CN103979584B - 一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺，其包括以下步骤：(A)消化：将硼泥、氧化钙和水混合并进行反应，制得消化浆液；(B)碳化：补充定量水至消化浆液中，调节浆液浓度，并降温至20℃-30℃间，持续通入二氧化碳，搅拌，溶液pH为7.2时为碳化终点；(C)热解：将所述碳化溶液进行过滤，得滤液和渣体，所述滤液加入碱并进行热解；(D)纯化：将热解后的混合液进行过滤、洗涤、烘干即得产品轻质碳酸镁。本工艺中采用在碳酸氢镁溶液中加入碱使热解温度降至45℃-55℃，较未加入碱的热解温度95℃-105℃大幅度降低，此工艺实现节能效果同时制得高纯轻质碳酸镁。其中碳化后的渣体用于制砖，从而实现零排放。
Description
技术领域
本发明涉一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺，尤其涉及采用低温热解的方法用硼泥制备轻质碳酸镁的工艺。
背景技术
硼泥是工业上利用硼镁(铁)矿生产硼砂后排出的废渣，每生产一吨硼砂约排出4～5吨硼泥。目前我国硼砂生产厂较多，每年有大量硼泥排出并堆积野外，侵占土地，污染环境。硼泥的主要化学组成为MgO和SiO2，并含有一定量的Fe2O3、B2O3和少量CaO、Al2O3等
轻质碳酸镁是一种重要的无机化工产品，其用途广泛，可用作橡胶、绝缘材料、玻璃等的添充剂和补强剂，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。因此，分析研究硼泥的性质，使用硼泥制备轻质碳酸镁对提高经济效益、减少环境污染、促进资源再生都有重要意义。
目前利用硼泥制备轻质碳酸镁的主要方法有：
酸法：在酸法反应工艺中，根据硼泥中镁橄榄石和碳酸镁都不耐强酸的特点，使其中的镁转化成可溶性镁盐，再经过滤、洗涤等制得轻质碳酸镁。采用此方法容易使硼泥中其它杂质也进入溶液中，不但增加酸用量，同时影响最终产品纯度，同样此方法对设备要求高，产品成本高；
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、碳化等制得轻质碳酸镁。此方法耗能大，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；
碱法碳化法：将硼泥与一定量氧化钙(或氢氧化钠、氢氧化钾等)进行消化反应，再碳化等制得轻质碳酸镁。CN102424408A公开了谢新林、李广凡等人的题为“一种综合利用硼泥的方法”的专利，该方法的主要工艺为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，碳化液经过滤、热解、再过滤、干燥等步骤制得最终产品轻质碳酸镁。CN1944259A公开了高佳令等人的题为“利用白云灰与硼泥生产工业氧化镁的方法”的专利，该方法的主要工艺为白云灰经消化后(主要成份为氢氧化钙和氢氧化镁)与硼泥反应，氢氧化钙与硼泥中的惰性碳酸镁反应，使碳酸镁转化为氢氧化镁，再经碳化、热解、干燥(产品为轻质碳酸镁)、煅烧等工序获得工业氧化镁。此方法中碳酸氢镁溶液热解阶段能耗大，占整个工艺能耗50％以上，能耗的增加导致成本上升，不利于工业化生产。
由此可见，酸法与物理活化法都有无法克服的局限性，而碱法碳化法的技术问题在于热解阶段耗能大，本领域急于寻找一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺，其能克服上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种优化硼泥碱法碳化法制备轻质碳酸镁的工艺，其使用低温热解的工艺条件，节能同时制得高纯轻质碳酸镁，其中碳化后的渣体用于制砖，从而实现零排放。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺，其包括以下步骤：
(A)消化：将硼泥、氧化钙和水混合并进行反应，制得消化浆液；
(B)碳化：补充水至消化浆液中，降温，持续通入二氧化碳，搅拌，溶液pH为7.2时为碳化终点；
(C)热解：将所述碳化溶液进行过滤，得滤液和渣体，所述滤液加入碱并进行热解；
(D)纯化：将热解后的混合液进行过滤、洗涤、烘干即得产品轻质碳酸镁。
本发明先将硼泥中碳酸镁转化为活性氢氧化镁，再经碳化、过滤、滤液加碱进行低温热解、再过滤、滤饼洗涤、干燥、粉碎等制得高纯轻质碳酸镁产品。其中碳化后的渣体用于制砖，从而实现零排放。
具体地，所述硼泥制备轻质碳酸镁的工艺为：
(A)消化：将硼泥、氧化钙和水以重量比为1：0.5-2：6-10混合，优选地，以重量比1：0.4-0.6：3-6混合，例如1：0.4：3，1：0.6：6，1：0.5：4。消化反应温度为85-100℃，反应时间2-3.5小时。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，将碳酸镁转化为氢氧化镁，氢氧化镁利于后续碳化反应。
(B)碳化：额外补充重量为消化步骤中氧化钙重量的20-40倍，温度为0-30℃的水于消化浆液中，进行碳化反应，并持续通入0.2-0.5Mpa的二氧化碳，搅拌1-2小时。
优选地，额外补充重量为消化步骤中氧化钙重量的10-30倍，例如10倍、15倍或30倍，温度为5-20℃，例如10℃的水于消化浆液中，进行碳化反应，并持续通入0.4Mpa的二氧化碳，搅拌1小时
溶液pH为7.2左右时达到碳化终点。碳化阶段主要反应方程式为：
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3
Mg(OH)2+2CO2＝Mg(HCO3)2
副反应：CaCO3+CO2+H2O＝Ca(HCO3)2
通过控制反应终点pH值，可使Ca(OH)2碳化反应生成CaCO3，减少副反应的发生，CaCO3呈惰性而进入碳化废渣中，防止碳酸钙进一步反应生成碳酸氢钙进入溶液中。其中氢氧化镁碳化生成的Mg(HCO3)2进入溶液相中与其它杂质分离，经后续工艺过程最后得到轻质碳酸镁。
(C)热解：将上述碳化后所得溶液过滤，得滤液和渣体，所述滤液加入碱，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水之中的一种或至少两种的混合物，碱的加入量是硼泥重量的0.01％-0.02％，例如0.01％、0.015％或0.02％，混合液在45℃-80℃间，例如45℃、50℃或55℃，热解1-2h，热解反应方程式为：
Mg(HCO3)2+2NaOH+6H2O＝MgCO3.8H2O+Na2CO3
MgCO3.8H2O＝MgCO3.5H2O+3H2O
MgCO3.5H2O＝MgCO3.3H2O+2H2O
5(MgCO3.3H2O)＝4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+CO2+10H2O
5Mg(HCO3)2＝4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+6CO2
优选地，所述热解温度为45-55℃。所述碱的加入可以大大降低碳酸氢镁溶液的热解温度，同时提高碳酸氢镁溶液的热解速率，这是由于碳酸氢镁溶液稍偏碱性，pH值一般在7～8之间，碱的加入给溶液造成了更强的碱性环境，促进碳酸氢镁溶液热解为轻质碳酸镁，同时部分碳酸氢镁与碱反应生成带结晶水的正碳酸镁，带结晶水的正碳酸镁进一步热解为碱式碳酸镁，提高了碳酸氢镁溶液的热解效率，同时大大降低热解温度。
(D)纯化：热解后的混合液进行过滤、洗涤、烘干即得产品轻质碳酸镁。
本发明是优化硼泥碱法碳化法制备轻质碳酸镁热解工艺条件。由于碱法碳化法所得碳酸氢镁溶液热解时能耗约占整个工艺能耗50％，本工艺中采用在碳酸氢镁溶液中加入碱(如氢氧化钠，氢氧化钾和/或氨水等)，使原来的95℃～105℃热解温度降至45℃-55℃的热解温度即可，实现节能效果。同时制得高纯轻质碳酸镁。其中碳化后的渣体用于制砖，从而实现零排放。
本方法制备轻质碳酸镁产品成本低、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是本发明所述硼泥制备轻质碳酸镁工艺的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
消化：将硼泥称取1kg，氧化钙400g以及水3kg搅拌均匀，反应温度85℃，反应时间3.5小时，获得消化混合液；
碳化：将上述消化混合液倒入碳化罐中，往碳化罐中额外补充6kg、10℃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1小时；
纯化：将碳化后的混合液过滤，滤液中加入上述中提到的任意一种碱或者任意组合碱，碱的加入量是硼泥重量的0.015％倍，在45℃下热解2h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(96％)。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：
消化：将硼泥称取1kg(氧化镁含量为40％)，氧化钙600g以及水6kg搅拌均匀，反应温度100℃，反应时间2小时，获得消化混合液；
碳化：将上述消化混合液倒入碳化罐中，往碳化罐中额外补充12kg、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1小时；
纯化：将碳化后的混合液过滤，滤液中加入上述中提到的任意一种碱或者任意组合碱，碱的加入量是硼泥重量的0.02％倍，，在50℃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(97％)。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：
消化：将硼泥称取1kg(氧化镁含量为40％)，氧化钙500g以及水4kg搅拌均匀，反应温度95℃，反应时间2.5小时，获得消化混合液；
碳化：将上述消化混合液倒入碳化罐中，往碳化罐中额外补充15kg、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1小时；
纯化：将碳化后的混合液过滤，滤液中加入上述中提到的任意一种碱或者任意组合碱，碱的加入量是硼泥重量的0.01％倍，在55℃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(97.5％)。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％。
本方法制备轻质碳酸镁产品成本低、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。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各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。
Claims (3)
1.一种硼泥制备轻质碳酸镁工艺，包括消化、碳化、热解、纯化，所述热解步骤中，向碳化后过滤的滤液中加入碱再进行热解，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(A)消化：将硼泥、氧化钙和水以重量比为1：0.5-0.6：4-6混合并进行反应，消化反应温度为85-100℃，反应时间2-3.5小时，制得消化浆液；
(B)碳化：补充重量为所述氧化钙重量10-15倍，温度为5-20℃的水至消化浆液中，降温至20-30℃，持续通入0.4MPa的二氧化碳，搅拌1小时，溶液pH为7.2时制得碳化溶液；
(C)热解：将所述碳化溶液进行过滤，得滤液和渣体，向所述滤液中加入重量为硼泥重量0.01％-0.02％的碱，并在45℃-55℃下热解1-2h；
(D)纯化：将热解后的混合液进行过滤、洗涤、烘干得产品轻质碳酸镁。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述热解步骤中，所加入的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水之中的一种或至少两种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述热解步骤中所得的渣体用于制砖。
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