣中加入生物质灰渣对钢渣进行改质处理，促使2CaO·SiO2-2CaO·K2O·P2O5固溶体的形成及含磷固溶体的生成量增大，具体包括如下步骤：(1)向熔融钢渣中加入粒度为2mm以下的生物质灰渣，灰渣量为20～40mass％；(2)将钢渣在1723～1823K下保温反应60min～90min；(3)控制冷却速度为3～5K/min，使钢渣缓慢降至室温；(4)将冷却的改质钢渣破碎研磨筛分至一定粒径，用于湿法浸出。本专利技术所述的苹果酸-HNO3混合溶液溶出钢渣中有价元素的主要步骤如下(1)将冷却的改质钢渣破碎研磨筛分的渣样粒径为45～150μm；(2)配制pH值为5～6的苹果酸-HNO3混合溶液作为浸出液，苹果酸和HNO3混合比例为2：1，通过SC-200ApH自动控制加液系统对溶液酸碱性进行控制；(3)用步骤(2)配制的苹果酸-HNO3混合溶液对步骤(1)的钢渣进行浸出处理，其中苹果酸-HNO3混合溶液处理钢渣的浸出温度为298～323K，浸出时间为60～150min，苹果酸-HNO3混合溶液与所述筛分的钢渣液固比为150～400:1(mL:g)，电动搅拌器搅拌转速为300r/min；(4)对步骤(3)浸出处理后的混合液进行固液分离，得到含磷滤液和除磷钢渣；(5)将步骤(4)的含磷滤液继续循环用于浸出下一批改质转炉钢渣，弱酸性含磷滤液循环利用10～20次后，向滤液中加入氨水调节滤液酸碱性，获得弱酸性液体肥料；(6)将步骤(4)的除磷钢渣经干燥处理后返回冶金过程循环利用。本专利技术通过苹果酸-HNO3混合溶液溶出钢渣中磷制备弱酸性液体肥料的工作原理是：磷在钢渣中通常以2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体的形式存在，但该固溶体中磷的溶出率不高，而生物质灰渣中含量大量的钾元素，利用生物质灰渣对钢渣进行调质处理后，磷、钾元素主要以2CaO·SiO2-2CaO·K2O·P2O5固溶体的形式存在，这主要是因为K-的半径与Ca2+接近，且与[PO4]3-的结合能力较强，可以取代2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体中的Ca2+，从而生成2CaO·SiO2-2CaO·K2O·P2O5固溶体。由于钾盐在水溶液中的溶解能力较高，因而2CaO·SiO2-2CaO·K2O·P2O5固溶体的形成有利于磷、钾等元素的溶出。另外，苹果酸-HNO3混合溶液中的H+可大量溶解钢渣中的磷酸根离子，该络合反应的方程式为：CaX2·3Ca(PO4)2+苹果酸+硝酸→水溶性PO42-+Ca的苹果酸络合物+硝酸盐，苹果酸与HNO3比例为2：1，可以促进Ca的苹果酸络合物的形成，同时生物质灰渣及转炉钢渣中的钙、硅、镁、钾等营养元素也被大量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，包括用生物质灰渣对熔融转炉钢渣进行改质处理，再将改质转炉钢渣破碎磨细，磨细的转炉钢渣加入苹果酸‑HNO3混合溶液中，搅拌使转炉钢渣中的有价元素溶出，最后向滤液中加入氨水溶液，调整滤液酸碱性，获得弱酸性液体肥料。

【技术特征摘要】
1.一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，包括用生物质灰渣对熔融转炉钢渣进行改质处理，再将改质转炉钢渣破碎磨细，磨细的转炉钢渣加入苹果酸-HNO3混合溶液中，搅拌使转炉钢渣中的有价元素溶出，最后向滤液中加入氨水溶液，调整滤液酸碱性，获得弱酸性液体肥料。2.根据权利要求1所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，所述熔融转炉钢渣中加入生物质灰渣对钢渣进行改质处理，具体包括如下步骤：(1)向熔融转炉钢渣中加入2mm以下的生物质灰渣，在1723～1823K下保温反应60min～90min后，将转炉钢渣缓慢降至室温；(2)将冷却的改质转炉钢渣破碎研磨筛分至一定粒径，用于湿法浸出。3.根据权利要求2所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，所述步骤(1)加入生物质灰渣量为20～40mass％，转炉钢渣控制冷却速度为3～5K/min。4.根据权利要求2所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，所述步骤(2)筛分的转炉钢渣渣样粒径为45～150μm。5.根据权利要求2所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，所述步骤(1)加入的灰渣为发电厂燃烧水稻秸秆、玉米秸秆或小麦秸秆所产生的生物质灰渣。6.根据权利要求4所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，所述筛分的转炉钢渣渣样粒径为45～48μm。7.根据权利要求2至6任一项所述的一种利用转炉钢渣生产弱酸性液体肥料的方法，其特征在于，将筛分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕宁宁，杨金星，苏畅，季鹏，桂德培，孔辉，王海川，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34