CN110759366B - 一种硫酸镁制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸镁制备方法，包括溶解、过滤、转入结晶罐、第一阶段结晶、第二阶段结晶、第三阶段结晶等步骤，本发明通过综合控制硫酸镁结晶过程中的浓度、降温速度、搅拌速度、晶种大小、晶种加入时间、晶种加入温度及加入量等因素，选择合适的温度加入晶种，在加入晶种后，适当增大搅拌速度，制备出了粒径范围为4～9mm的大粒径七水合硫酸镁晶体，工艺设备简单，易于操作，生产成本低。本发明采用冷风烘干的方式对离心过滤后的硫酸镁颗粒进行干燥，所得大粒径七水合硫酸镁产品不易潮解、板结，在放置过程中不易出现风化等问题，产品性能优异。
Description
技术领域
本发明属于晶体生产制造领域，具体涉及一种硫酸镁制备方法。
背景技术
七水合硫酸镁又名硫苦、苦盐、泻利盐、泻盐，为白色或无色细小的斜状或斜柱状结晶，七水合硫酸镁用途广泛，主要用于工业、农业、食品、饲料、医药、肥料等方面，在印染行业中作为棉、丝的加重剂和木棉制品的填料；用于瓷器、颜料和防火材料的制造，在医药方面可用作泄剂，在微生物工业中作为培养基成分，同时还可用作酿造添加剂、农业上的镁肥等，是一种重要的化工原材料。
工业上生产七水合硫酸镁的方法主要有硫酸法、海湖苦卤法、苦卤复晒法、高温盐溶浸法、震荡转化法以及碳酸化法、二氧化硫催化法、副产法等，但是受生产条件的制约，所获得的七水合硫酸镁晶体粒径较小，通常在0.3～3mm之间，现有技术难以获得粒径更大且分布均匀的七水合硫酸镁晶体颗粒。然而，七水合硫酸镁产品由于粒径较小，比表面积大，容易出现吸潮、板结等现象，在空气中容易出现风化脱水，影响产品应用性能。目前针对七水合硫酸镁生产方法的研究，多是关于简化生产工艺、提高产品收率和纯度、降低生产成本等方面的研究，对于生产不同粒径的七水合硫酸镁晶体的方法尚未见报道，因此，需要开发一种大粒径七水合硫酸镁晶体的生产方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种硫酸镁制备方法，本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种硫酸镁制备方法，包括以下步骤：
（1）溶解：先将浓度为23～30波美度的硫酸镁溶液加入到反应罐中，再依次将浓硫酸、菱苦土加入到反应罐中，于90～98℃搅拌溶解，获得浓度为42～48波美度的硫酸镁溶液；
（2）过滤：将步骤（1）获得的溶液过滤除去不溶物；
（3）转入结晶罐：将步骤（2）获得的溶液加入结晶罐中，控制结晶罐中溶液温度为75～93℃；
（4）第一阶段结晶：开启搅拌装置和降温装置，对结晶罐中的溶液进行降温，当溶液温度降至64～66.8℃时，降低搅拌速度和降温速度，对溶液进行降温结晶；
（5）第二阶段结晶：当溶液温度降至48.2～49.7℃时，将粒径为0.3～3mm的七水合硫酸镁晶体加入反应罐中，晶体加入量为36～45kg/吨溶液，在该温度下搅拌3.5～7小时，同时降低降温速度，增大搅拌速度，使溶液降温速度为每小时0.2～0.5℃，进行二次结晶；
（6）第三阶段 结晶：当溶液温度降至45.5～47.2℃时，调整搅拌速度和降温速度，控制溶液降温速度为每小时0.3～1℃，搅拌降温5～11小时。
（7）离心过滤：当溶液温度降至41.2～44.6℃时，从结晶罐中取出，进行离心过滤，获得晶体，并将离心后的母液收集待用；
（8）将上步获得的晶体进行冷风烘干，称重装袋，即得粒径为4～9mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
本发明的技术方案还包括，所述菱苦土中氧化镁的含量大于82%，所述浓硫酸的浓度不低于95%。
本发明的技术方案还包括，（4）第一阶段结晶步骤中，所述搅拌速度为20～45转/分钟。
本发明的技术方案还包括，（5）第二阶段结晶步骤中，所述搅拌速度为47～55转/分钟。
本发明的技术方案还包括，（6）第三阶段结晶步骤中，所述搅拌速度为20～54转/分钟。
本发明的技术方案还包括，所述母液可作为硫酸镁溶液循环利用于（1）溶解步骤中。
本发明的技术方案还包括，所述冷风烘干所采用冷风温度不超过45℃。
本发明具有以下有益效果：
在晶体制备过程中，为了获得粒径较大的晶体，通常采用的操作时降低降温速度和搅拌速度，本发明通过综合控制硫酸镁结晶过程中的浓度、降温速度、搅拌速度、晶种大小、晶种加入温度及加入量等因素，在加入晶种后，适当增大搅拌速度，制备出了粒径范围为4～9mm，并且粒径均匀的大颗粒七水合硫酸镁晶体，解决了现有技术只能制备粒径在3mm以内的小颗粒晶体的问题。本发明提供的硫酸镁制备方法，工艺设备简单，易于操作，生产成本低；本发明采用冷风烘干的方式对离心过滤后的硫酸镁颗粒进行干燥，所得大粒径七水合硫酸镁产品不易潮解、板结，在放置过程中不易出现风化等问题，产品性能优异。
具体实施方式
体现发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的描述在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
晶体在溶液中形成的过程称为结晶，结晶的方法主要分为两类：一种是蒸发溶剂法，将溶液蒸发达到过饱和而结晶，这类方法主要适用于溶解度随温度变化不大的物质，如氯化钠、碳酸钾等；另一种是冷却热饱和溶液法，使溶液冷却达到过饱和而结晶，用于溶解度随温度下降而显著减小的物质，如硝酸钾、硝酸钠、硫酸镁等，本发明即采用冷却热饱和溶液的方法生产大粒径七水硫酸镁晶体。
结晶主要分为两个阶段，即晶核的形成和晶核的成长，两者通常是同时进行的，但也多少可以独立地加以控制。通常认为，在缓慢冷却时，可得较大和较完整的晶体；而迅速冷却及剧烈搅拌时，往往得到细小晶体。本发明通过综合控制硫酸镁结晶过程中的浓度、降温速度、搅拌速度、晶种大小、晶种加入温度及加入量等因素，选择合适的晶种加入温度，在加入晶种后，适当增大搅拌速度，制备出了粒径范围为4～9mm，并且粒径均匀的大颗粒七水合硫酸镁晶体，解决了现有技术只能制备粒径在3mm以内的小颗粒晶体的问题。下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种硫酸镁制备方法，包括以下步骤：
（1）溶解：先将浓度为24波美度的硫酸镁溶液加入到反应罐中，再依次将98%浓硫酸、菱苦土加入到反应罐中，于95℃搅拌溶解，获得浓度为45波美度的硫酸镁溶液，其中，菱苦土中氧化镁的含量为92%；
（2）过滤：将步骤（1）获得的溶液过滤除去不溶物；
（3）转入结晶罐：将步骤（2）获得的溶液加入结晶罐中，控制结晶罐中溶液温度为80～85℃；
（4）第一阶段结晶：开启搅拌装置和冷风、冷凝水，对结晶罐中的溶液进行降温，当溶液温度降至64℃时，关闭冷风，同时将搅拌速度调整为45转/分钟，对溶液进行降温结晶，使硫酸镁溶液达到最大饱和度，形成良好的细微结晶；
（5）第二阶段结晶：当溶液温度降至48.3℃时，将粒径为0.3～1mm的七水合硫酸镁晶体加入反应罐中，晶体加入量为37kg/吨溶液，在该温度下搅拌3.5小时，同时调整冷风、冷凝水参数，将搅拌速度调整为55转/分钟，使溶液在这一阶段降温幅度为2～2.5℃，使得体系中的细微结晶以晶种为核心，均匀长大；
（6）第三阶段 结晶：当溶液温度降至46℃时，将搅拌速度调整为30转/分钟，同时调整冷风、冷凝水参数以控制溶液降温速度为每小时0.5℃，搅拌降温7小时。
（7）离心过滤：当溶液温度降至42.5℃时，从结晶罐中取出，进行离心过滤，获得晶体，并将离心后的母液收集待用，测定离心后的母液浓度为28.2波美度，可做为原料用于后续的晶体生产中；
（8）将上步获得的晶体进行冷风烘干，所采用的冷风温度设置为40℃，烘干完毕，称重装袋，即得粒径为4～5mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
实施例2
一种硫酸镁制备方法，包括以下步骤：
（1）溶解：先将实施例1获得的浓度为28.2波美度的母液作为硫酸镁溶液加入到反应罐中，再依次将98%浓硫酸、菱苦土加入到反应罐中，于90℃搅拌溶解，获得浓度为47波美度的硫酸镁溶液，其中，菱苦土中氧化镁的含量为90%；
（2）过滤：将步骤（1）获得的溶液过滤除去不溶物；
（3）转入结晶罐：将步骤（2）获得的溶液加入结晶罐中，控制结晶罐中溶液温度为87～92℃；
（4）第一阶段结晶：开启搅拌装置和冷风、冷凝水，对结晶罐中的溶液进行降温，当溶液温度降至66.5℃时，关闭冷风，同时将搅拌速度调整为30转/分钟，对溶液进行降温结晶，使硫酸镁溶液达到最大饱和度，形成良好的细微结晶；
（5）第二阶段结晶：当溶液温度降至49℃时，将粒径为1～2mm的七水合硫酸镁晶体加入反应罐中，晶体加入量为40kg/吨溶液，在该温度下搅拌5小时，同时调整冷风、冷凝水参数，将搅拌速度调整为47转/分钟，使溶液在这一阶段降温幅度为3～4℃，使得体系中的细微结晶以晶种为核心，均匀长大；
（6）第三阶段 结晶：当溶液温度降至45.5℃时，将搅拌速度调整为45转/分钟，同时调整冷风、冷凝水参数以控制溶液降温速度为每小时0.4℃，搅拌降温9小时。
（7）离心过滤：当溶液温度降至41.9℃时，从结晶罐中取出，进行离心过滤，获得晶体，并将离心后的母液收集待用，测定离心后的母液浓度为25.3波美度，可做为原料用于后续的晶体生产中；
（8）将上步获得的晶体进行冷风烘干，所采用的冷风温度设置为45℃，烘干完毕，称重装袋，即得粒径为6～7mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
实施例3
一种硫酸镁制备方法，包括以下步骤：
（1）溶解：先将实施例2获得的浓度为25.3波美度的母液作为硫酸镁溶液加入到反应罐中，再依次将98%浓硫酸、菱苦土加入到反应罐中，于97℃搅拌溶解，获得浓度为43.6波美度的硫酸镁溶液，其中，菱苦土中氧化镁的含量为85%；
（2）过滤：将步骤（1）获得的溶液过滤除去不溶物；
（3）转入结晶罐：将步骤（2）获得的溶液加入结晶罐中，控制结晶罐中溶液温度为75～80℃；
（4）第一阶段结晶：开启搅拌装置和冷风、冷凝水，对结晶罐中的溶液进行降温，当溶液温度降至65.4℃时，关闭冷风，同时将搅拌速度调整为26转/分钟，对溶液进行降温结晶，使硫酸镁溶液达到最大饱和度，形成良好的细微结晶；
（5）第二阶段结晶：当溶液温度降至49.6℃时，将粒径为2～3mm的七水合硫酸镁晶体加入反应罐中，晶体加入量为45kg/吨溶液，在该温度下搅拌6小时，同时调整冷风、冷凝水参数，将搅拌速度调整为50转/分钟，使溶液在这一阶段降温幅度为2～2.5℃，使得体系中的细微结晶以晶种为核心，均匀长大；
（6）第三阶段 结晶：当溶液温度降至47.2℃时，将搅拌速度调整为40转/分钟，同时调整冷风、冷凝水参数以控制溶液降温速度为每小时0.5℃，搅拌降温8小时。
（7）离心过滤：当溶液温度降至43.2℃时，从结晶罐中取出，进行离心过滤，获得晶体，并将离心后的母液收集待用，测定离心后的母液浓度为24.7波美度，可做为原料用于后续的晶体生产中；
（8）将上步获得的晶体进行冷风烘干，所采用的冷风温度设置为35℃，烘干完毕，称重装袋，即得粒径为7～8mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
对比例1
同实施例1，区别在于步骤（5）第二阶段结晶中，搅拌速度调整为20转/分钟。
对比例2
同实施例2，区别在于溶液温度为50℃时加入晶种。
根据实施例1-3及对比例1-2的具体工艺步骤，所得七水合硫酸镁晶体的指标如表1所示。
表1 实施例及对比例中七水合硫酸镁晶体的检测指标
由表1中数据可看出，实施例及对比例的七水硫酸镁均符合工业七水硫酸镁的质量标准，但是在粒径方面，实施例1-3获得的七水合硫酸镁晶体均为大粒径晶体，而对比例1和2，仅降低结晶过程中的搅拌速度，或者改变晶种加入温度，则无法获得大粒径晶体，所得产品仍为常规的0.3-3mm范围内的晶体。因此，本发明通过综合控制硫酸镁结晶过程中的浓度、降温速度、搅拌速度、晶种大小、晶种加入温度及加入量等因素，在加入晶种后，适当增大搅拌速度，选择合适的晶种加入温度，制备出了粒径范围为4～9mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，在不脱离本发明精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种硫酸镁制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）溶解：先将浓度为23～30波美度的硫酸镁溶液加入到反应罐中，再依次将浓硫酸、菱苦土加入到反应罐中，于90～98℃搅拌溶解，获得浓度为42～48波美度的硫酸镁溶液；
（2）过滤：将步骤（1）获得的溶液过滤除去不溶物；
（3）转入结晶罐：将步骤（2）获得的溶液加入结晶罐中，控制结晶罐中溶液温度为75～93℃；
（4）第一阶段结晶：开启搅拌装置和降温装置，对结晶罐中的溶液进行降温，当溶液温度降至64～66.8℃时，降低搅拌速度和降温速度，搅拌速度为20～45转/分钟，对溶液进行降温结晶；
（5）第二阶段结晶：当溶液温度降至48.2～49.7℃时，将粒径为0.3～3mm的七水合硫酸镁晶体加入反应罐中，晶体加入量为36～45kg/吨溶液，在该温度下搅拌3.5～7小时，同时降低降温速度，增大搅拌速度，使溶液降温速度为每小时0.2～0.5℃，搅拌速度为47～55转/分钟，进行二次结晶；
（6）第三阶段 结晶：当溶液温度降至45.5～47.2℃时，调整搅拌速度和降温速度，控制溶液降温速度为每小时0.3～1℃，搅拌速度为20～54转/分钟，搅拌降温5～11小时；
（7）离心过滤：当溶液温度降至41.2～44.6℃时，从结晶罐中取出，进行离心过滤，获得晶体，并将离心后的母液收集待用；
（8）将上步获得的晶体进行冷风烘干，称重装袋，即得粒径为4～9mm的大粒径七水合硫酸镁晶体。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸镁制备方法，其特征在于，所述菱苦土中氧化镁的含量大于82%，所述浓硫酸的浓度不低于95%。
3.根据权利要求1所述的一种硫酸镁制备方法，其特征在于，所述母液可作为硫酸镁溶液循环利用于（1）溶解步骤中。
4.根据权利要求1所述的一种硫酸镁制备方法，其特征在于，所述冷风烘干所采用冷风温度不超过45℃。
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