CN102344154A

CN102344154A - 一种以废卤水为原料制取高纯六水氯化镁的方法

Info

Publication number: CN102344154A
Application number: CN2010102447083A
Authority: CN
Inventors: 张英才
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明提供一种以氯化钾生产排出的废卤水为原料、通过改造后的两级重结晶工艺去除氯化镁微量杂质的方法。本发明提出的每级结晶工艺均包含：1)自然沉降，2)自然蒸发结晶，3)颗粒分级选择回收，4)过滤，5)饱和氯化镁溶液洗涤等过程。通过上述过程可以将氯化镁中硼、硫、铁等微量杂质去除至5ppm以下，产品六水氯化镁纯度99.5％以上。该工艺具有能耗低、成本低、操作简单的特点，适用于电解法金属镁、阻燃剂氢氧化镁等原料精制。

Description

一种以废卤水为原料制取高纯六水氯化镁的方法

发明领域

本发明属于化工和冶炼原料制备领域，特别是采用成本较低的自然重结晶工艺制备高纯六水氯化镁的方法，进而用作制备电解镁所需的高纯度无水氯化镁或生产其他高纯镁盐产品的原料。

技术背景

我国青海察尔汗盐湖含有丰富的镁资源，储量为40亿吨，居世界第二位，占世界总储量1/3。目前，青海察尔汗盐湖在生产钾肥过程中，排大量废卤水。据不完全统计，察尔汗盐湖地区每年氯化钾总产量约350-400万吨，生产过程需要排出的废卤水高达4000-5000万立方米。这为金属镁和镁盐产品生产提供了充足可靠的原料来源。同时，氯化钾生产排出废卤水具有氯化镁纯度高、浓度高的特点，加之盐湖地区具有降雨量少而蒸发量大的气候条件，为自然蒸发重结晶提纯氯化镁创造了条件。

电解法金属镁对无水氯化镁杂质含量要求很高，无水氯化镁中S、Fe、B等杂质对电解槽电流效率有重要影响。如B、S含量从10ppm升高到50ppm可导致电解槽电流效率从85％下降至65％以下。因此，这就要求氯化镁原料中S、Fe、B等杂质必须降到10ppm以下。

同时，一些镁盐化学品对原料杂质含量也有严格的要求。如阻燃级氢氧化镁，在氢氧化镁作为阻燃添加剂使用过程中，由于其中的Cr、Mn、Fe等重金属离子对塑料、树脂等合成材料性能有显著的不良影响，因而要求生产原料中重金属Cr、Mn、Fe等杂质总含量必须低于100ppm。

目前，国内外提纯氯化镁有多种方法，但应用于卤水生产六水氯化镁都或多或少存在一些问题。如，ZL97114157.6、ZL93109924.2等专利方法只是针对性脱除硫酸根，且无法保证硫含量降至10ppm以下，B、Fe等其他杂质含量依然偏高；CN1134917提出的方法是将卤水加热至近沸点，保温过滤，然后蒸发结晶。这种方法由于溶液中杂质离子含量较高，一次重结晶难以保证S、Fe、B等离子均降低到10ppm以下，而且需要消耗大量能量。

基于上述现有技术中存在的问题，本发明期望寻求一种能够制备高纯六水合氯化镁的方法，优选地希望寻求一种能够在不需要消耗大量能耗的情况下即可制备六水合氯化镁的方法。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明从常规重结晶工艺出发，对其进行改进，通过对结晶颗粒进行选择回收，从结晶颗粒中回收纯度高的结晶颗粒然后对其进行过滤洗涤等处理工艺，以获得能够利用废卤水为原料生产高纯六水合氯化镁的工艺，具体如下：

一种以氯化钾生产排出的废卤水为原料生产高纯六水氯化镁的方法，包括如下步骤：

第一提纯阶段，包括废卤水依次经过第一沉降过程、第一蒸发结晶过程、第一结晶选择回收过程、第一过滤洗涤过程后得到粗结晶；

第二提纯阶段，包括将所得到的粗结晶再次溶解、经过第二沉降过程、第二蒸发结晶过程、第二结晶选择回收过程、第二过滤洗涤过程，得到湿结晶，将湿结晶干燥后得到成品；

其特征在于，所述第一结晶选择回收过程和第二结晶选择回收过程采用结晶选择回收器来选择性回收一定粒径范围结晶，所述结晶选择回收器具有如下结构：结晶回收器的进料口设置在中上部，进料口下方装有倾斜筛板，筛板下面是循环清液进口，底部有出料口；待选择回收结晶以浆液形式从回收器中上部进入；颗粒直径大于4毫米的结晶颗粒被筛板阻挡进入大颗粒回收通道，作为副产品回收或与粗结晶一起再次溶解后进入第二提纯阶段；直径小于0.1毫米的颗粒随向上的水流溢流液而溢出回收器，直径0.1-4毫米颗粒通过倾斜筛板沉降到回收器底部，由底部出料口排出，进入随后的过滤洗涤过程。

由于废卤水或蒸汽冷凝水配制的氯化镁近饱和溶液中均含有类似Fe等杂质，因此优选地在上述第一和/或第二沉降过程中添加沉降剂，通过沉降剂先使杂质离子变成固体沉淀，然后使这些固体沉淀聚集成团，从而更有效地除去大部分杂质离子。常规制备氯化镁结晶过程中的沉降剂均可以采用，但本发明中更优选使用的沉降剂是选自分析级盐酸、氯化钙、氯化钡、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、单丁酸中的一种或几种的水溶液。沉降剂的溶液优选采用去离子水配置，更优选采用蒸馏水或超纯水配置，亦可以采用蒸汽冷凝水配置，以便引入更少的杂质离子。其中，在第一和第二沉降过程中添加的沉降剂可以是相同的也可以是不同的。

优选的沉降剂水溶液的质量百分比浓度为1-25％。沉降剂溶液的用量可以根据生产过程中原料组成变化、产品质量来进行调节，优选用量为沉降原液量的0.5～1.0％(重量)。

上述第一蒸发结晶过程和第二蒸发结晶过程可以采用本领域常用的蒸发结晶过程，但从降低成本节约能耗的考虑，优选地第一或第二蒸发结晶过程采用自然蒸发结晶工艺，更为优选的第一和第二蒸发结晶过程均采用自然蒸发结晶工艺。但本领域技术人员应当能够意识到，在实际自然蒸发结晶过程中，由于蒸发结晶过程完全暴露在自然环境中，空气流动或风会携带细微灰尘进入蒸发结晶池，故结晶产品纯度相对于封闭式的蒸发结晶过程而言纯度稍低，但是由于本发明中使用了如前所述的特定结构的结晶选择回收器，其在对产品提出的同时亦能够除去空气流动或风携带的细微灰尘，即本发明中所采用的特定结晶选择回收器亦能够保证在自然蒸发结晶条件下的产品纯度。

进一步，所述第一过滤洗涤过程使用的洗液为蒸汽冷凝水、蒸馏水、去离子水或高纯成品氯化镁配置的饱和氯化镁溶液；或者所述第二过滤洗涤过程中使用的洗液为蒸汽冷凝水和高纯成品氯化镁配置的饱和氯化镁溶液；更优选地，第一、第二过滤洗涤的洗液均为以蒸汽冷凝水和成品配置的氯化镁饱和溶液经沉降后的清液；优选的洗液用量为结晶料浆重量的10-30％。采用蒸汽蒸汽冷凝水、蒸馏水、去离子水或高纯成品氯化镁配置的饱和氯化镁溶液进行洗涤，可以有效地避免在洗涤过程中引入不必要的杂质，同时也能够避免因氯化镁极易溶于水从而造成产品收率大豆降低的问题，保证了产品的纯度和收率。

第一蒸发结晶过程得到的粗结晶产物溶解时优选采用了蒸汽冷凝水，其它的含S、Fe、B元素含量降低的去离子水、蒸馏水或超纯水均可以选择，但出于成本的考虑更优选采用蒸汽冷凝水。

技术效果

本发明通过使用特定结构的结晶选择回收器改进的二次重结晶工艺可以有效地去除所有杂质，同时还可以充分利用青海当地蒸发量大的气候条件进行自然蒸发结晶，大大降低了处理成本。采用本专利方法制备出的产品不仅可满足脱水生产高纯度无水氯化镁要求，也可用于生产高纯度阻燃剂氢氧化镁。

附图说明

附图1给出了本发明的一个优选实施方式的工艺流程图

附图2给出了本发明特定结构的结晶选择回收器的结构示意图

附图2中的附图标记说明：料浆进口1，溢流槽2，筛板3，循环清液进口4，大颗粒回收口5，出料口6。

结晶选择回收器结构如附图2所示。回收器进料口1在中上部，进料口1下方装有倾斜筛板3，筛板下面是循环清液进口4。待选择回收结晶以浆液形式从进料口进入。颗粒直径大于4毫米颗粒被筛板阻挡进入大颗粒回收通道5，直径小于0.1毫米的颗粒随向上水流进入溢流槽2，直径0.1-4毫米颗粒通过倾斜筛板沉降到回收器底部，由底部出料口6排出。

具体实施方式

以下将通过本发明的一个特别优选的实施方式来对本发明进行阐述，但本领域技术人员应当意识到该实施方式和实施例的作用仅用于阐述本发明的原理，不构成对本申请所请求保护的范围的限制。本发明以氯化钾生产排出的废卤水为原料生产高纯六水合氯化镁的一个特别优选的生产工艺过程如附图1所示：

废卤水、沉降剂I和结晶选择回收溢流液均匀混合后进行自然沉降，沉降后清液小部分用于结晶选择回收循环液，其余的清液进行自然蒸发结晶，控制结晶氯化镁量为原溶液氯化镁总量50％左右。六水合氯化镁粗结晶以浆液形式从蒸发结晶池采集出来，然后进行结晶选择回收，回收的含水结晶经过过滤、洗液洗涤得到粗结晶六水合氯化镁。

粗六水合氯化镁用蒸馏水(或去离子水)配成近饱和溶液，并于沉降剂II、二次结晶选择回收溢流液均匀混合，后续过程大致同第一次蒸发结晶处理过程类似，不再赘述。过滤后湿结晶进行干燥得到成品。

下面结合实际工业化处理实例对处理工艺作进一步说明。

工业化实验中所用废卤水、沉降剂、洗液情况如下：

废卤水成分实测如下(重量百分比含量，％)：

MgCl₂ 32.8 KCl 1.2

SO₄ ^2- 1.4 B 0.017

Fe 0.04 Ca 1.0

Mn 0.01 Sr 0.008

Br 0.01 Cr 0.02

沉降剂I和沉降剂II分别为分析级盐酸、氯化钙、氯化钡、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、单丁酸中的一种或几种按比例混合后，用蒸馏水配制成百分比浓度为10％和5％的溶液。

洗液配制用水采用蒸汽冷凝水，加入理论用量1.1倍的高纯六水氯化镁成品配置溶解，同时加入水和高纯氯化镁总重量1％的沉降剂II，充分搅拌后，密封静止24小时，取上层清液备用。

工业化实验实例一

废卤水5000Kg、沉降剂I 50Kg搅拌混合20分钟，连续通过沉降池，沉降池停留时间120秒，沉降后清液1000Kg留作结晶选择回收循环液，其余进入室外蒸发池。经过3天后蒸发掉总溶液体积14％，然后将结晶浆液收集放入缓冲浆液槽，通过螺旋输送器连续送进结晶选择回收槽。其中，结晶选择回收槽循环液通过孔板平均速度为0.3米/秒，孔板孔径为4毫米，开孔率72％。回收的结晶料浆进行连续真空过滤和洗涤，操作真空度0.07MPa。从而得到粗结晶1200Kg。

向粗结晶中加入蒸汽冷凝水400Kg、沉降剂II 16Kg，搅拌20分钟，连续通过沉降池，沉降池停留时间120秒，沉降后清液520Kg留作二次结晶选择回收循环液，其余进入室外蒸发池。经过3天后蒸发掉总溶液体积17％，然后将结晶浆液收集放入缓冲浆液槽，通过螺旋输送器连续送进二次结晶选择回收槽。其中，结晶选择回收槽循环液通过孔板平均速度为0.3米/秒，孔板孔径为4毫米，开孔率72％。二次回收的结晶料浆进行连续真空过滤和洗涤，操作真空度0.07MPa。从而得到湿结晶440Kg，干燥后的成品410Kg。

成品分析结果如下：

MgCl₂ 46.64 KCl 0.001

SO₄ ^2- 3ppm B 2ppm

Fe 2ppm Ca 21ppm

Mn 未检出 Sr 未检出

Br 4ppm Cr 未检出

工业化实验实例二

与实例一不同之处在于，废卤水与实例一中第一次结晶选择回收溢流液、沉降剂I搅拌混合，第一次重结晶得到的粗结晶与蒸汽冷凝水、第二次结晶选择回收溢流液、沉降剂II搅拌混合。其余过程和操作条件与实例一基本相同。最终干燥后得到成品510Kg。

实例二成品成分分析结果如下：

MgCl₂ 46.60 KCl 0.002

SO₄ ^2- 4ppm B 3ppm

Fe 2ppm Ca 32ppm

Mn 未检出 Sr 未检出

Br 2ppm Cr 未检出

工业化实验结果表明，本发明提出的处理方法实际可行，成品质量指标可满足电解金属镁的无水氯化镁或阻燃剂氢氧化镁所需原料的质量要求。

Claims

1.一种以氯化钾生产排出的废卤水为原料生产高纯六水氯化镁的方法，包括如下步骤：

第一提纯阶段，包括废卤水依次经过第一沉降过程、第一蒸发结晶过程、第一结晶选择回收过程、第一过滤洗涤得到粗结晶；

其特征在于，所述第一结晶选择回收和第二结晶选择回收采用结晶选择回收器来选择性回收一定粒径范围结晶，所述结晶选择回收器具有如下结构：结晶回收器的进料口设置在中上部，进料口下方装有倾斜筛板，筛板下面是循环清液进口，底部有出料口；待选择回收结晶以浆液形式从回收器中上部进入；颗粒直径大于4毫米的结晶颗粒被筛板阻挡进入大颗粒回收通道，作为副产品回收或与粗结晶一起再次溶解后进入第二提纯阶段；直径小于0.1毫米的颗粒随向上的水流溢流液而溢出回收器，直径0.1-4毫米颗粒通过倾斜筛板沉降到回收器底部，由底部出料口排出，进入随后的过滤洗涤过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述第一和/或第二沉降过程中加入沉降剂，所述第一和第二沉降过程中加入的沉降剂可以相同或不同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沉降剂选自分析级盐酸、氯化钙、氯化钡、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、单丁酸中的一种或几种的水溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，沉降剂溶液采用蒸馏水或超纯水配制，沉降剂溶液的质量百分比浓度为1-25％的溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，沉降剂溶液用量为需沉降原液量0.5％-1.0％(重量)。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：所述第一蒸发结晶和/或第二蒸发结晶采用自然蒸发结晶工艺。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征还在于，所述第一过滤洗涤过程使用的洗液为蒸汽冷凝水、蒸馏水、去离子水或高纯成品氯化镁配置的饱和氯化镁溶液；或者所述第二过滤洗涤过程中使用的洗液为蒸汽冷凝水和高纯成品氯化镁配置的饱和氯化镁溶液；更优选地，第一、第二过滤洗涤的洗液均为以蒸汽冷凝水和成品配置的氯化镁饱和溶液经沉降后的清液；优选的洗液用量为结晶料浆重量的10-30％。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述粗结晶再次溶解采用蒸汽冷凝水。

9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于：第一和第二结晶选择回收过程中的循环清液分别来自第一次、第二次沉降后清液。

10.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于：第一和第二结晶选择回收过程中的水流溢流液分别同废卤水、粗结晶溶解后的溶液混合，然后进行后续沉降处理。