水洗钾钠分离技术处理烧结机头灰工艺解析

1. 工艺流程与技术原理

  • 水洗浸出
    烧结机头灰（含K₂O 0.6%~30%、Na₂O 0.5%~5%、Cl 5%~25%）与水按液固比3:1~5:1混合，通过搅拌、曝气（30~60分钟）使可溶性钾钠盐（如KCl、NaCl）溶解，形成含钾钠的水洗液和不溶性水洗渣（含Fe₂O₃、PbCl₂、ZnCl₂等）。钾钠溶出率可达85%以上，脱盐率≥90%。

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  • 固液分离
    采用板框压滤机、真空过滤机等设备分离水洗液与水洗渣。水洗渣若重金属（Pb≤1%、Zn≤1%）达标，可返回烧结系统或外售；若超标，需通过湿法提锌、火法提铅等工艺回收有价金属。
  • 净化除杂
    水洗液中含Ca²⁺、Mg²⁺、悬浮物及有机物，需通过：
    • 化学沉淀法：加入Na₂CO₃、NaOH去除钙镁（生成CaCO₃、Mg(OH)₂沉淀），控制总铅≤1.0mg/L、总镉≤0.1mg/L。
    • 吸附法：活性炭或絮凝剂去除有机物及细颗粒物，确保浊度<5NTU，达到精制盐水标准。
  • 蒸发结晶与分盐提纯
    利用NaCl与KCl溶解度差异（NaCl溶解度随温度变化小，0℃时35.7g/100g水，100℃时39.8g/100g水；KCl溶解度随温度升高显著增大，0℃时27.6g/100g水，100℃时56.7g/100g水）：
    • 高温析钠：MVR蒸发器或多效蒸发系统在80~100℃浓缩，NaCl优先结晶析出（纯度≥95%），离心脱水后含水率≤5%。
    • 低温析钾：母液冷却至25~40℃，KCl结晶析出（纯度≥85%~90%），可进一步重结晶提纯至工业级标准。

2. 核心优势与环保效益

  • 资源回收：回收的NaCl可用于钢厂软水制备、脱硫工序；KCl可作为钾肥原料或工业用钾盐。广西钦州项目年回收KCl约4000吨、NaCl约6000吨，经济效益超千万元。
  • 节能降耗：MVR蒸发器替代传统多效蒸发，能耗降低40%~60%；冷凝水回用率可达100%，减少水耗。
  • 环保合规：水洗渣危害性降低，满足《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB 18599）；废水循环使用实现零排放，符合“双碳”政策要求。

3. 应用案例与数据支撑

  • 广西案例：采用“四效逆流提钠+闪发冷却提钾”工艺，处理规模20m³/h，盐产品纯度达工业级标准，年减排固废2万吨、废水2.5万吨。
  • 河南项目：协同处置烧结机头灰与制酸废水，水洗灰盐分含量<3%，KCl纯度≥92%（满足GB/T6549-2011 I类一等品要求）。

4. 挑战与优化方向

  • 纯度提升：需彻底去除钙镁等杂质，避免结垢或设备腐蚀；通过在线监测（离子浓度仪、密度计）实现自动化调控。
  • 工艺集成：结合重金属回收、磁选、浮选等形成“一站式固废处理+资源回收”系统，提升综合利用率。
  • 成本优化：初始投资较高（如MVR蒸发器），需通过规模化应用降低单位成本；开发低水耗协同处置工艺，减少酸性废水消耗。

总结：水洗钾钠分离技术通过“溶解-分离-提纯”的物理化学过程，实现烧结机头灰中钾钠的高效回收与资源化利用，既解决了固废污染问题，又创造了显著的经济与环境价值，是钢铁行业绿色生产与循环经济的关键技术路径。