CN100558637C - 由硼泥生产碱式碳酸镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的由硼泥生产碱式碳酸镁的方法属于无机化合物和泥渣处理的技术领域。包括活化硼泥，碳化和制成品的工艺步骤；所说的碳化，是将焙烧好的硼泥、水和具有断开缔合水分子的木酢液催化剂混合在常温下通入CO₂搅拌反应，在pH＝7时终止反应；所说的制成品，是将碳化步骤产出的料浆过滤，取母液加热保温，经过滤干燥，得到成品碱式碳酸镁。本发明所有工业用水都是循环水，所以可节约大量水；可以大幅节能和缩短生产周期，镁泥中和后可生产出生态农业所必需的微肥。从而实现硼泥的资源化，不仅创造了价值，变废为宝，也可保护环境。

Description

由硼泥生产碱式碳酸镁的方法

技术领域

本发明属于无机化合物和泥渣处理的技术领域，特别涉及硼镁矿通过化学反应制造硼砂之后的渣硼泥(boron daub)作为原料，制取优质碱式碳酸镁的方法。

技术背景

众所周知，硼在自然界中分布很少，地壳中的含硼量为百万分之九，主要以硼酸盐和硼硅酸盐矿存在。中国的吉林省集安市、辽宁省的宽甸和营口市都产硼镁矿石(ascharite)，Mg₂[B₂O₄(OH)[OH]]，所以当地都建有硼砂厂。硼镁矿的主要成分B₂O₃为12～14％，MgO为40％。所以，矿石生产硼砂之后的硼泥含MgO量浓缩至50％以上，则变成了富镁硼泥了，也相当于富镁矿石了。

中国硼砂生产将近二十年了，目前为止，硼泥一直作为废料被扔掉，因为硼砂生产是在强碱性条件进行的，凡是硼泥碰到的所有植被全部死掉，造成非常可怕的环境污染和严重的生态环境破坏的局面。为了解决此问题，不少人对硼泥的综合利用进行过研究，也发表过一些专利，下面举典型专利说明。

第一是申请号93115808.7的中国专利，公开了利用苛化法生产轻质碳酸镁的方法。就是以CaO作为消化剂，添加硼泥30％的CaO，使硼泥的MgO变成Mg(OH)₂，此步骤需要95℃、2小时加热之后再冷却料浆，然后碳化，再加热水解得轻质碳酸镁。此法存在两个问题，一个是添加CaO，使生产后的废料镁泥量增加；还有Ca⁺⁺和Mg⁺⁺属同一族元素，必须用复杂的工艺技术将二者分离，不然产品中的CaO含量超标。所以加上消化加热和冷却的耗能要求，不适合大规模生产化。

第二是申请号97120985.5的中国专利，该专利也使用了大工业生产所不宜的步骤，也就是消化步骤中要求水量是硼泥的60～100倍。举例说一天生产1千吨硼泥，其水量则达6万～10万M³，还得加热95℃一个小时后再冷却，这需要大耗能和延长生产周期。显然这种工艺不宜用于工业生产中。

发明内容

为了让硼泥资源化，生产有用的碱式碳酸镁创造价值的同时，再把生产碱式碳酸镁之后的渣叫镁泥，经酸中和后生产出生态农业必需的微肥，彻底防止硼泥的污染和生态破坏，变废为宝，保护环境。为此，发明人对由硼泥制备碱式碳酸镁有可能性的各种工艺进行了实验研究，并对优缺点进行了评估，下面简要说明。

(1)酸法工艺，可用硫酸、乙酸。其工艺步骤为：a)酸化，硼泥中的各种金属化合物与硫酸作用生成可溶性的Mg²⁺，Fe^2-3+，Mn²⁺，Na⁺盐和CaSO₄沉淀，这一步酸与金属化合物是化学计量反应，所以酸用量大，防腐要求严格。b)净化，为了Mg和其他金属元素化合物分离，采用以CaO调节PH＝7.5左右，使其他金属盐类水解生成氢氧化物沉淀，但此体系不好沉淀，体系不好控制，也就给分离工作带来困难。c)碳化，这一步用铵、钠等的碳酸盐和溶解的硫酸镁反应，生成碱式碳酸镁，这一步相当于目前碱式碳酸镁的工业生产，他们用硫酸镁和纯碱生产，这两种工艺基本上是一样的，中国有些地区，如太湖边地区因此工艺碱性污染大，已经不允许生产碱式碳酸镁。d)制成品，上一步过滤，固液分离后的滤并干燥、粉碎得成品碱式碳酸镁。本工艺酸用量大，防腐要求高，反应体系不好控制，不适宜工业化。(2)碱法工艺，可用NaOH，Na₂CO₃，CaO等，此法已在上面提过的苛化法，此处省略。(3)物理活化法，先活化焙烧硼泥后加水配成料浆，添加0.1％水量的木酢液催化剂，然后以4kg/Cm² CO₂常温碳化之后，固液分离，把母液热水解得碱式碳酸镁。此法除了自制CO₂外，不需要任何化学药品，工艺简便，易行且可生产高质量产品，同时可生产出镁质胶凝材料，食品添加剂，工业用填充剂，补强剂以及医用药材和高级分散悬浮剂等许多产品。经对物理活化法工艺反复深入实验研究，并配合现代仪器对硼泥的表面结构和碱式碳酸镁的化学结构进行了表征，对硼泥中的MgO污染钝化找到了解决方法。在电子能谱中看出Mg2P，O1s，C1s图谱的EB说明了钝化情况和原因。通过X线衍射，IR、TGA-DTA等表征，确定了本工艺生产的碱式碳酸镁的化学结构式为Mg(OH)₂·4MgCO₃·nH₂O。

综合上述认为，物理活化法的工艺适合工业的要求，在实验的基础上确定了本发明的技术方案。

本发明要解决的技术问题是，寻找由硼泥制备碱式碳酸镁的不需要任何化学药品、方法简便、耗水少、耗能低和生产周期短的工艺方法，以适合工业生产；不仅实现硼泥的资源化，创造了价值，还要保护环境，变废为宝。

本发明的由硼泥生产碱式碳酸镁的方法，包括活化硼泥，碳化和制成品的工艺步骤。

所说的活化硼泥，是将硼泥在300～500℃焙烧0.8～2.0小时，然后冷却至室温。

所说的碳化，是将焙烧好的硼泥与水按重量比1∶4.5～6配制成料浆，按重量计加入水量的0.1％的具有断开缔合水分子的木酢液催化剂，混合在常温和3.5～5kg/cm²压力下通入CO₂搅拌反应，测定PH值，在PH＝7时终止反应。

所说的制成品，是将碳化步骤产出的料浆过滤，取母液加热至98～100℃，保温15～35分钟，经过滤干燥，得到成品碱式碳酸镁Mg(OH)₂·4MgCO₃·nH₂O。

碳化在工业上可以在碳化池或碳化塔里进行。

此工艺滤液水循环使用，即回到碳化步骤做配制料浆水。在制成品过程中，料浆过滤出母液得到的滤并为镁泥，镁泥经酸中和后可以生产出生态农业必需的微肥。

上述由硼泥制取碱式碳酸镁的各工艺步骤中的化学反应如下：

(1)活化硼泥：

(2)催化碳化：

MgO+H₂O+CO₂→Mg(HCO₃)₂

(3)制成品：热水解，

本发明的由硼泥制取碱式碳酸镁的工艺，同其他技术专利比较具有如下几方面的特征：

(1)所有工业用水都是循环水，所以可节约大量水，同时可环保。

(2)采用了较特殊功能的，具有断开缔合水分子的木酢液催化剂，用量为水量的(重量)0.1％。

(3)本专利生产工艺适合大规模化工生产，大幅节能和缩短生产周期，而且可生产高质量的产品和多种产品。

另外，生产后的渣镁泥只占原硼泥量的一半，而且将镁泥中和后可生产出生态农业所必需的微肥。从而实现硼泥的资源化，不仅创造了价值，变废为宝，也可保护环境。

具体实施方式

下面结合实际例子进一步说明本发明。

实施例1：

将辽宁宽甸硼泥1号秤取1kg装入炉内，加热至500℃保持0.8小时，取出冷却至室温。

然后用6升水与硼泥混合成料浆，倒入10升不锈钢反应釜中，再加6克(水量的0.1％)木酢液，在常温下开动搅拌通入5kg/cm² CO₂反应6小时后用PH试纸检测反应液，在PH＝7.0停止反应，放料过滤。

取母液加热至98℃，保温35分钟，再过滤在室温下风干，得到的白色固体，秤重得420g产品，按含水硼泥量收率为42％，按去水(30％)硼泥量收率为60％，镁泥烘干后得335g。

实施例2：

将吉林集安市硼泥1号秤取1kg装入炉内，加热至300℃保持2.0小时，取出冷却至室温。

然后用4.5升水与硼泥混合成料浆，倒入10升不锈钢反应釜中，再加4.5克(水量的0.1％)木酢液，在常温下开动搅拌通入3.5kg/cm²CO₂反应6小时后用PH试纸检测反应液，在PH＝7.0停止反应，放料过滤。

取母液加热至100℃，保温15分钟，再过滤在50℃下风干，得到的白色固体碱式碳酸镁410g，收率为按硼泥量的41％，去水硼泥的(10％水)45.5％，得镁泥361g.

实施例3：

将辽宁宽甸硼泥2号秤取1Kg装入炉内，加热至400℃保持1.5小时，取出冷却至室温。

然后用5升水与硼泥混合成料浆，倒入10升不锈钢反应釜中，再加5克(水量的0.1％)木酢液，在常温下开动搅拌通入4kg/cm² CO₂反应6小时后用PH试纸检测反应液，在PH＝7.0停止反应，放料过滤。

取母液加热至99℃，保温20分钟，再过滤在80℃下风干，得干燥碱式碳酸镁470g，收率为按硼泥的47％，除去水(20％水分)，硼泥的58.7％，得镁泥460g。

Claims (2)

1、一种由硼泥生产碱式碳酸镁的方法，其特征在于，包括活化硼泥，碳化和制成品的工艺步骤；

所说的活化硼泥，是将硼泥在300～500℃焙烧0.8～2.0小时，然后冷却至室温；

所说的碳化，是将焙烧好的硼泥与水按重量比1∶4.5～6配制成料浆，按重量计加入水量的0.1％的具有断开缔合水分子的木酢液催化剂，混合在常温和3.5～5kg/cm²压力下通入CO₂搅拌反应，测定pH值，在pH＝7时终止反应；

所说的制成品，是将碳化步骤产出的料浆过滤，取母液加热至98～100℃，保温15～35分钟，经过滤干燥，得到成品碱式碳酸镁。

2、按照权利要求1所述的由硼泥生产碱式碳酸镁的方法，其特征在于，所说的碳化，是在碳化池或碳化塔里进行的。