【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体废弃物资源化利用，尤其涉及一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法。
技术介绍
1、钢铁冶炼是我国最重要的基础产业之一。当前，我国钢铁年产量超10亿吨，占全球总产量的55%以上。钢铁冶炼过程产生大量的工业固废，包括钢渣、高炉渣、含铁尘泥、脱硫灰等。其中，烧结机头灰是烧结过程烟气经大烟道通过电除尘器捕捉下来的灰尘。机头灰粒度极细、密度极小，平均粒径约100μm，堆密度0.5～1.0g/cm3。烧结机头灰产量占钢铁总量0.2~0.4%，含铁（20~30%）、钾（15~25%）、钠（2.0~5.0%）、氯（15~25%）等；其有价元素价值低、含量低，是最难销售的除尘灰。此外，一些原矿钢铁冶炼企业为了减少矿物硫酸产量，将硫酸生产改为需求量更大的硫磺生产。因此，硫铁矿冶炼制铁生产硫磺副产物过程产排一定量的废硫磺，其硫磺含量80~90%，属于工业源危险废物。
2、目前，烧结机头灰的主流处置工艺是水洗提盐-蒸发结晶耦合制备钾盐/钠盐，天津、包头、日照、莱芜等地方钢厂纷纷投建烧结机头灰水洗提盐项目。但水洗提盐工艺一般只能脱除机头灰中80%左右的钾、钠和氯，多次洗涤虽可实现95%以上的钾钠氯脱除，但工艺复杂、废水量大、卤水浓度降低、结晶成本增大；而且水洗工艺难以去除机头灰中锌，导致水洗富铁浸出渣回炉不畅。钢铁冶炼行业废硫磺产量虽然不大，但作为危险废物其无害化处置需要高昂的处理费用，大约在3000~5000元/吨。提高机头灰中钾钠氯的单次浸提效率、提升浸出液（卤水）中钾钠氯的浸出浓度、减低浸出
3、生物沥浸指在常温常压的温和条件下硫/铁自养菌株将硫磺和硫铁矿等无机能源底物氧化转化多种活性物质，进而通过微生物自身及其代谢产物的酸解、氧化、还原和络合等各种作用，将固相物料中目标金属离子溶释并进入液相的行为。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法。将生物沥浸技术用于钢铁冶炼行业废硫磺的生物氧化制酸，并通过小分子调解剂提高硫氧化菌株的抗逆性和硫氧化效率；进一步将生物产酸用于机头灰中钾钠氯的选择性深度提取，富铁浸出渣直接回炉炼铁，卤水则用于钾盐（钾肥）的结晶制备，实现钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰的协同处置和硫钾铁三元素的高值资源利用。
2、为实现此技术目的，本专利技术采用如下方案：
3、一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，包括以下步骤：
4、s1、稀酸基活性沥液制备，配置无机盐培养液并移入膜生物反应器之中，加入废硫磺和黄铁矿/硫酸亚铁，加入微量有机物，接种硫/铁氧化自养菌群；培养温度20~40℃，搅拌速度30~150转/分钟，曝气量为0.10~1.0反应器体积/分钟，每天经膜抽取出水0.5~2.0个反应器体积并补充培养液达成进水和出水平衡，得到稀酸基活性沥液，ph值为0.5~2.0；微量有机物的作用：第一是加快细菌产生生物酸的速度，第二是能够降低相同时间产生的生物酸的ph。
5、s2、稀酸基活性沥液选择性深度提取，在浸提罐中移入稀酸基活性沥液，加入机头灰和小分子调解剂，加热搅拌反应；浸提过程工艺控制：固液比30%~45%，浸提温度30℃~90℃，浸提时间1~4小时，搅拌转速50~300转/分钟；小分子调节剂的作用是在浸出过程中起到一个促进作用，促进目标金属从废料中溶释到液体中去，提高目标金属的浸出率。
6、s3、浸出液的分步沉淀制备碳酸锌，选择性深度提取完成后，泥水混合物通过压滤、抽滤或过滤方式进行固液分离，收集浸出渣和浸出液，浸出渣直接回炉炼铁；
7、浸出液在80~85℃下加入双氧水和氢氧化钠至溶液ph3.0~3.5生成铁基沉淀后，通过离心、过滤或抽滤进行固液分离，收集的沉淀物直接回炉炼铁；
8、室温下向得到的除铁的含锌净化液中缓慢加入碳酸钠母液并不断搅拌至溶液ph8.0~8.5，沉淀反应30~60分钟后，将泥水混合物转移到浓密机中静置60~90分钟，再将沉淀物通过抽滤、压滤或离心进行深度脱水并用蒸馏水进行深度洗涤，得到碳酸锌；
9、s4、蒸发结晶制备钾盐，对上一步得到的除铁除锌的滤液进行单效、多效或低温蒸发至钾盐的饱和溶液，在室温下结晶，洗出并用蒸馏水洗涤精制，烘干。
10、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
11、本专利技术应用生物沥浸技术将钢铁冶炼行业中废硫磺通过生物氧化制成稀酸基活性沥液，并通过小分子调解剂的改善硫氧化菌株对于废硫磺中有毒物质的抗逆性并提高废硫磺的氧化产酸效率；所产稀酸基活性沥液用于机头灰中钾、钠、锌和氯元素的深度浸提。富铁浸出渣直接回炉炼铁，富钾浸出液（卤水）蒸发结晶制备钾盐（钾肥），实现钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰的协同处置和硫钾铁三元素的高值资源利用。
12、进一步地，膜生物反应器的膜孔径为0.1~0.6微米，膜材质为有机膜、无机膜、陶瓷膜或复合膜。
13、进一步地，废硫磺的加入量为培养液的1.0%~10%，废硫磺和黄铁矿/硫酸亚铁的质量比例为5~20：1，硫/铁氧化自养菌群的接种浓度2.5%~10%。
14、进一步地，微量有机物包括酵母浸膏1~10mg/l、葡萄糖10~50mg/l、蔗糖10~50mg/l、乙酸5~25mg/l、乳酸5~25mg/l、赖氨酸20~100mg/l或天冬氨酸20~100mg/l中的一种或两种以上。
15、进一步地，小分子调解剂包括硫酸铵0.2%~1.0%、硝酸钠0.2%~1.0%或尿素0.1%~0.5%中的一种或两种以上；步骤s2中钾浸出率90~95%，钠浸出率90~96%，氯浸出率90~96%，锌浸出率95~99%，铁浸出率2.0%~8.0%；浸出渣中钾残留≤0.5%，钠残留≤0.5%，氯残留≤0.5%，锌残留≤0.3%，铁含量35~50%。
16、进一步地，双氧水浓度0.5%~2%，氢氧化钠浓度0.5~1.0m，步骤s3中除铁的含锌净化液的总铁浓度≤100mg/l，碳酸钠母液浓度0.5~1.0m，碳酸锌收率≥90%，碳酸锌纯度≥96%。
17、进一步地，步骤s4中洗涤水用于培养液的配制和稀酸基活性沥液的制备；高盐废水和稀酸基活性沥液按1:1~4:1比例混合后用于下批次的选择性深度提取。
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1.一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，膜生物反应器的膜孔径为0.1~0.6微米，膜材质为有机膜、无机膜、陶瓷膜或复合膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，废硫磺的加入量为培养液的1.0%~10%，废硫磺和黄铁矿/硫酸亚铁的质量比例为5~20：1，硫/铁氧化自养菌群的接种浓度2.5%~10%。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，微量有机物包括酵母浸膏1~10mg/L、葡萄糖10~50mg/L、蔗糖10~50mg/L、乙酸5~25mg/L、乳酸5~25mg/L、赖氨酸20~100mg/L或天冬氨酸20~100mg/L中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征
6.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，双氧水浓度0.5%~2%，氢氧化钠浓度0.5~1.0M，步骤S3中除铁的含锌净化液的总铁浓度≤100mg/L，碳酸钠母液浓度0.5~1.0M，碳酸锌收率≥90%，碳酸锌纯度≥96%。
7.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，步骤S4中洗涤水用于培养液的配制和稀酸基活性沥液的制备；高盐废水和稀酸基活性沥液按1:1~4:1比例混合后用于下批次的选择性深度提取。
...【技术特征摘要】
1.一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，膜生物反应器的膜孔径为0.1~0.6微米，膜材质为有机膜、无机膜、陶瓷膜或复合膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，废硫磺的加入量为培养液的1.0%~10%，废硫磺和黄铁矿/硫酸亚铁的质量比例为5~20：1，硫/铁氧化自养菌群的接种浓度2.5%~10%。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶炼行业废硫磺和机头灰协同高值资源利用的方法，其特征在于，微量有机物包括酵母浸膏1~10mg/l、葡萄糖10~50mg/l、蔗糖10~50mg/l、乙酸5~25mg/l、乳酸5~25mg/l、赖氨酸20~100mg/l或天冬氨酸20~100mg/l中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物沥浸的钢铁冶...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛宝平，崔延超，王佳，程健，赵景琛，邵馨萱，周彦余，李响，
申请(专利权)人：北京理工大学唐山研究院，
类型：发明
国别省市：
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