CN110436490A - 一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法 - Google Patents

一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，属于无机非金属材料技术领域。该方法是将亚硫酸镁和氧化镁按一定质量比置于高压反应釜中，在持续通入氧气条件下进行水热反应，可以直接制备出硫氧镁短纤维材料。本发明采用的亚硫酸镁原料为镁法烟气脱硫过程中产生的亚硫酸镁副产品，不仅实现镁法烟气脱硫副产物亚硫酸镁的清洁化和资源化利用，而且还能获得性能优异的硫氧镁短纤维材料，所述硫氧镁短纤维材料具有易分散、长度均匀和尺寸细小等特点；且本发明生产流程短、成本低、原料易得、无“三废”排放，对于我国镁法烟气脱硫工艺的清洁化生产意义重大。

Description

一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤 维材料的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，本发明公开了一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法。
背景技术
晶须是一种高纯度针状纤维材料。晶须的直径细小、长径比较大、结晶比较完善，内部几乎不存在普通晶体材料所含有的缺陷晶界、位错、空穴等，其原子排列高度有序，且强度接近原子结合力的极限，可以作为一种高强度、高模量和耐热性优异新型复合材料的增强剂。
近年来，随着镁盐晶须研究的逐渐深入，硫氧镁晶须备受重视，尤其是利用硫氧镁晶须通过高温焙烧可以生成氧化镁晶须，从而使镁盐晶须材料的应用领域进一步扩展。
随着我国大气治理力度的提高，氧化镁湿法烟气脱硫技术备受关注，目前镁法烟气脱硫工艺在日本和中国台湾等地应用的较多，但受镁法烟气脱硫产物的影响，在我国始终没有得到大规模推广。因此，本发明基于镁法烟气脱硫工艺的清洁化实际问题出发，以提高镁法烟气脱硫副产品亚硫酸镁的清洁化、规模化和资源化利用为目标首次提出了利用亚硫酸镁一部分直接制备硫氧镁晶须新工艺。目前，为了实现氧化镁烟气脱硫副产品亚硫酸镁的回收利用，通常采用以下两种方法：第一种方法是通过强制氧化把副产品全部氧化成硫酸镁，浓缩后作镁肥，该方法不仅能耗和成本高，且应用量有限；第二种方法是通过焙烧的方式，将硫氧镁转化为氧化镁，然后在将SO2制造硫酸，而氧化镁进行再次脱硫，虽然该方法可以实现资源循环利用，但生产流程繁琐，成本较高，对环境污染较大，尤其是设备腐蚀较为严重。因此，本发明对脱硫副产物的高值化利用的提供了一条新的途径。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，该方法是集亚硫酸镁快速氧化反应、氧化镁水化反应、硫氧镁相合成反应和硫氧镁晶体取向生长调控等技术一体化的过程，从而最大限度的减少了中间控制环节，不仅节约了能源，降低了生产成本；而且显著简化了生产流程。本发明可以极大促进我国镁法烟气脱硫工艺的清洁化技术水平，有利于推进我国镁盐工业的技术进步。
本发明的技术方案为：
一种利用镁法烟气脱硫产物亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，包括下列步骤：
(1)研磨亚硫酸镁和氧化镁固体，将亚硫酸镁和氧化镁按照质量比为 1:6～4:1混合后，置于高压反应釜中；
(2)按4:1～10:1的液固比向高压反应釜中加入水，同时向高压反应釜中通入氧气，在恒定搅拌速率下进行水热反应；其中，水热反应温度为120～200℃，反应时间为2～8h；
(3)反应结束后进行固液分离、干燥，得到硫氧镁短纤维材料。所述步骤 (1)中，亚硫酸镁和氧化镁颗粒粒度≤74μm。
所述步骤(2)中，反应过程中通入氧气的压力为0.2～1MPa；高压反应釜内的搅拌速率为300～800r/min。
本发明主要过程的基本原理如下：
亚硫酸镁在液相条件下和氧气反应，生成硫酸镁；同时，氧化镁和水反应，生产氢氧化镁；在反应釜中硫酸镁和氢氧化镁反应制备得到硫氧镁晶须，反应方程式如下：
MgSO3+O2→MgSO4
MgO+H2O→Mg(OH)2
MgSO4+mMg(OH)2+nH2O→MgSO4·mMg(OH)2·nH2O
(m、n的值由原料配比决定)。
本发明的有益效果：本发明集亚硫酸镁氧化、氧化镁水解、硫氧镁合成和硫氧镁晶体取向生长技术一体化，利用亚硫酸镁一步法直接制备长径比较大的硫氧镁晶须，减少了中间控制环节，节约了能源，降低了生产成本；而且显著简化了生产流程。本发明不仅有效利用了镁法烟气脱硫中产生的大量亚硫酸镁，还可以利用其它行业的亚硫酸镁资源，得到的硫氧镁短纤维材料性能优越，极大提高了产品附加值；对于我国镁法烟气脱硫资源循环和亚硫酸镁产业均具有重要的现实意义。另外，本发明得到的硫氧镁短纤维材料具有易分散、长度均匀(20～60μm)和尺寸细小(直径0.2～0.6μm)等特点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为74μm，质量比为4:1混合，按液固比4:1向反应釜中加入去离子水，在300r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为120℃、氧气压力为0.2MPa，水热反应2h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例2：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为60μm，质量比为3:1混合，按液固比6:1向反应釜中加入去离子水，以400r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为120℃、氧气压力为0.3MPa，水热反应3h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例3：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为64μm，质量比为2:1混合，按液固比5:1向反应釜中加入去离子水，以500r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为130℃、氧气压力为0.4MPa，水热反应4h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例4：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为55μm，质量比为1:1混合，按液固比4:1向反应釜中加入去离子水，以600r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为140℃、氧气压力为0.5MPa，水热反应5h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例5：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为50μm，质量比为1:2混合，按液固比4:1向反应釜中加入去离子水，以300r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为150℃、氧气压力为0.6MPa，水热反应6h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例6：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为46μm，质量比为1:3混合，按液固比5:1向反应釜中加入去离子水，以400r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为160℃、氧气压力为0.7MPa，水热反应7h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例7：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为40μm，质量比为1:4混合，按液固比6:1向反应釜中加入去离子水，以500r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为170℃、氧气压力为0.8MPa，水热反应8h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例8：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为42μm，质量比为1:5混合，按液固比7:1向反应釜中加入去离子水，以700r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为180℃、氧气压力为0.9MPa，水热反应5h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例9：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为74μm，质量比为1:6混合，按液固比8:1向反应釜中加入去离子水，以800r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为190℃、氧气压力为1.0MPa，水热反应6h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。
实施例10：
将亚硫酸镁与氧化镁固体研磨至粒径尺寸为64μm，质量比为1:6混合，按液固比4:1向反应釜中加入去离子水，以800r/min搅拌速度下通入氧气，控制反应温度为200℃、氧气压力为1.0MPa，水热反应8h后进行固液分离，固体经干燥得到硫氧镁短纤维材料。该工艺过程得到的硫氧镁短纤维材料，长径比大于50，过滤后液体可以循环使用。

Claims (5)

1.一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)分别研磨亚硫酸镁和氧化镁固体，将亚硫酸镁和氧化镁按照质量比为1:6～4:1混合后，置于高压反应釜中；
(2)按4:1～10:1的液固比向高压反应釜中加入水，并向高压反应釜中通入氧气，在恒定搅拌速率下进行水热反应；其中，水热反应温度为120～200℃，反应时间为2～8h；
(3)反应结束后进行固液分离和干燥，得到硫氧镁短纤维材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，亚硫酸镁和氧化镁颗粒粒度为≤74μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通入氧气的压力为0.2～1MPa。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应釜内的搅拌速率为300～800r/min。
5.根据权利要求3所述的一种利用亚硫酸镁一步法制备硫氧镁短纤维材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应釜内的搅拌速率为300～800r/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103588231A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 童裳慧 制备硫酸镁的方法
CN104805495A (zh) * 2015-04-15 2015-07-29 中国科学院广州地球化学研究所 一种利用镁法烟气脱硫副产料浆制备碱式硫酸镁晶须的方法
CN106517267A (zh) * 2016-11-10 2017-03-22 中国科学院青海盐湖研究所 碱式硫酸镁晶须的制备方法

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