CN104829001A - 用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法将含有SO2、SO3、尘及重金属的烟气，经过烟气洗涤系统后形成含重金属污酸，然后将含重金属污酸依次在污酸池、镁基碱性物中和池、硫化沉淀池和深度除砷沉淀池进行取出重金属及低渣中和处理，最后得到澄清的硫酸镁溶液并排入硫酸镁回收转化池循环利用，产生的重金属及废渣沉淀分别置入相应的处理池中处理。与现有技术相比，本发明具有处理速度快、石膏废渣少、硫资源利用程度高、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种污酸处理技术，尤其是涉及一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法。
背景技术
我国目前有色金属冶炼工艺大多以火法冶金工艺为主，有色金属矿多以硫化物形式存在，在冶炼过程中会产生大量含有高浓度的硫氧化物(包括二氧化硫和三氧化硫)和重金属的冶炼烟气。由于湿法洗涤是有色金属冶炼烟气净化工艺中的重要组成部分，因此，必然产生大量含有硫酸和重金属的洗涤废水，这类废水在有色冶炼行业中常被称为“污酸”。在我国，这类有色金属冶炼含重金属污酸废水污染排放强度高，治理难度大，亟待有效的处理方法。
为了有效去除含重金属污酸废水，常见的处理方法主要有物理法和化学法。物理法通过渗析、渗透等处理手段回收一定浓度的硫酸和重金属，不过处理能力有限且能耗较高，这些不足制约了其广泛应用。而化学法中最常见的是硫化和石灰中和法，如专利CN102115270A和CN103723873A等提出向重金属废水中投加电石渣(以CaO为主要组分)或石灰，对污酸进行中和，同时利用重金属离子与氢氧根离子的反应，生成难溶的重金属氢氧化物沉淀并分离。该方法具有工艺简单、原料便宜等优点。但是该工艺存在处理速度慢、石灰利用率低等不足。而且石灰中和法会产生大量的石膏渣，致使石膏渣中的重金属品位较低，难以满足回收的要求；然而其重金属浓度又超过一般固体废弃物的标准，因而需要做为危险废物处理，处理成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，其中，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池；
(2)含重金属污酸在污酸池中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池中收集，污酸一次分离清液进入中和池；
(3)往中和池中投加镁基碱性中和剂对污酸一次分离清液进行中和反应，中和剂边搅拌边投加，调节中和池中pH值升至4～6时，即停止投加中和剂并停止搅拌，然后对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池；
(4)往硫化沉淀池中加入钙基硫化物对污酸二次分离清液进行重金属硫化，同时加入石灰调节硫化沉淀池中pH值至5～6，利用石灰中和与硫化过程中所产生的少量硫酸钙，诱导重金属硫化物的共沉淀，提高重金属硫化物的去除效率，然后对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池；
(5)往深度除砷沉淀池中投加亚铁盐，对污酸溶液中的砷作深度去除，并添加镁基碱性中和剂调节深度除砷沉淀池中pH值至7～8，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池中回收循环利用。
所述的含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，质量百分浓度为0.5～10％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物。
所述的镁基碱性物中和剂选自氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁和菱镁石中的一种或多种。
步骤(3)中镁基碱性中和剂为一边搅拌一边投加入污酸一次分离清液中，中和反应温度为25℃，搅拌速度为300～600r/min。
所述的钙基硫化物选自硫化钙、硫氢化钙、多硫化钙和硫化亚铁中的一种或几种。
步骤(4)中石灰和钙基硫化物的添加量的摩尔比为0.5～5:1，钙基硫化物的添加量与污酸二次分离清液中重金属含量的摩尔比为1～3:1。
步骤(4)中固液分离的装置为离心装置、沉降装置或过滤装置。
所述的亚铁盐选自硫酸亚铁和硫化亚铁中的一种或两种，所述的亚铁盐的添加量与污酸三次分离清液中砷的含量的摩尔比为2～10:1。
步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)由于使用镁基碱性物质代替石灰，中和过程中生成的硫酸镁溶解度较高，不会与重金属一起形成沉淀，避免了石灰中和法中大量石膏废渣的产生，实现低渣中和；
(2)中和后产生的沉淀物中主要成分是重金属，镁法中和使沉淀的重金属渣得到较高浓度的富集，便于回收；
(3)镁法中和产物硫酸镁，很容易将污酸中所含的硫酸根转化为有用的产品，实现硫资源的利用；
(4)镁法中和产物硫酸镁很容易与氨水反应，可以生成附加值较高的硫酸镁铵等产品；
(5)本发明适用于有色金属冶炼行业以及矿物制硫酸行业的含重金属污酸处理及回收资源化利用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
下面对本发明的实施例进行详细说明：本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
以某锌冶炼厂的实际洗涤污酸为处理对象，各主要组分浓度为：硫酸根离子(质量百分浓度)5.1％，汞离子2.6mg/L，砷离子72.8mg/L，镉离子24.3mg/L，铅离子2.2mg/L，锌离子289.9mg/L。具体处理步骤如下：
(1)称量200mL实际污酸，向污酸中添加MgO将pH值调节到6左右，在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟；
(2)将反应产生的沉淀物过滤，剩余上清液中重金属离子浓度分别为：汞离子0.8mg/L，砷离子9.7mg/L，镉离子3.9mg/L，铅离子0.8mg/L，锌离子25.3mg/L；
(3)向上清液中加入硫化钙和石灰，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。硫化钙的量是上清液中重金属总量的2倍，石灰的量是硫化钙的2倍。
(4)将上述反应后的混合物进行分离，得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.3mg/L，砷离子0.6mg/L，镉离子1.1mg/L，铅离子0.3mg/L，锌离子12.1mg/L；
(5)向得到的硫酸镁溶液中投加硫酸亚铁，投加量为溶液中砷浓度的5倍，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。过滤最终得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.25mg/L，砷离子0.1mg/L，镉离子0.87mg/L，铅离子0.22mg/L，锌离子10.1mg/L。
实施例2
以某铅冶炼厂的实际洗涤污酸为处理对象，各主要组分浓度为：硫酸根离子(质量百分浓度)4.2％，汞离子6.9mg/L，砷离子11.7mg/L，镉离子10.3mg/L，铅离子190.7mg/L，锌离子68.8mg/L。具体处理步骤如下：
(1)称量200mL实际污酸，向污酸中添加MgO将pH值调节到5左右，在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟；
(2)将反应产生的沉淀物过滤，剩余上清液中重金属离子浓度分别为：汞离子0.4mg/L，砷离子1.2mg/L，镉离子1.5mg/L，铅离子20.2mg/L，锌离子4.6mg/L；
(3)向上清液中加入硫化钙和石灰，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。硫化钙的量是上清液中重金属总量的2倍，石灰的量是硫化钙的2倍；
(4)将上述反应后的混合物进行分离，得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.09mg/L，砷离子0.3mg/L，镉离子0.2mg/L，铅离子1.3mg/L，锌离子0.7mg/L；
(5)向得到的硫酸镁溶液中投加硫酸亚铁，投加量为溶液中砷浓度的5倍，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。过滤最终得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.08mg/L，砷离子0.06mg/L，镉离子0.06mg/L，铅离子0.82mg/L，锌离子0.63mg/L。
实施例3
以某锌冶炼厂的实际洗涤污酸为处理对象，各主要组分浓度为：硫酸根离子(质量百分浓度)5.0％，汞离子4.3mg/L，砷离子8.7mg/L，镉离子5.6mg/L，铅离子73.3mg/L，锌离子253.7mg/L。具体处理步骤如下：
(1)称量200mL实际污酸，向污酸中添加MgO将pH值调节到6左右，在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟；
(2)将反应产生的沉淀物过滤，剩余上清液中重金属离子浓度分别为：汞离子0.6mg/L，砷离子0.8mg/L，镉离子0.4mg/L，铅离子8.9mg/L，锌离子21.6mg/L；
(3)向上清液中加入硫化钙和石灰，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。硫化钙的量是上清液中重金属总量的1.5倍，石灰的量是硫化钙的1.5倍；
(4)将上述反应后的混合物进行分离，得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.07mg/L，砷离子0.25mg/L，镉离子0.18mg/L，铅离子1.1mg/L，锌离子0.4mg/L；
(5)向得到的硫酸镁溶液中投加硫酸亚铁，投加量为溶液中砷浓度的5倍，并在搅拌速度为400r/min，反应温度为25度的实验条件下反应20分钟。过滤最终得到硫酸镁溶液中重金属离子的浓度分别为：汞离子0.02mg/L，砷离子0.02mg/L，镉离子0.01mg/L，铅离子0.39mg/L，锌离子0.27mg/L。
实施例4
如图1所示，一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统1分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，浓度为10wt％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池2；
(2)含重金属污酸在污酸池2中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池3中收集，污酸一次分离清液进入中和池4；
(3)往中和池4中投加氧化镁中和剂，中和剂边搅拌边投加，控制中和池4中温度为25℃，搅拌速度为300r/min，调节中和池4中pH值升至4左右，即停止投加中和剂并停止搅拌，然后对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池5，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池6；
(4)往硫化沉淀池6中加入硫化钙对污酸二次分离清液进行重金属硫化，同时加入石灰调节硫化沉淀池6中pH值至5～6，硫化钙的添加量为污酸二次清液中重金属摩尔总量的3倍，石灰的添加量为硫化钙添加量的1倍，利用石灰中和与硫化过程中所产生的少量硫酸钙，诱导重金属硫化物的共沉淀，提高重金属硫化物的去除效率，然后采用离心装置对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池7，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池8；
(5)往深度除砷沉淀池8中投加硫酸亚铁，对污酸溶液中的砷作深度去除，硫酸亚铁的添加量为污酸溶液中砷的摩尔量的2倍，并添加氧化镁调节深度除砷沉淀池8中pH值至8，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池9，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池10中回收循环利用。
步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
实施例5
一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，浓度为0.5wt％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池；
(2)含重金属污酸在污酸池中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池中收集，污酸一次分离清液进入中和池；
(3)往中和池中投加氢氧化镁中和剂，中和剂边搅拌边投加，控制中和池中温度为25℃，搅拌速度为600r/min，调节中和池中pH值升至6左右，即停止投加中和剂并停止搅拌，然后对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池；
(4)往硫化沉淀池中加入硫氢化钙对污酸二次分离清液进行重金属硫化，同时加入石灰调节硫化沉淀池中pH值至6，硫氢化钙的添加量为污酸二次清液中重金属摩尔总量的1倍，石灰的添加量为硫氢化钙添加量的0.5倍，利用石灰中和与硫化过程中所产生的少量硫酸钙，诱导重金属硫化物的共沉淀，提高重金属硫化物的去除效率，然后采用过滤装置对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池；
(5)往深度除砷沉淀池中投加硫化亚铁，对污酸溶液中的砷作深度去除，硫化亚铁的添加量为污酸溶液中砷的摩尔量的10倍，并添加氢氧化镁调节深度除砷沉淀池中pH值至7，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池中回收循环利用。
步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
实施例6
一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，浓度为5wt％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池；
(2)含重金属污酸在污酸池中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池中收集，污酸一次分离清液进入中和池；
(3)以碳酸镁与碱式碳酸镁的混合物作为中和剂往中和池中投加，碳酸镁与碱式碳酸镁的摩尔比为1:1，中和剂边搅拌边投加，控制中和池中温度为25℃，搅拌速度为400r/min，调节中和池中pH值升至5左右，即停止投加中和剂并停止搅拌，然后对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池；
(4)往硫化沉淀池中加入多硫化钙对污酸二次分离清液进行重金属硫化，同时加入石灰调节硫化沉淀池中pH值至6，多硫化钙的添加量为污酸二次清液中重金属摩尔总量的2倍，石灰的添加量为多硫化钙添加量的5倍，利用石灰中和与硫化过程中所产生的少量硫酸钙，诱导重金属硫化物的共沉淀，提高重金属硫化物的去除效率，然后采用沉降装置对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池；
(5)往深度除砷沉淀池中投加硫化亚铁与硫酸亚铁的混合物，硫化亚铁与硫酸亚铁的摩尔含量比为1:1，对污酸溶液中的砷作深度去除，硫化亚铁的添加量为污酸溶液中砷的摩尔量的2倍，并添加碳酸镁调节深度除砷沉淀池中pH值至8，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池中回收循环利用。
步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
实施例7
一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，浓度为1wt％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池；
(2)含重金属污酸在污酸池中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池中收集，污酸一次分离清液进入中和池；
(3)往中和池中投加菱镁石中和剂，中和剂边搅拌边投加，控制中和池中温度为25℃，搅拌速度为300r/min，调节中和池中pH值升至4左右，即停止投加中和剂并停止搅拌，然后对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池；
(4)往硫化沉淀池中加入硫化亚铁与硫化钙的混合物对污酸二次分离清液进行重金属硫化，硫化亚铁与硫化钙的摩尔比例为1:3，同时加入石灰调节硫化沉淀池中pH值至5，硫化钙的添加量为污酸二次清液中重金属摩尔总量的3倍，石灰的添加量为硫化钙添加量的2倍，利用石灰中和与硫化过程中所产生的少量硫酸钙，诱导重金属硫化物的共沉淀，提高重金属硫化物的去除效率，然后采用沉降装置对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池；
(5)往深度除砷沉淀池中投加硫化亚铁，对污酸溶液中的砷作深度去除，硫化亚铁的添加量为污酸溶液中砷的摩尔量的3倍，并添加碳酸镁调节深度除砷沉淀池中pH值至7，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池中回收循环利用。
步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
Claims (9)
1.一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)含有SO2、SO3、尘和重金属的烟气，经烟气洗涤系统分离后得到含重金属污酸和洗涤烟气，其中，洗涤烟气进入制酸系统，含重金属污酸排入污酸池；
(2)含重金属污酸在污酸池中进行自然沉淀分离，沉淀物排入污酸渣沉淀池中收集，污酸一次分离清液进入中和池；
(3)往中和池中投加镁基碱性中和剂对污酸一次分离清液进行中和反应，调节中和池中pH值升至4～6时，即停止投加中和剂，并对污酸溶液进行分离操作，其中，重金属沉渣分离置入中和沉淀收集池，污酸二次分离清液进入硫化沉淀池；
(4)往硫化沉淀池中加入钙基硫化物对污酸二次分离清液进行重金属硫化，同时加入石灰调节硫化沉淀池中pH值至5～6，然后对反应后的溶液进行固液分离，其中，硫化渣置入硫化沉淀收集池，污酸三次分离清液进入深度除砷沉淀池；
(5)往深度除砷沉淀池中投加亚铁盐，并添加镁基碱性中和剂调节深度除砷沉淀池中pH值至7～8，再分离沉淀池中产生的复合沉淀物，得到澄清硫酸镁溶液；
(6)步骤(5)中产生的复合沉淀物排入除砷沉淀收集池，澄清硫酸镁溶液进入硫酸镁回收转化池中回收循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，所述的含重金属污酸包括酸性组分和重金属组分，其中，酸性组分为硫酸，质量百分浓度为0.5～10％，重金属组分包括铅、汞、砷、镉及铬的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，所述的镁基碱性物中和剂选自氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁和菱镁石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，步骤(3)中镁基碱性中和剂为一边搅拌一边投加入污酸一次分离清液中，中和反应温度为25℃，搅拌速度为300～600r/min。
5.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，所述的钙基硫化物选自硫化钙、硫氢化钙、多硫化钙和硫化亚铁中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，步骤(4)中石灰和钙基硫化物的添加量的摩尔比为0.5～5:1，钙基硫化物的添加量与污酸二次分离清液中重金属含量的摩尔比为1～3:1。
7.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，步骤(4)中固液分离的装置为离心装置、沉降装置或过滤装置。
8.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，所述的亚铁盐选自硫酸亚铁和硫化亚铁中的一种或两种，所述的亚铁盐的添加量与污酸三次分离清液中砷的含量的摩尔比为2～10:1。
9.根据权利要求1所述的一种用于污酸处理的低渣中和及重金属去除与资源化的方法，其特征在于，步骤(6)中的澄清硫酸镁溶液的循环利用方式为蒸发浓缩硫酸镁溶液提取硫酸镁晶体或利用氨法将硫酸镁转化为氢氧化镁或碳酸镁。
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