CN108529653B - 以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用 - Google Patents

以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用。该装置包括焙烧炉、消化反应器、碳化反应器、第一过滤系统、第二过滤系统、第三过滤系统、第一热解反应器、第二热解反应器、气氛焙烧炉,各个部件相互配合实现钙、镁离子的高效分离。该方法利用上述装置依次包括步骤:在焙烧炉中进行白云石煅烧,在消化反应器中进行消化反应,在碳化反应器中进行一次碳化,在第一热解反应器中进行一次热解,在第二热解反应器中进行二次热解,在气氛焙烧炉中进行一次煅烧,在气氛焙烧炉中进行二次煅烧,得到的氧化镁的纯度可高于99.5%,钙镁分离效率高。本发明还包括上述装置或方法在制备高纯氧化镁中的应用。

Description

以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用
技术领域
本发明涉及镁、钙化合物生产领域,特别是涉及一种以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用。
背景技术
白云石是钙、镁两种复合碳酸盐矿物,我国白云石矿产资源丰富。近几年国内对高品质氧化镁的需求大增。高纯氧化镁在高温下具有优良的耐碱性和电绝缘性,光透过性好,导热性高,热膨胀系数大,在电子、光学、仪表、冶金、国防、航天航空等领域有广泛的应用。高纯氧化镁的生产一般是采用普通氧化镁的制备方法,并通过特殊的除杂工艺来实现的。主要有:(1)气相法-将高纯度金属镁和氧反应生成晶核,然后使颗粒继续长大,制得高纯度微粉氧化镁;(2)无机酸溶解法-用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸溶解氧化镁粗原料,制成无机酸的镁盐,再通过沉淀、分离、洗涤和煅烧等工艺得到高纯氧化镁;(3)氢氧化镁煅烧法;(4)氯化镁直接热解法。而目前氧化镁的生产依然停留在低水平阶段,大多处于镁化合物产品粗制阶段,生产高附加值氧化镁产品少,产品质量不稳定,生产成本过高,环境污染等问题依然存在。
由白云石制备高纯氧化镁关键在于钙镁分离技术,目前白云石钙镁分离主要有卤水-白云石法,酸解法,铵浸法,碳化法,工业上主要利用碳化法分离白云石中的钙镁。现有技术尚存在钙镁分离效率不高、化学除钙成本高、副产物碳酸钙含镁高等问题。因此,十分有必要开发由白云石制备高纯氧化镁的新技术。
发明内容
基于此,有必要针对白云石制备高纯氧化镁中钙镁分离效率不高的技术问题,提供一种以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置及其方法和应用。
本发明提出一种制备高纯氧化镁的装置,包括焙烧炉、消化反应器、碳化反应器、第一过滤系统、第二过滤系统、第三过滤系统、第一热解反应器、第二热解反应器、气氛焙烧炉;其中:
所述焙烧炉的出料口与所述消化反应器的进料口相连,所述焙烧炉的出气口与所述碳化反应器的进气口相连,所述消化反应器的出料口与所述碳化反应器的进料口相连,所述碳化反应器的出料口与所述第一过滤系统的进料口相连,所述第一过滤系统的液体出料口与所述第一热解反应器的进料口相连,所述第一过滤系统的固体出料口与所述碳化洗涤反应器的进料口相连;
所述第一热解反应器的出料口与所述第二过滤系统的进料口相连,所述第二过滤系统的液体出料口与所述第二热解器的进料口相连,所述第二过滤系统的固体出料口与所述气氛焙烧炉的进料口相连,所述第二热解反应器的出料口与所述第三过滤系统的进料口相连,所述第三过滤系统的固体出料口与所述气氛焙烧炉的进料口相连。
进一步地,还包括碳化洗涤反应器,所述碳化洗涤反应器的进料口与所述第三过滤系统的液体出料口及所述气氛焙烧炉的出气口相连;和/或,还包括第四过滤系统,所述第四过滤系统的进料口与所述碳化洗涤反应器的出料口相连,所述第四过滤系统的液体出料口与所述消化反应器和/或碳化反应器的进料口相连。
优选地,所述碳化反应器设有pH监测仪。
进一步地,所述第一过滤系统包括第一过滤设备和第二过滤设备,所述第一过滤设备的液体出料口与所述第二过滤设备的进料口连接,所述第一过滤设备的进料口与所述碳化反应器连接;所述第二过滤设备的出料口与所述第一热解反应器的进料口相连;和/或,所述第二过滤设备为陶瓷膜过滤机,所述陶瓷膜过滤机的膜孔径为10~100nm。
本发明还提出了上述制备氧化镁的装置制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎后,在焙烧炉中煅烧得到氧化钙氧化镁混合物料;
2)消化反应:将煅烧所得物料在消化反应器中加水混合制浆,水化得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
3)一次碳化:将步骤2)制备的浆料送到碳化反应器中加水冷却降温,通入二氧化碳进行碳化分离,碳化完成后过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
4)一次热解:将步骤3)制备的含镁滤液在第一热解反应器中热解,过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅰ和滤液Ⅰ;
5)二次热解:将步骤4)得到的滤液Ⅰ输送至第二热解反应器中热解,过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅱ和滤液Ⅱ;
6)一次煅烧:将步骤4)一次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅰ在气氛焙烧炉中煅烧得到高纯氧化镁Ⅰ;
7)二次煅烧:将步骤5)二次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅱ在气氛焙烧炉中煅烧得到高纯氧化镁Ⅱ;
进一步地,在步骤7)之后还包括:8)二次碳化:将一次碳化产物含镁碳酸钙与二次热解所得滤液Ⅱ在碳化洗涤反应器中混合制浆,通入二氧化碳继续碳化分离,反应完成后,过滤得到轻质碳酸钙和含镁溶液;
和/或,在步骤8)之后还包括步骤:9)滤液循环:将步骤8)过滤得到的含镁溶液加入消化反应器和/或碳化反应器中作为溶剂循环回用。
优选地,在步骤2)中,在步骤2)中,所述水与所述物料的液固比为10~15:1;和/或,所述消化反应的温度为55~65℃;和/或,所述消化反应的时间为40~60min。
优选地,在步骤3)中,在步骤3)中,所述浆料按液固质量比20~35:1加水冷却降温;和/或,所述一次碳化的温度为18~25℃;和/或,所述一次碳化的终点pH为7.4~7.8;和/或,每立方米反应液对应二氧化碳的通入速率为5~150L/min。
优选地,在步骤4)中,在步骤4)中,所述一次热解的温度为55~65℃,所述一次热解的时间为40~60min;和/或,在步骤5)中,所述二次热解的温度为90~95℃,所述二次热解的时间为40~60min;和/或,在步骤8)中,二次热解所得滤液Ⅱ冷却至20~30℃与所述含镁碳酸钙混合搅拌10~20min,通入二氧化碳继续碳化分离,每升反应液对应二氧化碳的通入速率为3~6L/min,所述二次碳化的温度为18~25℃,所述二次碳化的终点pH为7.0~7.5。
优选地,步骤6)和/或步骤7)中的煅烧温度为900~1000℃,煅烧时间为1~3h。
此外,本发明还包括根据上述任一项所述的装置或上述任一项所述的方法在制备高纯氧化镁中的应用。
本发明与现有技术对比的有益效果包括:本发明提出的制备高纯氧化镁的装置由焙烧炉、消化反应器、碳化反应器、过滤机、热解反应器、气氛焙烧炉,及过滤系统组成的氧化镁生产装置,该装置可对消化、碳化、热解温度精准调控,实现钙、镁离子的高效分离,在不加入其它添加剂的情况下能获得高纯度的氧化镁产物,工艺流程简单,成本较低。
本发明利用该装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法中,煅烧最后得到的氧化镁的纯度可高于99.5%,钙镁分离效率高。
其他有益效果:在其中一个实施例中,消化反应的温度控制在55~65℃,有利于氧化镁的优先水化反应,同等条件下氧化镁的水化效率大于氧化钙的水化效率,进而有效的促进了后续碳化过程中镁、钙的碳酸化分离。之后的碳化反应将温度控制在18~25℃,碳化阶段主要是Ca(OH)2、Mg(OH)2与CO2的反应,两个都属于放热反应。温度升高不利于反应物的生成,温度升高同样降低了CO2的溶解度系数和Ca(OH)2溶度积常数,从而使得碳化反应中Ca(OH)2与CO2的反应平衡常数变小,另外温度升高会增加CaCO3的溶解度,而Mg(HCO3)2的溶解度随温度增加而降低,即温度升高会导致碳化溶液中Ca2+浓度增加,Mg2+浓度降低,与钙镁分离期望相违背。因此碳化应该在较低温度下进行,但温度过低会导致反应动力不足,同时也减小了碳酸氢根的水解常数,使得溶液中的Ca2+浓度增加,碳化反应的温度保持在18~25℃,钙几乎以含镁碳酸钙渣的形式析出,同时含镁碳酸钙渣中的镁的含量少,结合热解、煅烧最后得到的氧化镁的纯度可高于99.5%,达到了硅钢级氧化镁的级别,钙镁分离效率高。
在其中一个实施例中,将第一滤液升温至90~95℃二次热解并煅烧,得到的氧化镁的纯度可高于98.5%。
在其中一个实施例中,将含镁碳酸钙渣制浆控温在18~25℃下碳化分离,得到轻质碳酸钙的纯度可高于94%。
在其中一个实施例中,将过滤得到的含镁溶液作为消化反应和/或碳化反应的溶剂进行循环回用,不但实现了生产过程中水资源的高效利用,节约成本,更重要的是,基于热解液中部分碳酸氢盐,高效的实现对碳酸钙渣中镁的洗涤溶出,较大程度上提升了轻质碳酸钙的品质和镁的回收率。
附图说明
图1为本发明以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置的结构示意图;
图2为本发明以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法流程图;
图3为本发明以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置中碳化反应器的结构示意图;
图4为本发明实施例1中氧化镁产品1的XRD图;
图5为本发明实施例1中氧化镁产品2的XRD图;
图6为本发明实施例1中碳酸钙产品的XRD图;
附图标记说明:1、焙烧炉;2、消化反应器;3、碳化反应器;4、第一过滤系统;5、第一热解反应器;6、第二过滤系统;7、第二热解反应器;8、第三过滤系统;9、气氛焙烧炉;10、碳化洗涤反应器;11、第四过滤系统;31、容器本体;32、内管;33、冷凝管;34、搅拌桨;35、pH监测仪;36、支架;311、气体通入口;321、进料口;322、出料口;331、冷凝介质入口;332、冷凝介质出口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示,本实施例提出一种以白云石为原料制备氧化镁的装置,包括焙烧炉1、消化反应器2、碳化反应器3、第一过滤系统4、第二过滤系统6、第三过滤系统8、第一热解反应器5、第二热解反应器7、气氛焙烧炉9。
其中,焙烧炉1的出料口与消化反应器2的进料口相连,焙烧炉1的出气口与碳化反应器3的进气口相连,消化反应器2的出料口与碳化反应器3的进料口相连,碳化反应器3的出料口与第一过滤系统4的进料口相连,第一过滤系统4的液体出料口与第一热解反应器5的进料口相连,第一过滤系统4的固体出料口与碳化洗涤反应器10相连。
第一热解反应器5的出料口与第二过滤系统6的进料口相连,第二过滤系统6的液体出料口与第二热解器7的进料口相连,第二过滤系统6的固体出料口与气氛焙烧炉9的进料口相连,第二热解反应器7的出料口与第三过滤系统8的进料口相连,第三过滤系统8的固体出料口与气氛焙烧炉9的进料口相连,第三过滤系统8的液体出料口与碳化洗涤反应器10的进料口相连,气氛焙烧炉9的出气口与碳化洗涤反应器10的进料口相连。
基于上述实施例,本实施例还包括碳化洗涤反应器10,碳化洗涤反应器10的进料口与所述第三过滤系统8的液体出料口及所述气氛焙烧炉9的出气口相连。
基于上述实施例,本实施例还包括第四过滤系统11,第四过滤系统11的进料口与碳化洗涤反应器10的出料口相连,第四过滤系统11的液体出料口与消化反应器2和/或碳化反应器3的进料口相连。
本实施例中,进一步地,如图3所示,碳化反应器3包括容器本体31、内管32和冷凝管33、内管32固定在容器本体31的空腔内,内管32与容器本体31的底部构成进料腔体,冷凝管33设在内管32与容器本体31之间,内管32的顶部处设有进料口321,内管32的底部的两侧分别设有出料口322和气体通入口311,所述进料腔体内设有搅拌桨34,所述进料腔体的内壁上设pH监测仪35。在本实施例中,碳化反应器3还包括支架36,支架36与容器本体31连接。冷凝管33包括冷凝介质入口331和冷凝介质出口332,分别位于容器本体31的顶部开口处。
基于上述实施例,本实施例中,第一过滤系统4包括第一过滤设备和第二过滤设备,所述第一过滤设备的液体出料口与所述第二过滤设备的进料口连接,所述第一过滤设备的进料口与碳化反应器3连接;所述第二过滤设备的出料口与第一热解反应器5的进料口相连;和/或,所述第二过滤设备为陶瓷膜过滤机,所述陶瓷膜过滤机的膜孔径为10~100nm。
基于上述实施例,本实施例中所述碳化反应器冷却控温介质可以为自来水、冰水、冰盐水、冷风等物质中的一种或几种。
基于上述实施例,本实施例中所述气氛焙烧炉中,加温及保温时间段的气体经回收管道通入碳化洗涤反应器,冷却降温时将单向阀关闭,并通入惰性气体保护,所通气体可以为氮气、氩气等惰性气体中的一种。
本实施例中,每吨白云石原料对应需要的消化反应器体积容量需为7.5~12m3;每吨白云石原料对应需要的碳化反应器体积容量需为15~28m3;每吨白云石原料对应需要的第一热解反应器体积容量需为15~26m3m3;每吨白云石原料对应需要的第二热解反应器体积容量需为15~26m3;每吨白云石原料对应需要的碳化洗涤反应器体积容量需为10~18m3;所述的第二过滤设备采用陶瓷膜过滤机,膜孔径10~100nm。
需要进一步说明的是,本实施例中,所述焙烧炉采用回转窑式高温焙烧炉,焙烧炉顶部设气体回收系统,将回收的CO2气体通过管路与碳化反应器相连通,且CO2气体从碳化反应器底部进气口通入。消化反应器上部设置进料口,焙砂等通过皮带输送装置输送进入消化反应器;消化反应器下部设置出料口,碳化反应器上部设置进料口,消化反应器出料口通过管路及泵送与碳化反应器进料口相连通。
碳化反应器底部设置出料口,该出料口通过管路及泵送装置与第一过滤系统相连,第一过滤系统由粗过滤和精过滤组成,粗过滤采用板框过滤机或离心过滤机,精过滤采用陶瓷膜过滤机;粗过滤所得滤渣通过皮带输送装置,通过上部进料口进入碳化洗涤反应器;精过滤所得滤液由管道和泵送装置通过上部进料口进入第一热解反应器;第一热解反应器通过管道及泵送装置与第二过滤系统相连,第二过滤系统采用板框过滤机或离心过滤机,所得滤液通过管道由上部进料口进入第二热解反应器。
第二热解反应器通过管道及泵送装置与第三过滤系统相连,第三过滤系统采用板框过滤机或离心过滤机,所得滤液通过管道由上部进料口进入碳化洗涤反应器;碳化洗涤反应器通过管道及泵送装置与第四过滤系统相连,所得滤液通过管道及泵送装置由上部进料口分别进入消化反应器和碳化反应器;第二过滤系统和第三过滤系统所得碱式碳酸镁产品,送入气氛焙烧炉中焙烧,得到高纯或高纯氧化镁产品,气氛焙烧炉上部设置气体单向回收装置,并通过管道由碳化洗涤反应器下部进气口相连。
本发明实施例中以白云石为原料制备高纯氧化镁所用制备氧化镁的装置的部件的参数如下:
焙烧炉为回转焙烧炉,进一步地,回转焙烧炉的加热室尺寸为Φ300*350,额定温度为1100℃;消化反应器的容量为100L(直径为40cm3);碳化反应器的容量为200L(直径为60cm3);第一热解反应器的容量为200L(直径为60cm3);第二热解反应器的容量为200L(直径为60cm3);碳化反应器的容量为150L(直径为60cm3);高温程序箱式气氛炉:工作温度≤1300℃,所通气氛:氮气,炉膛尺寸:400×300×250mm;板框过滤机过滤面积为1m2;陶瓷膜过滤机:膜孔径50nm,处理量50L/h。
本实施例还包括上述装置在制备高纯氧化镁中的应用。
结合图1和图2,本实施例利用上述装置制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至50~400目,在焙烧炉1中温度为900~000℃下煅烧得到氧化钙氧化镁混合物料。
2)消化反应:将煅烧所得物料在消化反应器2中加水混合制浆,水化得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料,其中,水与物料的液固比为10~15:1,消化反应的温度为55~65℃,消化反应的时间为40~60min。消化反应的温度控制在55~65℃,有利于氧化镁的优先水化反应,同等条件下氧化镁的水化效率大于氧化钙的水化效率,进而有效的促进了后续碳化过程中镁、钙的碳酸化分离。
3)一次碳化反应:将步骤2)制备的浆料送到碳化反应器3中加水冷却降温,通入二氧化碳进行碳化分离,碳化完成后经第一过滤系统4过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;其中,所述浆料按液固质量比20~35:1加水冷却降温,一次碳化的温度为18~25℃,一次碳化的终点pH为7.4~7.8,每立方米反应液对应二氧化碳的通入速率为5~150L/min。碳化反应将温度控制在18~25℃,碳化阶段主要是Ca(OH)2、Mg(OH)2与CO2的反应,两个都属于放热反应。温度升高不利于反应物的生成,温度升高同样降低了CO2的溶解度系数和Ca(OH)2溶度积常数,从而使得碳化反应中Ca(OH)2与CO2的反应平衡常数变小,另外温度升高会增加CaCO3的溶解度,而Mg(HCO3)2的溶解度随温度增加而降低,即温度升高会导致碳化溶液中Ca2+浓度增加,Mg2+浓度降低,与钙镁分离期望相违背。因此碳化应该在较低温度下进行,但温度过低会导致反应动力不足,同时也减小了碳酸氢根的水解常数,使得溶液中的Ca2+浓度增加,碳化反应的温度保持在18~25℃,钙几乎以含镁碳酸钙渣的形式析出,同时含镁碳酸钙渣中的镁的含量少。
4)一次热解:将步骤3)制备的含镁滤液在第一热解反应器8中热解,进第二过滤系统5过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅰ和滤液Ⅰ;其中,一次热解的温度为55~65℃,一次热解的时间为40~60min。Mg(HCO3)2和Ca(HCO3)2的热解转化受温度的影响差别较大,55~65℃低温条件下,在保证60%左右的Mg(HCO3)2转化为碱式碳酸镁的同时,仅有约为20%的碳酸氢钙热解析出进入沉淀。然而,如果采用90℃高温条件热解,溶液中的镁、钙的沉淀率均超过90%以上,虽然镁回收率较高,但钙镁无分离效果,影响氧化镁的纯度。
5)二次热解:将步骤4)得到的滤液Ⅰ输送至第二热解反应器8中热解,经第三过滤系统6过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅱ和滤液Ⅱ;其中,二次热解的温度为90~95℃,二次热解的时间为40~60min。
6)一次煅烧:将步骤4)一次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅰ在气氛焙烧炉10中煅烧得到高纯氧化镁Ⅰ;其中,煅烧温度为900~1000℃,煅烧时间为1~3h。所得高纯氧化镁Ⅰ的纯度高于99.5%。
7)二次煅烧:将步骤5)二次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅱ在气氛焙烧炉10中煅烧得到高纯氧化镁Ⅱ;其中,煅烧温度为900~1000℃,煅烧时间为1~3h。所得高纯氧化镁Ⅱ的纯度高于98.5%。
8)二次碳化:将一次碳化产物含镁碳酸钙与二次热解所得滤液Ⅱ在碳化洗涤反应器11中混合制浆,通入二氧化碳继续碳化分离,反应完成后,经第四过滤系统7过滤得到轻质碳酸钙和含镁溶液;其中,二次热解所得滤液Ⅱ冷却至20~30℃与含镁碳酸钙混合搅拌10~20min,通入二氧化碳继续碳化分离,每升反应液对应二氧化碳的通入速率为3~6L/min,二次碳化的温度为18~25℃,二次碳化的终点pH为7.0~7.5。一次碳化中氧化镁转化率达75%,说明在优化的碳化条件下碳酸镁转换为碳酸氢镁的程度很大,滤渣的主要成分为CaCO3和MgCO3。二次热解后的滤液中含还有少量的碳酸氢盐,两者混合制浆,在优化的碳化条件下通入CO2可以使得滤渣中剩余的MgCO3转换成Mg(HCO3)2,过滤分离从而获得满足要求的轻质碳酸钙产品。
9)滤液循环:将步骤8)过滤得到的含镁溶液加入消化反应器2和/或碳化反应器3中作为溶剂循环回用;其中含镁滤液循环消化反应液固比为10~15:1、碳化反应的液固比为20~35:1。取一定量的含镁溶液代替水加入消化过程,碳酸氢根在石灰水强碱性环境下变成碳酸根,Ksp(CaCO3)<Ksp(MgCO3),即碳酸氢镁的加入使部分Ca(OH)2变成CaCO3,取一定量的滤液代替水加入碳化过程,加入的碳酸氢镁可视为已经碳化完成的Mg(OH)2。故碳酸氢镁滤液循环相当于在消化和碳化额外通入二氧化碳的效果,并不影响钙镁分离,不但减少了水资源的用量,而且还提高了氧化镁的回收率。
本实施例还包括上述方法在制备高纯氧化镁中的应用。
下面结合附图1和2及其他优选的实施例说明本发明提出的利用上述制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法。
实施例1
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料(焙砂);
(2)消化反应:取步骤(1)煅烧后物料10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送到碳化反应器中并加入200L水冷却降温,保证固液质量比在1:32,二氧化碳通入速率为10L/min,并在22℃下碳化反应1h,终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)制备的含镁滤液输送到第一热解反应器中升温至60℃并热解1h,搅拌转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)得到滤液1输送到第二热解反应器中继续升温至90℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)得到碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到硅钢氧化镁产品1,其中氧化镁产品1的纯度为99.86%,氧化钙为0.084%,氧化镁回收率为55.36%,中位粒径2.68μm,水化率3.17%,视比容4.3cm3/g,产品主要成分分析结果如表1所示,XRD分析结果如图4所示,产品衍射峰与标准氧化镁图谱一致,基本没有杂质峰;
(7)二次煅烧:将步骤(5)得到碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2的纯度为98.77%,氧化钙为0.28%,回收率为15.57%,产品主要成分分析结果见表2所示,XRD分析结果如图5所示,产品衍射峰与标准氧化镁图谱一致,没有明显杂质峰;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙渣与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于22℃混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为22℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为95.06%,XRD分析结果如图6所示,产品衍射峰与标准碳酸钙图谱基本一致,没有明显杂质峰;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比分别加入消化反应器、碳化反应器作为溶剂循环回用。
需要说明的是,硅钢级氧化镁通常要求CaO的含量小于0.3%。
表1高纯氧化镁产品1的化学分析结果
Figure BDA0001671516890000121
表2高纯氧化镁产品2的化学分析结果
Figure BDA0001671516890000122
实施例2
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)煅烧后矿粉10kg,在消化反应中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为600r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送到碳化反应器中加入200L水冷却降温,保证固液质量比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在25℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)得到的含镁滤液输送到第一热解反应器中加热升温至60℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)得到的滤液1输送到第二热解反应器中升温至90℃热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为98.32%,氧化钙为0.72%,回收率为53.13%;
(7)二次煅烧:将步骤(5)所得碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为97.25%,氧化钙为1.32%,回收率为14.36%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为25℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为94.75%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
实施例3
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为600r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送至碳化反应器中加入200L水冷却降温,保证液固质量比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并在35℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)得到的含镁滤液输送至第一热解反应器加热升温至60℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)得到的滤液1输送至第二热解反应器升温至90℃热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为97.69%,氧化钙为0.74%,回收率为52.78%;
(7)二次煅烧:将步骤(5)所得碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为96.43%,氧化钙为1.12%,回收率为14.69%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为25℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为94.91%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
实施例4
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后,采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为600r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送至碳化反应器中并加入200L水冷却降温,保证液固质量比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在22℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)热解:将步骤(3)得到的含镁滤液输送至第一热解反应器,加热升温至95℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀和滤液;
(5)煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为99.06%,氧化钙为0.31%,回收率为75.13%;
(6)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与一次热解的滤液在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为22℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为94.82%;
(7)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
实施例5
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后,采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送到碳化反应器中并加入200L水冷却降温,保证液固质量比在1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在25℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)所得含镁滤液输送至第一热解反应器加热升温至60℃并热解2.5h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)得到滤液1输送至第二热解反应器升温至90℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为98.79%,氧化钙为0.19%,回收率为58.12%;
(7)二次煅烧:将步骤(5)所得碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为98.58%,氧化钙为0.29%,回收率为11.57%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为25℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为95.12%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
实施例6
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后,采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)得到混合浆料输送至碳化反应器中并加入200L水冷却降温,保证液固质量比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在25℃下反应1h,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)中含镁滤液输送至第一热解反应器中升温至60℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)中得到滤液1输送至第二热解反应器升温至90℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在1100℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为99.78%,氧化钙为0.082%,回收率为54.95%,中位粒径4.51μm,水化率2.83%,视比容2.9cm3/g;
(7)二次煅烧:将步骤(5)所得碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为98.59%,氧化钙为0.33%,回收率为14.86%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与自来水在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为25℃,反应0.5h,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为92.15%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
实施例7
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至40目后,采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10Kg与步骤(9)所得循环滤液按质量比1:12在消化反应器中混合,并在60℃反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料
(3)碳化反应:将步骤(2)得到的混合浆料输送至碳化反应器中加入步骤(9)所得循环滤液冷却降温,保证液固质量比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在25℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)得到的含镁滤液输送至第一热解反应器中升温至60℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)所得滤液1输送至第二热解反应器中升温至90℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)所得碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛干燥炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为98.73%,氧化钙为0.45%,回收率为42.40%;
(7)二次煅烧:将步骤(5)所得碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛干燥炉在950℃下煅烧,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为97.59%,氧化钙为0.61%,回收率为14.39%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于25℃下混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为25℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为94.96%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比加入作为溶剂循环回用。
进一步,本发明还进行了其他控温条件及未经二次碳化的制备氧化镁的方法的相关研究,具体如下:
对比例1
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料(焙砂);
(2)消化反应:取步骤(1)煅烧后物料10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送到碳化反应器中,保证固液质量比在1:32,二氧化碳通入速率为10L/min,无冷却控温,碳化反应1h,终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)热解:将步骤(3)制备的含镁滤液输送到第二热解反应器中升温至90℃并热解1h,搅拌转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀和滤液;
(6)煅烧:将步骤(4)得到碱式碳酸镁产品烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到氧化镁产品,其中氧化镁产品纯度为96.93%,氧化钙为2.41%,氧化镁回收率为51.33%,中位粒径3.71μm,水化率3.66%,视比容3.1cm3/g。
对比例2
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料(焙砂);
(2)消化反应:取步骤(1)煅烧后物料10kg,在消化反应器中与水按质量比1:12混合,并在60℃条件下反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)所得混合浆料输送到碳化反应器中并加入200L水冷却降温,保证固液质量比在1:32,二氧化碳通入速率为10L/min,并在22℃下碳化反应1h,终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,仅采用板框过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;
(4)一次热解:将步骤(3)制备的含镁滤液输送到第一热解反应器中升温至60℃并热解1h,搅拌转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀1和滤液1;
(5)二次热解:将步骤(4)得到滤液1输送到第二热解反应器中继续升温至90℃并热解1h,转速为600r/min,得到碱式碳酸镁沉淀2和滤液2;
(6)一次煅烧:将步骤(4)得到碱式碳酸镁沉淀1烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧2h,得到高纯氧化镁产品1,其中氧化镁产品1纯度为98.96%,氧化钙为0.48%,氧化镁回收率为57.19%;
(7)二次煅烧:将步骤(5)得到碱式碳酸镁沉淀2烘干后,采用气氛焙烧炉在950℃下煅烧,得到高纯氧化镁产品2;其中氧化镁产品2纯度为98.77%,氧化钙为0.69%,回收率为14.58%;
(8)二次碳化:将碳化反应产物含镁碳酸钙渣与二次热解滤液2在碳化洗涤反应器中于22℃混合制浆,保证液固比为1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,转速为600r/min,碳化温度为22℃,反应0.5h,反应终点pH=7.3,得到碳酸钙产品,其中CaCO3含量为94.27%;
(9)滤液循环:将过滤后的碳酸氢镁溶液按消化、碳化液固比分别加入消化反应器、碳化反应器作为溶剂循环回用。
对比例3
一种利用制备高纯氧化镁的装置以白云石为原料制备高纯氧化镁的方法,包括以下步骤:
(1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎至200目后,采用焙烧炉在1000℃高温下煅烧3h得到氧化钙氧化镁混合物料;
(2)消化反应:取步骤(1)烧后矿粉10Kg与水按质量比1:12在消化反应器中混合,并在60℃反应1h,转速为500r/min,得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
(3)碳化反应:将步骤(2)得到的混合浆料输送至碳化反应器中,保证液固比:1:30,二氧化碳通入速率为10L/min,并且在30℃下反应1h,反应终点pH=7.6,转速为600r/min,碳化完成后,依次采用板框过滤机、陶瓷膜过滤机过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;其中,滤渣CaCO3含量为74.96%,Mg含量为6.7%。
由实施例1及对比例1~3比较可知,对碳化过程的精准控温并辅以陶瓷膜精过滤操作,可大幅降低产品中的钙含量,得到钙含量极低的高纯氧化镁产品,且分段低温热解所得到的氧化镁产品,粒径更小,且视比容更大;此外,对所得含镁碳酸钙渣进行二次碳化,也可大幅提高碳酸钙的品质,且有利于镁的循环回收。
本发明的有益效果还包括:
(1)本发明提出了一套由焙烧炉、消化反应器、碳化反应器、过滤机、热解反应器、气氛焙烧炉、碳化洗涤反应器等设备组成的高纯氧化镁的生产装置,该装置可对消化、碳化、热解温度精准调控,实现钙、镁离子的高效分离,在不加入其它添加剂的情况下能获得高纯度的氧化镁产物,工艺流程简单,成本较低。
(2)本发明基于对碳化温度、pH的调控,设计了一种新颖的白云石碳化反应器,具有温度、pH等参数的精准调控功能,设备结构示意图见图3所示。白云石消化段温度相对较高且碳化过程属于放热过程,因此,为严格调控碳化段温度,本发明在碳化反应器中引入了冷却装置,该装置通过冷却介质流量的精准调节,实现对碳化过程温度的严格控制,进而保证生产过程中的钙镁分离效率。
(3)本发明对热解液的循环利用,不但实现了生产过程中水资源的高效利用,节约成本,更重要的是,基于热解液中部分碳酸氢盐,高效的实现对碳酸钙渣中镁的洗涤溶出,较大程度上提升了轻质碳酸钙的品质和镁的回收率。
(4)本发明中对碳化浆料采用粗过滤+精过滤的方式,特别是采用陶瓷膜精过滤操作实现了纳米尺寸碳酸钙微细颗粒的去除,有利于保证氧化镁产品的品质。
(5)本发明通过对滤渣在优化条件下的再次碳化洗涤能够获得轻质碳酸钙产品,解决了碳化法副产物碳酸钙含镁高而无法利用的问题。
综上所述,本发明通过设备的创新设计、组合及精准调控,在无需借助化学试剂的条件下,实现了高纯度的氧化镁产品的低成本制备,并通过热解液洗涤、回用等工艺创新,进一步提升了副产轻质碳酸钙的品质以及镁的回收率,使白云石资源实现了经济高效利用,具有十分广阔的市场前景。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种以白云石为原料制备高纯氧化镁的装置,其特征在于,包括焙烧炉、消化反应器、碳化反应器、第一过滤系统、第二过滤系统、第三过滤系统、第一热解反应器、第二热解反应器、气氛焙烧炉、碳化洗涤反应器;其中:
所述焙烧炉的出料口与所述消化反应器的进料口相连,所述焙烧炉的出气口与所述碳化反应器的进气口相连,所述消化反应器的出料口与所述碳化反应器的进料口相连,所述碳化反应器的出料口与所述第一过滤系统的进料口相连,所述第一过滤系统的液体出料口与所述第一热解反应器的进料口相连,所述第一过滤系统的固体出料口与所述碳化洗涤反应器的进料口相连;
所述第一热解反应器的出料口与所述第二过滤系统的进料口相连,所述第二过滤系统的液体出料口与所述第二热解器的进料口相连,所述第二过滤系统的固体出料口与所述气氛焙烧炉的进料口相连,所述第二热解反应器的出料口与所述第三过滤系统的进料口相连,所述第三过滤系统的固体出料口与所述气氛焙烧炉的进料口相连;
所述碳化反应器包括容器本体、内管和冷凝管,内管固定在容器本体的空腔内,内管与容器本体的底部构成进料腔体,冷凝管设在内管与容器本体之间,冷凝管包括冷凝介质入口和冷凝介质出口;
所述第一过滤系统包括第一过滤设备和第二过滤设备,所述第一过滤设备的液体出料口与所述第二过滤设备的进料口连接,所述第一过滤设备的进料口与所述碳化反应器连接;所述第二过滤设备的出料口与所述第一热解反应器的进料口相连;和/或,所述第二过滤设备为陶瓷膜过滤机,所述陶瓷膜过滤机的膜孔径为10~100nm。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述碳化洗涤反应器的进料口与所述第三过滤系统的液体出料口及所述气氛焙烧炉的出气口相连;和/或,还包括第四过滤系统,所述第四过滤系统的进料口与所述碳化洗涤反应器的出料口相连,所述第四过滤系统的液体出料口与所述消化反应器和/或碳化反应器的进料口相连。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述碳化反应器设有pH监测仪。
4.一种利用权利要求1~3任一项所述的装置制备高纯氧化镁的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)白云石煅烧:将白云石矿石粉碎后,在焙烧炉中煅烧得到氧化钙氧化镁混合物料;
2)消化反应:将煅烧所得物料在消化反应器中加水混合制浆,水化得到氢氧化镁与氢氧化钙混合浆料;
3)一次碳化:将步骤2)制备的浆料送到碳化反应器中加水冷却降温,通入二氧化碳进行碳化分离,碳化完成后过滤得到含镁碳酸钙渣和含镁滤液;所述一次碳化的温度为18~25℃;
4)一次热解:将步骤3)制备的含镁滤液在第一热解反应器中热解,过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅰ和滤液Ⅰ;
5)二次热解:将步骤4)得到的滤液Ⅰ输送至第二热解反应器中热解,过滤得到碱式碳酸镁沉淀Ⅱ和滤液Ⅱ;
6)一次煅烧:将步骤4)一次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅰ在气氛焙烧炉中煅烧得到高纯氧化镁Ⅰ;
7)二次煅烧:将步骤5)二次热解所得碱式碳酸镁沉淀Ⅱ在气氛焙烧炉中煅烧得到高纯氧化镁Ⅱ。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤7)之后包括:
8)二次碳化:将一次碳化产物含镁碳酸钙与二次热解所得滤液Ⅱ在碳化洗涤反应器中混合制浆,通入二氧化碳继续碳化分离,反应完成后,过滤得到轻质碳酸钙和含镁溶液;
和/或,在步骤8)之后还包括:
9)滤液循环:将步骤8)过滤得到的含镁溶液加入消化反应器和/或碳化反应器中作为溶剂循环回用。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,所述水与所述物料的液固比为10~15:1;和/或,所述消化反应的温度为55~65℃;和/或,所述消化反应的时间为40~60min。
7.根据权利要求4~6任一项所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,所述浆料按液固质量比20~35:1加水冷却降温;和/或,所述一次碳化的终点pH为7.4~7.8;和/或,每立方米反应液对应二氧化碳的通入速率为5~150L/min。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤4)中,所述一次热解的温度为55~65℃,所述一次热解的时间为40~60min;和/或,在步骤5)中,所述二次热解的温度为90~95℃,所述二次热解的时间为40~60min;和/或,在步骤8)中,二次热解所得滤液Ⅱ冷却至20~30℃与所述含镁碳酸钙混合搅拌10~20min,通入二氧化碳继续碳化分离,每升反应液对应二氧化碳的通入速率为3~6L/min,所述二次碳化的温度为18~25℃,所述二次碳化的终点pH为7.0~7.5。
9.根据权利要求1~3任一项所述的装置或权利要求4~8任一项所述的方法在制备高纯氧化镁中的应用。
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