CN103979583A - 一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法。所述方法包括消化、碳化、过滤、热解、再过滤、滤饼洗涤、干燥和粉碎，在消化浆液降温后，向其中加入碳酸氢镁溶液调节浓度后再进行碳化。通过本发明方法制备轻质碳酸镁产品，热解能耗占整个生产工艺的35％左右，大大降低了产品的生产成本，对设备要求低、工艺可靠、技术先进、经济合理、具有较大的使用价值与推广价值，实现生态效益、环境效益、经济效益、社会效益的高度统一。

Description

一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法

技术领域

本发明涉及轻质碳酸镁制备技术领域，具体涉及一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法。

背景技术

轻质碳酸镁是一种重要的无机化工产品，可用做生产高纯镁砂、镁盐系列产品的原料，同时可用作橡胶、绝缘材料、高级玻璃等添充剂和补强剂，绝热、耐高温的耐火材料，化工行业试剂，食品及化妆品添加剂等。

CN102424408A公开了一种综合利用硼泥的方法，该方法的主要工艺：将硼泥与一定量氧化钙和水混合反应，使其中惰性碳酸镁转化为氢氧化镁，消化后的浆液经稀释、降温等再进行碳化反应，碳化后浆液经过滤、热解、再过滤、干燥等制得最终产品轻质碳酸镁。

CN102417195A公开了碳化法生产氧化镁工艺的改进，该方法的主要工艺：利用白云灰或石灰消化产物氢氧化钙，在催化剂存在条件下与碳化中产生的大量惰性碳酸镁反应，将碳酸镁转化为氢氧化镁，使其可以再次进行碳化反应，再经热解、干燥(产品为轻质碳酸镁)、煅烧等工序获得工业氧化镁。

利用硼泥制备镁系列产品主要方法如下：

(1)酸法

将盐酸或硫酸等与硼泥进行反应，将硼泥中以碳酸镁或镁橄榄石形式存在的镁均浸出，使镁以可溶性盐的形式存在于溶液中，经过滤得到精镁液，再加入碱反应得到氢氧化镁浆液，再经过滤、干燥等得到产品氢氧化镁，其中氢氧化镁可作为氧化镁、轻质碳酸镁等镁系列产品的原料。采用此方法耗酸量大，硼泥中所有能与酸反应的物质均被浸出，杂质的浸出将影响最终产品纯度，同样由于酸的使用对生产设备要求较高，设备投资较大。

(2)物理活化法

将硼泥在600-700℃左右条件下烘10h左右，然后加水消化、碳化等工序制得轻质碳酸镁。此方法在焙烧硼泥过程中耗能大，并且硼泥中以硅酸镁形式存在的镁未能得到提取，镁的提取率较低，此方法不利于工业化生产。

(3)碱法碳化法

将硼泥与一定量氧化钙(或氢氧化钠、碳酸钠等)进行消化反应，再碳化等制得轻质碳酸镁，此方法得到碳酸氢镁溶液浓度较低，而且碳酸氢镁溶液热解阶段能耗大，导致成本上升，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有碱法碳化法的不足，提出一种热解能耗低、操作简便、成本低、有利于工业化生产的硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法，包括消化、碳化、过滤、热解、再过滤、滤饼洗涤、干燥和粉碎，在消化浆液降温后，向其中加入碳酸氢镁溶液调节浓度后再进行碳化。

本发明的技术要点是先通过消化反应将硼泥中的碳酸镁转化为活性氢氧化镁，消化浆液降温后，加入碳酸氢镁溶液调浓度，再经碳化、过滤、热解、再过滤、滤饼洗涤、干燥、粉碎等工序制得高纯轻质碳酸镁产品。

由于碱法碳化法所得碳酸氢镁溶液浓度一般为25g/L～30g/L，热解时能耗约占整个工艺能耗50％，因此，提高碳酸氢镁溶液的浓度，相应降低热解时的相对热能是非常必要的。本发明采用一定量碳酸氢镁溶液加入到消化完降温后的反应液中(此时消化浆液不再补加额外冷水)，再进行碳化反应，碳化后浆液经压滤所得碳酸氢镁溶液为45～49g/L左右，大大提高热解时碳酸氢镁溶液浓度，热解能耗由占整个生产工艺50％左右降低至35％左右，减少了产品的生产成本，更利于工业化生产。

本发明所述加入的碳酸氢镁溶液的浓度为25～30g/L的碳酸氢镁溶液，例如可选择25.03～29.6g/L，25.4～29g/L，26.2～28.7g/L，27～28.2g/L，27.6g/L等，皆可用于实施本发明。

所述碳酸氢镁溶液的加入量为消化步骤中所加硼泥重量的8～12倍，例如可选择8.5～12倍，9～11.2倍，9.8～10.5倍，10倍等，进一步优选8倍。

所述碳酸氢镁溶液的温度为18～23℃，例如可选择18.02～22.7℃，18.6～22.2℃，19～21.4℃，20℃等，进一步优选20℃。

本发明可以选择将碳化后过滤得到的碳酸氢镁溶液的一部分加入降温后的消化浆液中，这样就不需要另外配制碳酸氢镁溶液。

碳化后过滤的渣体用于制砖，从而实现零排放。

所述消化反应中，硼泥、氧化钙和水的重量比为1:0.4～0.6:3～6。

所述消化反应温度为85～100℃，例如可选择85.02～99.6℃，88～97.2℃，89.4～95℃，92～94.3℃，93℃等，优选95℃。

所述消化反应时间为2～3.5h，例如可选择2.01～3.48h，2.3～3.2h，2.5～3h，2.8h等，进一步优选2h。

所述碳化反应的时间为1h。

碳化终点的溶液pH值为7.2～7.6，例如可选择7.25～7.56，7.28～7.45，7.3～7.4，7.33等，进一步优选7.2。

所述热解反应的温度为95～100℃，例如可选择95.02～100℃，97～99.5℃，，100℃等，优选95℃。

热解反应的时间为1～2h，例如可选择1.02～1.9h，1.3～1.85h，1.38～1.7h，1.5～1.67h，1.6h等，进一步优选1h。

一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法，所述方法具体包括以下步骤：

1)将硼泥、氧化钙和水以重量比1:0.4～0.6:3～6混合，发生消化反应，反应温度为85～100℃，反应时间2～3.5h；

2)将消化浆液降温，向其中加入消化步骤中所加硼泥重量的8～12倍的温度为20℃的碳酸氢镁溶液，其浓度为25～30g/L；

3)持续通入二氧化碳，在搅拌下进行碳化反应1h，碳化终点溶液pH为7.2～7.6，制得高浓度碳酸氢镁浆液；

4)将步骤3)得到的高浓度碳酸氢镁浆液过滤，滤液在95～100℃下热解1～2h；

5)将热解后的浆液再过滤，滤饼洗涤、干燥、粉碎得到轻质碳酸镁产品。

本发明所述的硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法，更具体地包括以下步骤：

1)将硼泥、氧化钙和水以重量比1:0.4～0.6:3～6混合，发生消化反应，反应温度为85～100℃，反应时间2～3.5h。该阶段发生的反应为：

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+MgCO₃＝CaCO₃+Mg(OH)₂

这一阶段，氢氧化钙将惰性碳酸镁转化为氢氧化镁，氢氧化镁再后续进一步进行碳化反应。

2)额外补充为消化步骤中硼泥重量8-12倍的温度为20℃左右的碳酸氢镁溶液，稀释降温后的消化浆液再进行碳化反应，并持续通入0.4Mpa的二氧化碳，搅拌反应1h，碳化终点溶液pH为7.2左右。碳化阶段主要反应方程式为：

Mg(OH)₂(固体)→Mg(OH)₂(溶解)→Mg²⁺+2OH^-

Mg²⁺+2HCO₃ ^-→Mg(HCO₃)₂

其中加入的碳酸氢镁溶液并不发生反应，但碳酸氢镁溶液中的镁离子对氢氧化镁生产碳酸氢镁具有催化作用，可以加快氢氧化镁生产碳酸氢镁，通过监控反应液pH值判定反应终点，当pH为7.2左右时即达到反应终点，同时得到高浓度碳酸氢镁溶液。

3)将上述2)中混合液进行过滤，滤液在95～100℃下热解1～2h，热解反应方程式为：

Mg(HCO₃)₂+4H₂O＝MgCO₃·5H₂O+CO₂↑

5(MgCO₃·5H₂O)＝4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O+CO₂↑+20H₂O

5Mg(HCO₃)₂＝4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O+6CO₂↑

高浓度碳酸氢镁溶液在热解的预热过程中部分发生分解，分解产物主要为五水合正碳酸镁，五水合正碳酸镁进一步热解成轻质碳酸镁。其中五水合正碳酸镁相对于碳酸氢镁热解能较低，故更易热解，其热解产物轻质碳酸镁对碳酸氢镁热解具有促进作用，使整个热解时间缩短。

4)将上述3)中热解后的混合液进行过滤、洗涤、烘干即得产品轻质碳酸镁。

5)将上述2)中过滤后渣体用于制砖。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

通过本发明方法制备轻质碳酸镁产品，热解能耗占整个生产工艺的35％左右，大大降低了产品的生产成本，对设备要求低、工艺可靠、技术先进、经济合理、具有较大的使用价值与推广价值，实现生态效益、环境效益、经济效益、社会效益的高度统一。

附图说明

图1是本发明所述硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的工艺流程图。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

1)称取硼泥1kg，氧化钙400g以及水3kg搅拌均匀，发生消化反应，反应温度85℃，反应时间3.5h，获得消化浆液。

2)将上述消化浆液倒入碳化罐中，降温至25℃左右，往碳化罐中额外补充10kg、20℃、25g/L的碳酸氢镁溶液，同时打开循环水进行外循环冷却，使碳化温度保持在20～30℃之间，通入压力为0.4MPa左右的二氧化碳气体，碳化1h，碳化终点pH为7.5。

3)将碳化后的混合液过滤，滤液通过络合滴定法测定，测得碳酸氢镁溶液浓度为45g/L，将碳酸氢镁溶液在95℃左右下热解1h后抽滤、洗涤、干燥。

根据反应前后溶液中碳酸氢镁含量计算得热解率为99.3％。通过络合滴定法测定，产品的质量符合国家标准《HG-T2959-2010工业水合碱式碳酸镁》中规定的“优等品”标准，杂质CaO含量小于0.2％。

实施例2

1)称取硼泥1kg，氧化钙500g以及水4kg搅拌均匀，发生消化反应，反应温度100℃，反应时间2h，获得消化浆液。

2)将上述消化浆液倒入碳化罐中，降温至25℃左右，往碳化罐中额外补充10kg、20℃、28g/L的碳酸氢镁溶液，同时打开循环水进行外循环冷却，使碳化温度保持在20～30℃之间，通入压力为0.4MPa左右的二氧化碳气体，碳化1h，碳化终点pH为7.2。

3)将碳化后的混合液过滤，滤液通过络合滴定法测定，测得碳酸氢镁溶液浓度为48g/L，将碳酸氢镁溶液在98℃左右下热解1.5h后抽滤、洗涤、干燥。

根据反应前后溶液中碳酸氢镁含量计算得热解率为99.5％。通过络合滴定法测定，产品的质量符合国家标准《HG-T2959-2010工业水合碱式碳酸镁》中规定的“优等品”标准，杂质CaO含量小于0.2％。

实施例3

1)称取硼泥1kg，氧化钙600g以及水3kg搅拌均匀，发生消化反应，反应温度95℃，反应时间2h，获得消化浆液。

2)将上述消化浆液倒入碳化罐中，降温至25℃左右，往碳化罐中额外补充12kg、20℃、30g/L的碳酸氢镁溶液，同时打开循环水进行外循环冷却，使碳化温度保持在20～30℃之间，通入压力为0.4MPa左右的二氧化碳气体，碳化1h，碳化终点pH为7.3。

3)将碳化后的混合液过滤，滤液通过络合滴定法测定，测得碳酸氢镁溶液浓度为49g/L，将碳酸氢镁溶液在100℃左右下热解1h后抽滤、洗涤、干燥。

根据反应前后溶液中碳酸氢镁含量计算得热解率为99.6％。通过络合滴定法测定，产品的质量符合国家标准《HG-T2959-2010工业水合碱式碳酸镁》中规定的“优等品”标准，杂质CaO含量小于0.2％。

对比实施例：

1)称取硼泥1kg，氧化钙400g以及水3kg搅拌均匀，发生消化反应，反应温度95℃，反应时间2h，获得消化浆液。

2)将上述消化浆液倒入碳化罐中，往碳化罐中额外补充8kg、20℃的水，同时打开循环水进行外循环冷却，使碳化温度保持在20～30℃之间，通入压力为0.4MPa左右的二氧化碳气体，碳化1h。

3)将碳化后的混合液过滤，滤液通过络合滴定法测定，测得碳酸氢镁溶液浓度为28/L，将碳酸氢镁溶液在95℃左右下热解1.5h后抽滤、洗涤、干燥。

根据反应前后溶液中碳酸氢镁含量计算得热解率为99.4％。通过络合滴定法测定，产品的质量符合国家标准《HG-T2959-2010工业水合碱式碳酸镁》中规定的“优等品”标准，杂质CaO含量小于0.2％。

碳酸氢镁溶液热解能耗的理论计算：

5Mg(HCO₃)₂(l)→4MgCO₃.Mg(OH)₂.4H₂O(s)+6CO₂(g)；ΔH＝297.3465kj/mol

由热解反应方程式可知，热解反应为吸热反应，碳酸氢镁溶液热解率为98％左右，当碳酸氢镁溶液浓度为28g/L时，计算热解得到1吨轻质碳酸镁能耗。

热解得到1吨轻质碳酸镁需要碳酸氢镁质量＝1598.5kg。

碳酸氢镁溶液中水的质量＝57000kg。

碳酸氢镁分解能耗＝(1598.5*1000/146)*(297.3465/5)kj＝6.5*10⁵kj。

水由25℃升高到95℃吸收的热量＝cm⊿T＝4.18*57000*(95-25)kj＝1.6678*10⁷kj。

碳酸氢镁溶液浓度为28g/L时，热解得到1吨轻质碳酸镁总能耗＝1.6678*10⁷kj+6.5*10⁵kj＝1.7328*10⁷kj。

同理计算得当碳酸氢镁溶液浓度为45g/L时，热解得到1吨轻质碳酸镁总能耗＝1.1449*10⁷kj，相比28g/L的碳酸氢镁溶液热解得到1吨轻质碳酸镁可节省34％能耗。

当碳酸氢镁溶液浓度为48g/L时，热解得到1吨轻质碳酸镁总能耗＝1.0394*10⁷kj。

相比28g/L的碳酸氢镁溶液热解得到1吨轻质碳酸镁可节省节省40％能耗。

当碳酸氢镁溶液浓度为49g/L时，热解得到1吨轻质碳酸镁总能耗＝1.0394*10⁷kj。

相比28g/L的碳酸氢镁溶液热解得到1吨轻质碳酸镁可节省41％能耗，49g/L的碳酸氢镁溶液热解能耗占整个工艺能耗约为35％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种硼泥碳化法制备轻质碳酸镁的方法，包括消化、碳化、过滤、热解、再过滤、滤饼洗涤、干燥和粉碎，其特征在于，在消化浆液降温后，向其中加入碳酸氢镁溶液调节浓度后再进行碳化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加入的碳酸氢镁溶液的浓度为25～30g/L；

优选地，所述碳酸氢镁溶液的加入量为消化步骤中所加硼泥重量的8～12倍，进一步优选8倍；

优选地，所述碳酸氢镁溶液的温度为18～23℃，进一步优选20℃。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将碳化后过滤得到的碳酸氢镁溶液的一部分加入降温后的消化浆液中。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，碳化后过滤的渣体用于制砖。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述消化反应中，硼泥、氧化钙和水的重量比为1:0.4～0.6:3～6；

优选地，所述消化反应温度为85～100℃，优选95℃；

优选地，所述消化反应时间为2～3.5h，进一步优选2h。

6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述碳化反应的时间为1h；

优选地，碳化终点的溶液pH值为7.2～7.6，进一步优选7.2。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述热解反应的温度为95～100℃，优选95℃；

优选地，热解反应的时间为1～2h，进一步优选1h。

8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)将硼泥、氧化钙和水以重量比1:0.4～0.6:3～6混合，发生消化反应，反应温度为85～100℃，反应时间2～3.5h；

2)将消化浆液降温，向其中加入消化步骤中所加硼泥重量的8～12倍的温度约为20℃的碳酸氢镁溶液，其浓度为25～30g/L；

3)持续通入二氧化碳，在搅拌下进行碳化反应1h，碳化终点溶液pH为7.2，制得高浓度碳酸氢镁浆液；

4)将步骤3)得到的高浓度碳酸氢镁浆液过滤，滤液在95～100℃下热解1～2h；

5)将热解后的浆液再过滤，滤饼洗涤、干燥、粉碎得到轻质碳酸镁产品。