钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法
阅读说明：本技术 钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法 (The method that production aluminium oxide, potassium sulfate and sulfuric acid are decomposed in potassium alum suspension roasting ) 是由 旷戈 黄海 沈志民 郝慧玲 刘慧勇 余美燕 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法,将钾明矾投入到第一悬浮焙烧炉系统进行焙烧脱水并预热,然后将预热并脱水后的无水钾明矾引入第二悬浮焙烧炉系统中进行高温悬浮焙烧分解,分解后的高温反应物经冷却器冷却后,经过水溶出后过滤洗涤并干燥获得氧化铝粉末,浸取液浓缩结晶后获得硫酸钾；第二悬浮焙烧炉系统的热解气体经过余热回收和催化氧化吸收后获得浓硫酸；本发明将钾明矾在第一悬浮炉内脱除大量结晶水分并预热,可以在第二悬浮炉中迅速分解,可大幅度减少第二悬浮炉内热解气体中的水分,降低能耗,并提高热解气体中二氧化硫与三氧化硫的浓度,使后续余热回收以及硫酸吸收等方便进行,并实现综合利用。(The invention discloses a kind of methods that production aluminium oxide, potassium sulfate and sulfuric acid are decomposed in potassium alum suspension roasting, it potassium alum is put into the first suspension roasting furnace system carries out roasting and dehydration and preheat, then it will preheat and dewatered anhydrous potassium alum is introduced into progress high temperature suspension roasting decomposition in the second suspension roasting furnace system, pyroreaction object after decomposition is after cooler is cooling, by it is water-soluble go out after filtration washing and it is dry obtain alumina powder, obtain potassium sulfate after leaching liquid condensing crystallizing；The pyrolysis gas of second suspension roasting furnace system obtains the concentrated sulfuric acid after waste heat recycling and catalysis oxidation absorb；Potassium alum is removed mass crystallization moisture in the first shower furnace and preheated by the present invention, it can be decomposed rapidly in the second shower furnace, the moisture in the second shower furnace in pyrolysis gas can be greatly reduced, reduce energy consumption, and improve the concentration of sulfur dioxide and sulfur trioxide in pyrolysis gas, so that subsequent waste heat recycling and sulfuric acid absorption etc. is facilitated progress, and realizes comprehensive utilization.)
技术领域
本发明属于火法冶金技术领域，具体涉及一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法。
背景技术
Al2O3是一种重要的无机粉体材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优良特性，广泛应用于冶金、机械工业、传感器、生物陶瓷等领域。我国拥有辽阔的耕种土地，土壤普遍缺钾，且长期钾肥施肥不足，尤其是近年来无氯钾肥的需求量不断提高。硫酸钾作为常见的一种无氯钾肥并且能补充土壤中的硫，硫有利于叶绿素、蛋白质和碳水化合物的形成，能提高农作物产量和品质，但我国硫酸钾工业起步较晚，现如今每年还是要进口大量的硫酸钾，对外依存度在60 %以上；而钾明矾作为一种常见的工业副产品，产量大无法得到充分利用；综上所述，开发一条利用钾明矾生产高价值的硫酸钾和氧化铝的技术路线是非常有必要的。
传统的钾明矾热解法通常采用固定床和回转窑，具有焙烧温度难以控制，设备较为庞大，焙烧时间长（>1h），处理能力有限，耗能高，成本高，分解不充分的缺点；本发明采用悬浮焙烧分解的方法，使得物料能够与高温气体充分接触，且悬浮炉温度控制更加精确，可以控制在10℃左右，避免了局部超温熔融的现象。
发明内容
本发明提供了一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法，其解决了目前钾明矾中钾、铝不能得到简单、高效利用的问题并克服了传统的钾明矾焙烧方法的不足，具有设备简单，物料停留时间短，成本低，处理能力强，控温精确等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法，其包括以下步骤：
1）将钾明矾用破碎机破碎到一定的粒径；
2）将破碎后的钾明矾连续传输到第一悬浮焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第一悬浮焙烧炉系统的二级气流预热器进行初步脱水预热，一级气流预热器分离后的尾气再经除尘装置除尘，尾气除尘得到的钾明矾粉投入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器中二次预热干燥；
3）二级预热干燥后的钾明矾传输到第一悬浮焙烧炉，与来自悬浮焙烧炉底部预热器的高温气体充分混合，并通过后续连接的第一旋风收尘器收集并进行气固分离，分离的高温气体引入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；
4）将得到的无水钾明矾连续输送到第二悬浮炉焙烧系统中的一级气流预热器中，再进入到第二悬浮炉系统中的二级气流预热器进行预热，一级气流预热器分离后的尾气经除尘装置除尘后得到的含硫尾气经除尘装置除尘，含硫尾气再经硫酸催化吸收系统得到副产物硫酸，其余尾气环保达标后经风机排到大气中；
5）步骤4）中第二悬浮炉系统的二级气流预热器预热后的无水钾明矾连续输送到第二悬浮焙烧炉，与来自悬浮焙烧炉底部燃烧器的高温气体充分混合进行焙烧分解反应，并通过后连接的旋风收尘器收集与气固分离，分离的高温气体引入到第二悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；第二悬浮焙烧炉分解后的物料经过冷却后，用水浸取液固分离后获得硫酸钾溶液以及氧化铝的滤饼，硫酸钾溶液浓缩结晶获得硫酸钾产品，氧化铝滤饼经过干燥后获得氧化铝产品；
6）步骤5）中分离的物料转入到空气流态化冷却器中用空气冷却，将空气冷却器中被加热的空气用鼓风机吹入第一悬浮焙烧炉系统或第二悬浮焙烧炉系统中的燃烧器。
步骤1）中钾明矾被破碎到5mm以下；
步骤2）中第一悬浮焙烧系统的一级气流预热器和二级气流预热器中的预热气体分别来自第一悬浮焙烧系统的二级气流预热器和第二旋风收尘器，气流预热器内物料与高温气体运动方向一致；排空尾气的温度为：100-200℃；
步骤3）中第一悬浮焙烧炉系统焙烧后的物料为无水钾明矾含水量<0.5%，输送到第二悬浮焙烧炉的脱水钾明矾物料温度为100-600℃；
步骤5）中物料在第二悬浮焙烧炉中焙烧分解的反应温度为960-1060℃，反应物停留时间为5-120s，高温气体与物料在炉内运动方向一致。
该方法处理的钾明矾分解率大于96%。
本发明的有益效果在于：
（1）钾明矾含结晶水分接近50%，两段悬浮焙烧的温度控制容易，避免熔融结壳的难题，效率高，能耗低，避免了局部温度过高而产生的烧结现象。
（2）脱水钾明矾在第二悬浮炉中迅速分解，热解气体水分含量低，二氧化硫与三氧化硫的含量高，使后续余热回收以及硫酸吸收方便进行。
附图说明
图1为本发明钾明矾悬浮焙烧分解的流程示意图，其中，1,2-第一悬浮焙烧炉系统中的一级、二级气流预热器；6,7-第二悬浮焙烧炉系统中的一级、二级气流预热器；3，8 -第一，第二悬浮焙烧炉；5，11-第一，第二旋风收尘器；4，9一除尘装置；10 -硫酸催化吸收装置；12-空气冷却器；13-水浸装置；14，15-燃烧器。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于以下实例。
实施例1
一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法，具体步骤为：
将粒径破碎到5mm以下后的钾明矾连续传输到第一悬浮焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第一悬浮炉系统中的二级气流预热器进行初步脱水预热，第一悬浮焙烧系统的一级气流预热器和二级气流预热器中的预热气体分别来自第一悬浮焙烧系统的二级气流预热器和第一旋风收尘器，气流预热器内物料与高温气体运动方向一致，一级气流预热器分离后的尾气再经除尘装置除尘，将除尘后的100-200℃尾气排空，尾气除尘得到的钾明矾粉末投入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器中二次预热干燥；二级预热干燥后的钾明矾传输到第一悬浮焙烧炉，与来自第一悬浮焙烧炉底部预热器的高温气体充分混合，通过后续连接的第一旋风收尘器收集并进行气固分离，分离的高温气体引入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；将得到的含水量<0.5%的无水钾明矾连续输送到第二悬浮炉焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第二悬浮炉系统中的二级气流预热器进行预热，预热后物料温度为100-600℃，一级气流预热器分离后的尾气经除尘装置除尘后得到含硫尾气，含硫尾气经硫酸催化吸收系统得到副产物硫酸，其余尾气环保达标后经风机排到大气中；二级气流预热器预热后的无水钾明矾连续输送到第二悬浮焙烧炉，与来自悬浮焙烧炉底部燃烧器的高温气体充分混合并被迅速加热到1060℃后进行焙烧分解反应，反应物停留时间为30s，高温气体与物料在炉内运动方向一致，并通过后续连接的第二旋风收尘器收集与气固分离，分离的高温气体引入到第二悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；第二悬浮焙烧炉分解后的物料经过空气冷却器冷却后，用水浸取液固分离后获得硫酸钾溶液以及氧化铝的滤饼，硫酸钾溶液浓缩结晶获得硫酸钾产品，氧化铝滤饼经过干燥后获得氧化铝产品；将空气冷却器中被加热的空气用鼓风机吹入第一悬浮焙烧炉系统或第二悬浮焙烧炉系统中的燃烧器。钾明矾经此次过程后的分解率为97.5%。
实施例2
一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法，具体步骤为：
将粒径破碎到3mm以下后的钾明矾连续传输到第一悬浮焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第一悬浮炉系统中的二级气流预热器进行初步脱水预热，第一悬浮焙烧系统的一级气流预热器和二级气流预热器中的预热气体分别来自第一悬浮焙烧炉系统的二级气流预热器和第一旋风收尘器，气流预热器内物料与高温气体运动方向一致，一级气流预热器分离后的尾气再经除尘装置除尘，将除尘后的100-200℃尾气排空，尾气除尘得到的钾明矾粉末投入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器中二次预热干燥；二级预热干燥后的钾明矾传输到第一悬浮焙烧炉，与来自第一悬浮焙烧炉底部预热器的高温气体充分混合，并通过后续连接的第一旋风收尘器收集并进行气固分离，分离的高温气体引入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；将得到含水量<0.5%的无水钾明矾连续输送到第二悬浮炉焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第二悬浮炉系统中的二级气流预热器进行预热，预热后物料温度为100-600℃，一级气流预热器分离后的含硫尾气经除尘装置除尘后得到尾气，含硫尾气经硫酸催化吸收系统得到副产物硫酸，其余尾气环保达标后经风机排到大气中；二级气流预热器预热后的无水钾明矾连续输送到第二悬浮焙烧炉，与来自悬浮焙烧炉底部燃烧器的高温气体充分混合并被迅速加热到960℃后进行焙烧分解反应，反应物停留时间为60s，高温气体与物料在炉内运动方向一致，并通过后续连接的第二旋风收尘器收集与气固分离，分离的高温气体引入到第二悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；第二悬浮焙烧炉分解后的物料经过空气冷却器冷却后，用水浸取液固分离后获得硫酸钾溶液以及氧化铝的滤饼，硫酸钾溶液浓缩结晶获得硫酸钾产品，氧化铝滤饼经过干燥后获得氧化铝产品；将空气冷却器中被加热的空气用鼓风机吹入第一悬浮焙烧炉系统或第二悬浮焙烧炉系统中的燃烧器。钾明矾经此次过程后的分解率为96.1%。
实施例3
一种钾明矾悬浮焙烧分解生产氧化铝、硫酸钾和硫酸的方法，具体步骤为：
将粒径破碎到1mm以下后的钾明矾连续传输到第一悬浮焙烧炉系统中的一级气流预热器中，再进入到第一悬浮炉系统中的二级气流预热器进行初步脱水预热，第一悬浮焙烧系统的一级气流预热器和二级气流预热器中的预热气体分别来自第一悬浮焙烧炉系统的二级气流预热器和第一旋风收尘器，气流预热器内物料与高温气体运动方向一致，一级气流预热器分离后的尾气再经除尘装置除尘，将除尘后的100-200℃尾气排空，尾气除尘得到的钾明矾粉末投入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器中二次预热干燥；二级预热干燥后的钾明矾传输到第一悬浮焙烧炉，与来自第一悬浮焙烧炉底部预热器的高温气体充分混合，并通过后续连接的第一旋风收尘器收集并进行气固分离，分离的高温气体引入到第一悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；将得到含水量<0.5%的无水钾明矾连续输送到第二悬浮炉焙烧系统中的一级气流预热器中，再进入到第二悬浮炉系统中的二级气流预热器进行预热，预热后物料温度为100-600℃，一级气流预热器分离后的尾气经除尘装置除尘后得到含硫尾气，含硫尾气经硫酸催化吸收系统得到副产物硫酸，其余尾气环保达标后经风机排到大气中；二级气流预热器预热后的无水钾明矾连续输送到第二悬浮焙烧炉，与来自第一悬浮焙烧炉底部燃烧器的高温气体充分混合并被迅速加热到860℃后进行焙烧分解反应，反应物停留时间为90s，高温气体与物料在炉内运动方向一致，并通过后续连接的第二旋风收尘器收集与气固分离，分离的高温气体引入到第二悬浮焙烧炉系统中的二级气流预热器，再引入到一级气流预热器；第二悬浮焙烧炉分解后的物料经过空气冷却器冷却后，用水浸取液固分离后获得硫酸钾溶液以及氧化铝的滤饼，硫酸钾溶液浓缩结晶获得硫酸钾产品，氧化铝滤饼经过干燥后获得氧化铝产品；将空气冷却器中被加热的空气用鼓风机吹入第一悬浮焙烧炉系统或第二悬浮焙烧炉系统中的燃烧器。钾明矾经此次过程后的分解率为96.7%。
以上所述为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当指出，对于本领域技术人员而言，在没有做出创造性劳动前提下所做的若干变形和改进，同样属于本发明保护的范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。