一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法技术

本发明专利技术公开了一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法。该方法以H

【技术实现步骤摘要】
一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法


[0001]本专利技术涉及了一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，特别涉及一种利用低浓度短链脂肪酸溶液通过多级逆流浸出选择性浸出冶炼渣中钙镁组元方法，属于工业固废资源化综合利用


技术介绍

[0002]我国是钢铁生产大国，2021年我国粗钢产率10.33亿吨，占全球粗钢产率的52.8％。钢铁生产高炉、转炉、精炼炉等工序产生大量的高炉渣、钢渣、精炼渣等冶炼渣。以钢渣为例，其产生量占粗钢产率的10～15％，因此，钢铁生产过程年产出钢渣超1亿吨。
[0003]目前，现有钢渣资源化利用技术主要是将钢渣细磨后用作建筑材料。但由于钢渣中游离氧化钙(f
‑
CaO)含量高，易导致建材体积膨胀，引发结构安全问题。
[0004]钢铁生产过程中同时排放大量CO2。我国钢铁工业碳排放量超19亿吨/年，占全国碳排放总量的15％。碳减排是钢铁工业高质量发展面临的重要难题。现有碳捕集技术主要针对燃煤发电领域，由于钢铁工业烟气中CO2浓度低，导致捕集困难、成本高。
[0005]冶炼渣中钙镁含量高，与CO2反应可实现碳的捕集。冶炼渣固碳不仅有助于钢铁企业实现冶炼渣“原位”利用和碳减排，同时可降低钢铁生产全生命周期的资源和能源消耗，是一种极具前景的烟气碳捕集工艺。冶炼渣中钙镁组元的浸出是高效矿化CO2的前提。
[0006]目前，已有的文献公布了一些冶炼渣中钙镁组元的浸出方法。Jo,et al.,(Energy,2017,884
–
894)和Tian,et al.,(Chem.Sus.Chem.,2015,3839
–
3846)分别采用HCl和HNO3提取钢渣中的含钙组元，研究发现虽然无机酸能快速解离冶炼渣中钙镁矿物，实现冶炼渣中绝大部分钙镁的浸出，但同时大量的铁、铝、硅元素也会浸出，需对浸出液进行除杂处理后才能实现钙镁组元的选择性浸出。近年来，乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸被广泛应用到冶炼渣中钙镁组元提取过程。Chang et al.,(ACS Sustain.Chem.Eng.,2012)使用短链脂肪酸浸出冶炼渣中含钙组元，但结果表明短链脂肪酸在浸出过程存在着溶解速度慢、浸出率低等问题。

技术实现思路

[0007]针对现有冶炼渣难以资源化利用以及冶炼渣无机酸浸出过程选择性差、冶炼渣有机酸浸出效率低等问题，本专利技术的目的是在于提供一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，该方法利用冶炼渣中钙镁组元的赋存形态和低浓度短链脂肪酸的溶解特性协同多级逆流浸出工艺实现冶炼渣中钙镁组元的选择性浸出，其具有浸出快速、高效等特点，为冶炼渣的无害化、高值化及规模化利用提供了新的途径。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，该方法是以H
+
浓度≤5mol/l的短链脂肪酸溶液作为初始浸出剂对冶炼渣进行多级逆流浸出，得到钙镁浸出液和浸出渣。
[0009]由于冶炼渣中包含大量的游离态钙镁氧化物(f
‑
MO，M代表Ca或Mg)，这些钙镁氧化
物具有碱性，浸出活性高，同时冶炼渣中还包含了结合态的钙镁M
‑
O，例如硅酸钙和硅酸镁等，这些结合态的钙镁浸出活性相对较低。因此，在常规酸浸过程中，冶炼渣中的游离态钙镁氧化物都会在浸出初期优先被酸浸出，从而导致浸出初期不但会消耗大量的酸，而且主要浸出游离态钙镁氧化物(f
‑
MO)，而在浸出后期，由于浸出液中的酸浓度降低，且残留的钙镁主要是结合态钙镁，从而导致钙镁浸出效率低。如果浸出初期采用高浓度酸，虽然可以保证浸出后期结合态钙镁浸出，但是浸出选择性会下降，如果浸出初期采用低浓度酸，可以保证浸出选择性，但是浸出后期浸出速率慢。而本专利技术技术的关键在于依据冶炼渣中钙镁组分的赋存形态及溶解控制矿物相特征，巧妙结合短链脂肪酸溶液的促溶特征，提出基于低浓度短链脂肪酸溶液通过多级逆流浸出冶炼渣中钙镁组分的方法，实现冶炼渣中钙镁组分的高效、高选择性溶出，有效克服无机酸浸出过程选择性差、有机酸浸出效率低的问题，为冶炼渣高效固碳创造有利条件。本专利技术技术方案采用短链脂肪酸溶液通过多级逆流浸出冶炼渣的具体过程(参见图1)和作用机理在于：由于第1级逆流浸出过程中的短链脂肪酸溶液中的H
+
浓度是相对最低的，基本被消耗完，浸出过程中冶炼渣中游离氧化钙和游离氧化镁优先与浸出液中的水结合，同时释放出钙离子和镁离子，实现冶炼渣中钙镁组元的初步浸出(如反应式1)，而在第N级逆流浸出过程中的短链脂肪酸溶液中的H
+
浓度是相对最高的，而冶炼渣中游离氧化钙和游离氧化镁基本上被消耗完，主要是短链脂肪酸浸出结合态的钙镁M
‑
O，硅酸钙和硅酸镁中M
‑
O(M代表金属离子)化学键被短链脂肪酸中H
+
破坏，同时短链脂肪酸中RCOO
‑
与M络合形成有机配体(反应式2)，降低了液相饱和指数，实现冶炼渣中钙镁组元的完全浸出，该浸出过程中基于短链脂肪酸溶液初始浓度较低，避免了其他金属的浸出，提高了浸出选择性，同时冶炼渣中的游离态钙镁氧化物(f
‑
MO)和结合态的钙镁(M
‑
O)的浸出是分步进行的，最大程度降低了酸的消耗，大幅度提高浸出效率。
[0010]f
‑
MO+H2O
→
M
2+
+OH
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(反应式1)
[0011]MSiO4+H
+
→
M
2+
+SiO2+H2O
ꢀꢀꢀꢀ
(反应式2)
[0012]M代表Ca或Mg。
[0013]在本专利技术技术方案中，短链脂肪酸的浓度控制至关重要，溶液浓度高会导致冶炼渣中钙镁组元浸出的同时铁、铝等组元也会浸出，导致浸出过程钙镁组元选择性降低。此外，经过该浸出方法得到的钙镁浸出液可以用于钢铁生产中烟气碳的捕集，助推了钢铁工业碳捕集技术发展。同时本专利技术的浸出渣根据其铁含量高低，富铁渣可用作钢铁生产原料，用于烧结球团等工序，铁含量较低的浸出渣可用作建筑材料原料，高效实现了对资源的循环利用。
[0014]作为一个优选的方案，所述冶炼渣包括高炉渣、电炉钢渣、转炉钢渣、钢包精炼渣中至少一种，所优选冶炼渣中均含有丰富的钙镁组元。
[0015]作为一个优选的方案，所述冶炼渣按冷却方式分类，包括水淬渣、热泼渣、风淬渣、滚筒渣、粒化渣、热闷渣中至少一种。
[0016]作为一个优选的方案，所述冶炼渣经破碎筛分后控制冶炼渣的平均粒径≤3mm，冶炼渣平均粒径过粗，严重降低了冶炼渣浸出过程的固液反应速率和扩散速率，影响了钙镁组元的浸出速率，导致浸出速率慢，浸出率低。
[0017]作为一个优选的方案，所述短链脂肪酸溶液的H
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浓度为1～5mol/l。在优选的H
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浓度范围内，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：以H
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浓度≤5mol/l的短链脂肪酸溶液作为初始浸出剂对冶炼渣进行多级逆流浸出，得到钙镁浸出液和浸出渣。2.根据权利要求1所述的一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：所述冶炼渣包括高炉渣、电炉钢渣、转炉钢渣、钢包精炼渣中至少一种。3.根据权利要求2所述的一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：所述冶炼渣平均粒径≤3mm。4.根据权利要求1所述的一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：所述短链脂肪酸溶液的H
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浓度为1～5mol/l。5.根据权利要求1所述的一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：所述短链脂肪酸为碳原子数小于6的脂肪酸。6.根据权利要求4所述的一种冶炼渣钙镁组元选择性浸出方法，其特征在于：所述短链脂肪酸为乙酸、丙酸、异丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙增青，范晓慧，刘轻松，李晓宇，甘敏，季志云，黄晓贤，陈许玲，袁礼顺，唐庆余，邢金鑫，刘林程，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：