[发明专利]一种利用高炉渣矿化CO2联产铵明矾的方法

说明书

本发明公开了一种利用高炉渣制备铵明矾的方法，其方法包括：1硫酸铵分解高炉渣，将高炉渣与硫酸铵在一定温度下混和焙烧使高炉渣中有价金属元素氧化物转化为相应的硫酸铵复盐；2硫酸铝铵粗液制备，将第一步获得的焙烧产物用水浸出，得到硫酸铝铵粗液与浸出渣；3冷却结晶，将硫酸铝铵粗液冷却，获得结晶母液和硫酸铝铵晶体，经洗涤晾干得到铵明矾；4富镁溶液矿化，将第三步获得的结晶母液加入氨水并通入CO₂生成碳酸镁实现CO₂矿化，并获得矿化母液一；5水浸渣矿化，将第二步得到的浸出渣加入氨水并通入CO₂生成碳酸钙实现CO₂矿化，并获得矿化母液二；6硫酸铵循环，将矿化母液混和，蒸发浓缩冷却结晶后得到硫酸铵固体，循环使用。

技术领域

本发明属于CO₂减排及固废资源化利用领域，主要涉及一种利用高炉渣矿化CO₂联产铵明矾的方法。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料的大量使用导致大气中CO₂浓度急剧升高，CO₂减排问题已达成全球共识。二氧化碳捕集封存(CCS)是抑制大气CO₂浓度上升以缓解气候变化的重要选项之一，主要包括海洋封存、地质封存及矿化封存。海洋封存和地质封存存在泄漏、地质灾害、地下水污染及生态系统破坏等次生灾害。矿化封存相比于前面两种方式，能将CO₂转化为稳定的碳酸盐，长期固定下来，安全性更高。而钙镁含量较高的工业固废常常作为CO₂矿化的原料。钢铁工业是最大工业固废源之一，主要固废包括炼铁产生的高炉渣和炼钢产生的钢渣。每生产1吨铁副产300~1000公斤高炉渣(取决于铁矿石品位、工艺条件)。目前中国高炉渣的年排放量在3亿吨以上，主要用于生产矿渣水泥、混凝土掺和料, 少量用于生产矿渣微粉、矿渣纤维、筑路填料等，属于低值利用，仍有大量的高炉渣以露天堆放的形式处理，不仅浪费了资源更造成了严重的环境污染。高炉渣主要成分是钙镁铝硅酸盐矿物，其中氧化钙含量在34-52%、氧化镁在6~10%、氧化铝含量为10~14%。2015年全球钢铁产量约16亿吨计算，如果用钢铁渣固碳，理论上每年可以固定CO₂约2~6亿吨。另外，如果高炉渣中铝能有效回收，理论上全球每年可以减少1.2亿吨天然铝土矿(以Al₂O₃计)的开采，在CO₂减排的同时既实现了铝工业的可持续发展又可以处理钢铁工业中产生的固废。中国专利CN106082322A公开了一种含钛高炉渣矿化二氧化碳联产TiO₂、Al₂O₃的方法，首先将含钛高炉渣与硫铵混和焙烧、浸出，浸出液经分步沉淀钛和铝后得到富镁溶液进行矿化，浸出渣主要成分为硫酸钙和二氧化硅经氨水调浆后进行矿化。该专利实现了CO₂减排与高炉渣资源化利用，但是由于焙烧过程中高炉渣中的铝转化为溶解度较低的硫酸铝铵 (25^°C NH₄Al(SO₄)₂溶解度约为15g/L)，导致浸出过程液固比大大增加，富镁溶液矿化后母液硫酸铵浓度较低，那么硫酸铵蒸发结晶循环的能耗势必大大上升。因此，如何降低矿化过程中的能耗，实现CO₂净减排是矿化封存面临的一个严峻问题。基于此，本发明利用硫酸铝铵在低温下溶解度低而在高温下溶解度迅速上升的特性 (80^°C NH₄Al(SO₄)₂溶解度约为450g/L)，采用高温低液固比浸出，低温结晶的手段回收附加值较高的铵明矾，大大降低了矿化过程能耗。

发明内容

本发明针对CO₂矿化能耗高以及钢铁工业固废处理问题，提供一种采用高炉渣矿化CO₂联产铵明矾的方法。

本发明所述高炉渣矿化CO₂联产铵明矾的方法，以高炉渣为原料，工艺步骤依次如下：

1、硫酸铵分解高炉渣