利用城市污泥焚烧灰回收磷酸二氢钾制造技术

本发明专利技术申请属于城市生活污泥焚烧灰处理工艺技术领域，本申请采用活化剂直接攻击摧毁硅酸盐的硅氧晶格使得硅氧键断裂建立新硅氟键，在旧共价键破裂新共价键形成的过程中释放大部分有用资源和重金属，再用螯合剂浸提，经后处理全面回收磷

【技术实现步骤摘要】
利用城市污泥焚烧灰回收磷酸二氢钾、二氧化硅、金属铜电极、金属锌、镍铬合金和高温陶瓷耐火材料及其回收制造方法


[0001]本专利技术涉及城市生活污泥焚烧灰处理工艺
，特别是一种利用城市污泥焚烧灰回收磷酸二氢钾
、
二氧化硅
、
金属铜电极
、
金属锌
、
镍铬合金和高温陶瓷耐火材料及其回收制造方法
。

技术介绍

[0002]高品质的城市生活污泥含有丰富的有机质和氮磷钾，可以用作土壤改良和有机肥
。
然而，城市生活污泥的品质良莠不齐，许多都含有大量的有毒重金属，不能用作土壤改良和有机肥用途
。
于是，人们往城市生活污泥里面添加螯合剂沉淀剂固化剂，在符合国标
GB16889
‑
2008
后运输到填埋场地填埋
。
这是没有商业利润的事情，吃力不讨好
。
随着科研项目的推进和技术的进步，慢慢地，一些新技术出现了，把城市生活污泥垃圾往资源化方向发展
。
譬如，城市生活污泥通过添加一些稳定剂粘结剂甚至一些其他处理过的危废，制成建筑材料，用于道路地基，建筑砖头，轻质材料等，具有经济价值
。
城市生活污泥厌氧发酵技术也开始了，产生沼气，燃烧可以供热供暖，具有经济价值
。
然而，城市生活污泥厌氧发酵也还有渣
。
于是，人们又往城市生活污泥厌氧发酵渣里面添加螯合剂沉淀剂固化剂，在符合国标
GB16889
‑
2008
后运输到填埋场地填埋
。
这也是没有商业价值的事情，吃力不讨好
。
随着城市垃圾焚烧技术的慢慢成熟，带动了城市生活污泥以及城市生活污泥厌氧发酵渣的焚烧技术研发和工厂生产流程建立
。
城市生活污泥以及城市生活污泥厌氧发酵渣焚烧可以生产热能，进行发电和供热供暖，产生的污泥焚烧灰体积仅仅是焚烧前体积的十分之一，经螯合稳定化固化后进行填埋，大大减少了填埋量，节约了土地和资源
。
然而，污泥焚烧灰中的重金属含量比污泥本身高出好几倍，增加了螯合稳定化固化的难度和成本
。
再者，污泥焚烧灰中含有大量不可再生资源磷，引起了人们的重视
。
[0003]中国专利公告号为
CN111792636B
同济大学章骅等提出一种从污泥焚烧灰中回收蓝铁矿的方法，利用酸浸出磷，再用水滑石等吸附剂富集浸出的磷，加入亚铁离子，形成人造蓝铁矿粉
。
然而，蓝铁矿磷酸亚铁不溶于水，没有肥力
。
中国专利公告号为
CN116621231A
浙江大学王飞等提出一种污泥焚烧飞灰磷铝铁回收并建材化利用的方法，酸浸开局，制备硫酸铁，氢氧化铝和羟基磷灰石
。
可是，羟基磷灰石不可溶，也没有肥力
。
中国专利公告号为
CN105772484B
武汉纺织大学李进平等提出一种城市生活污泥焚烧灰渣无害化处理技术及磷化合物的回收方法，进行酸碱联合浸出磷，以磷酸镁铵的形态沉淀
。
然而，磷酸镁铵也难溶，没有肥力
。
中国专利公告号为
CN106430136B
张国闽等人提出一种从污泥单独焚烧灰渣中回收磷和去除重金属的方法，也是采用酸浸出磷和重金属，用硫化物沉淀分离重金属后，把磷以磷酸钙的形式合成出来
。
磷酸钙不溶，并没有肥力
。
中国专利公告号为
CN113401887B
湖北云翔聚能新能源科技有限公司陈迎迎提出利用市政污泥焚烧灰制备磷酸铁的方法及电池级磷酸铁，酸浸出磷铁铝以及重金属，调节
pH
值到6去除铁铝杂离子，加除杂剂去除镁钙杂离子，加沉淀剂去除重金属离子，然后加氧化剂和亚铁离子，生产高纯度磷酸铁用于锂
离子电池正极前驱体
。
此法有些意思，但是专利技术人可能没有注意到，虽然磷浸提率高达
97
％，可是调节
pH
值到6去除铁铝杂离子时铁离子是以磷酸铁加氢氧化铝的形式被除掉的，铁在污泥焚烧灰中含量很高，铁
:
磷重量比为
1:1.85,
铁被除杂以后，理论计算其最后得到的高纯磷酸铁产率小于
45
％
。
[0004]综上所述，我们认为，现有利用城市污泥焚烧灰的专利和文献的通病和痛点是，
1)
浸提生产的磷肥从美其名曰缓释肥，但是实际上毫无肥力
。2)
千篇一律的酸法，毫无新意
。3)
消化大量酸，不可再生，消耗许多资源
。4)
产生大量酸性废液，需消耗资源处理
。5)
只着眼于磷，没有顾及其他有用资源，包括其中的铁
、
铝
、
硅
。6)
对其所含的重金属，畏之如虎，避之不及，不知利用
。
产生的含重金属危废，还得填埋
。7)
酸浸后产生的残渣，难于资源化利用，大都逃不出被填埋的命运
。
[0005]鉴于此，本专利技术推陈出新，全面解决上述现有利用城市污泥焚烧灰的专利和文献的所有通病和痛点
。
本申请摒弃了传统酸浸法，用活化剂直接攻击摧毁硅酸盐的硅氧晶格使得硅氧键断裂建立新硅氟键，在旧共价键破裂新共价键形成的过程中释放大部分有用资源和重金属，再用螯合剂浸提，经后处理全面回收磷
、
硅
、
铁
、
铜
、
锌
、
铬和镍，回收率分别高达
99
％
、100
％
、90
％
、99
％
、94
％
、81
％和
83
％，远超诸文献
。
基本上本领域诸文献，都只能回收不溶或难溶的磷酸盐，美其名曰缓释肥，实际上其肥力极差且不适合城市垂直水耕
。
本申请回收速溶性磷酸二氢钾，肥力强而且是磷钾双元肥料，适合各种种植以及城市垂直水耕
。
本申请回收二氧化硅，用电沉积法回收得到铜电极
、
金属锌
、
镍铬合金，诸文献皆未有报道
。
浸提残渣制成了低热导系数的高温陶瓷耐火隔热材料，经济价值比普通的地基建材料
、
砖块
、
水泥等高许多
。
本申请的独特设计使得主要药剂活化剂和浸提剂都可以循环使用，节约了资源，也大大节约了成本
。
无污水和废气排放，创造价值的同时保护了环境
。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中城市污泥焚烧灰所存在的缺陷和问题，提供一种利用城市污泥焚烧灰回收磷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
利用城市污泥焚烧灰回收磷酸二氢钾
、
二氧化硅
、
金属铜电极
、
金属锌
、
镍铬合金和高温陶瓷耐火材料及其回收制造方法，其特征在于：用活化剂直接攻击摧毁硅酸盐的硅氧晶格使得硅氧键断裂建立新硅氟键，形成氟硅酸盐，在旧共价键破裂新共价键形成的过程中释放大部分有用资源和重金属，再用螯合剂浸提，经后处理全面回收磷
、
硅
、
铁
、
铜
、
锌
、
铬和镍，并把残渣制成低导热系数隔热材料的一种流程方法；回收产品包括磷酸二氢钾
、
二氧化硅
、
硫酸铁
、
硫酸铝
、
铜电极
、
金属锌
、
镍铬合金和低导热系数多孔陶瓷；其处理工艺流程如下：
A、
活化焚烧灰用活化剂直接攻击摧毁城市污泥焚烧灰的硅酸盐硅氧晶格使得硅氧键断裂建立新硅氟键，形成氟硅酸盐，在旧共价键破裂新共价键形成的过程中释放大部分有用资源和重金属；用容器
(
比如陶瓷坩埚
)
盛放生活污泥焚烧灰
(
比如
1000
克
)
，按活化剂
/
污泥焚烧灰重量比
0.1:1
–
3:1
加入活化剂氟化钾
、
氟化钠
、
氟化氢铵或氟化铵，混合均匀后置入烘箱加热到
100
‑
180℃
反应1‑3小时，反应物冷却后，得到焚烧活化灰；
B、
螯合浸提快速路线：上述活化灰转移到
PTFE
反应容器，把2‑
20
升1‑9％
w/vEDTA(
乙二胺四乙酸
)
萃取液加入活化焚烧灰中，搅拌5分钟，搅拌速度
200
‑
300rpm,pH
值可以用硫酸
、
硝酸或盐酸调整到微酸性，
pH
范围
3.1
‑
4.6
，再搅拌5分钟，搅拌速度
200
‑
300rpm
，把
PTFE
反应容器置入高压反应釜中，无搅拌，在
120
‑
200℃
下反应1‑3小时，使得磷酸根
、
氟硅酸根
、
铁离子
、
铝离子
、
以及大部分重金属离子被浸提到溶液中，溶液冷却后，对完成浸提后的固液混合物进行固液分离，得到滤液一和残渣一，残渣量
50
‑
60
％
wt.
；节能路线：上述活化灰转移到惰性反应容器，把2‑
20
升1‑9％
w/vEDTA(
乙二胺四乙酸
)
萃取液加入活化焚烧灰中，搅拌5分钟，搅拌速度
200
‑
300rpm,pH
值可以用硫酸
、
硝酸或盐酸调整到微酸性，
pH
范围
3.1
‑
4.6
，再搅拌
18
‑
24
小时，搅拌速度
800
‑
1000rpm
，使得磷酸根
、
氟硅酸根
、
铁离子
、
铝离子
、
以及大部分重金属离子被浸提到溶液中，对完成浸提后的固液混合物进行固液分离，得到滤液一和残渣一，残渣量
50
‑
60
％
wt.
；
C、
残渣一后处理取萃取后的干燥残渣一，根据
EDS
分析，其主要成分为铝酸钙和石英，加入铝矾土和高岭土，按残渣一：铝矾土：高岭土重量比1：
0.5
‑
1.5
：
0.5
‑
1.5
混合均匀，在超高温马弗炉里
1300
‑
1400℃
灼烧1‑3个小时，得到低导热系数的高温陶瓷耐火隔热材料；
D、
滤液一后处理往
1.5L
的滤液一里，加入
90
‑
100
克氯化钾或
70
‑
80
克氯化钠，搅拌1分钟，搅拌速度
100
‑
200rpm,
陈化
10
分钟，生成氟硅酸钾或氟硅酸钠沉淀，固液分离得到滤液二和残渣二
(
氟硅酸盐
)
，滤液二中加入氢氧化钠至
pH
值4‑5，搅拌1分钟，搅拌速度
100
‑
200rpm,
陈化
10
分钟，产生磷酸铁沉淀，受螯合浸提剂影响，第一次浸提铁回收率只有
50
‑
60
％，固液分离得到滤液三和残渣三
(
磷酸铁
)
，滤液三中加入氯化钙
27
‑
54
克氢氧化钙至
pH6
，再加入氢氧化钙至
pH6,
搅拌1分钟，搅拌速度
100
‑
200rpm,
陈化
10
分钟，产生白色沉淀磷酸钙，受螯合浸提剂影响，第一次浸提磷酸回收率只有
50
‑
60
％，固液分离得到滤液四和残渣四
(
磷酸钙
)
，滤液四再加入
NaOH
至
pH
值7‑9，搅拌1分钟，搅拌速度
100
‑
200rpm,
陈化
10
分钟，产生氢氧化铝沉淀
(
不是磷酸铝
)
，固液分离得到滤液五和残渣五
(
氢氧化铝
)
，滤液五在
‑
2V
至
‑
4V
电压下在铜
或碳电极上电沉积
30
分钟，搅拌速度
200
‑
300rpm,
得到铜电极，其广泛用于铜电镀与电火花加工，铜回收率达到
99
％，电解质溶液固液分离得到滤液六和残渣六
‑
氢氧化镍
、
氢氧化锌
、
氢氧化铬混合沉淀，往
10
克干燥残渣三
(
磷酸铁
)
里加入
50
‑
80ml
的1‑
2M
氢氧化钾溶液，搅拌
30
分钟，搅拌速度
300
‑
500rpm,
生成氢氧化铁沉淀和磷酸二氢钾溶液，固液分离电解液得到滤液七和残渣七
(
氢氧化铁
)
，把滤液七磷酸二氢钾溶液加热蒸发干燥，再纯化得到固态磷酸二氢钾，可以用作农业林业园艺以及城市垂直水耕速溶磷钾二元肥料，往
10
克干燥残渣四
(
磷酸钙
)
里加入
50
‑
80ml
的1‑
2M
氢氧化钾溶液，搅拌
30
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李房有，林煊豪，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：