CN111017967A - 一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺 - Google Patents

一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺 Download PDF

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陈仕奇
李连会
邢煊
毕立亨
冯彩段
孙孟勇
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Hebei Meishen Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺，涉及化工、光学、食品及医药技术领域；包括以轻烧氧化镁、硫酸、CO2、水为原料，制备高纯碳酸镁和高纯氧化镁；具体的步骤如下：步骤一：蒸馏工序；步骤二：打浆工序；步骤三：制备沉淀剂；步骤四：合成工序；步骤五：热解工序；步骤六：烘干、煅烧；本发明以轻烧氧化镁、硫酸、CO2和水为原料，经化合反应制备出中间体高纯碳酸镁，再进行煅烧，制得高纯氧化镁。本发明制得的高纯氧化镁纯度可达99.9％，且工艺绿色环保，除少量废渣需要处理外，其它物料已经实现循环利用。

Description

一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺
技术领域
本发明属于化工、光学、食品及医药技术领域，具体涉及一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺。
背景技术
目前报道的高纯氧化镁制备的方法主要是以氯化镁、硫酸镁为原料，利用纯碱法或者氨法制备，但不论是纯碱法还是氨法生产的高纯氧化镁，产品中的杂质(CaO、SO4 2-、Cl-)含量往往过高，其MgO含量均达不到99.9％的超高纯级。
发明内容
为解决现有的问题；本发明的目的在于提供一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺。
本发明的一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺，包括以轻烧氧化镁、硫酸、CO2、水为原料，制备高纯碳酸镁和高纯氧化镁；具体的步骤如下：
步骤一：蒸馏工序：以合成工序回收的硫酸铵母液与轻烧氧化镁为原料，混合加热反应，生成氧化镁、其它硫酸盐以及氨气；硫酸铵与轻烧氧化镁摩尔比控制在1:1～1:1.1，硫酸铵母液0.8～1.2mol/L，反应温度85～100℃，反应时间4～7h，搅拌速度30～60rpm；回收氨气和稀镁浆，此时稀镁浆中硫酸镁的浓度为1.2～1.8mol/L；
步骤二：打浆工序：加入硫酸和轻烧氧化镁反应，增加稀镁浆中硫酸镁含量，并除去其它金属杂质；以工序结束后反应液硫酸镁浓度为2.5mol/L计算，称取定量的硫酸和轻烧氧化镁反应，轻烧氧化镁的添加摩尔量为硫酸的1.05～1.3倍；将硫酸均匀加入到轻烧氧化镁和稀镁浆的混合液中，使反应液pH值稳定在8-10，搅拌速度30～60rpm，反应温度70～100℃；加酸完毕后，加入沉淀剂，升温至沸腾，恒温1～2h，搅拌速度20～30rpm；加酸过程中杂离子会和游离的OH-反应生成沉淀，但要达到技术要求需要二次净化；
步骤三：制备沉淀剂：将CO2通入蒸馏工序回收的氨水中形成适当浓度的碳化氨水溶液，再加入一定量的碳酸氢铵制成沉淀剂；沉淀剂中的CO2摩尔数占总铵摩尔数的45％～55％，沉淀剂浓度以铵计为4.0～5.5mol/L，反应温度为常温；
步骤四：合成工序：将硫酸镁溶液加热至一定温度后快速添加到已经加热完毕的沉淀剂中，进行复分解反应；硫酸镁溶液及沉淀剂的摩尔浓度控制在1.8～2.2mol/L，硫酸镁与沉淀剂的反应摩尔比为1:0.9～1:1.1，加料速度为60～100L/s，搅拌时间为120～300s，搅拌速度为30～45rpm，反应温度46～60℃，静态陈化时间1.5～3h；
将陈化好的物料进行离心分离，得到碱式碳酸镁滤料，同时回收母液；洗涤时应把碱式碳酸镁晶体表面附着的硫酸盐洗尽；
步骤五：热解工序：将洗净的碱式碳酸镁打浆后加热到90～100℃，恒温15～30min，搅拌速度20～40rmp；在此过程，碱式碳酸镁晶型会从4:1:8形态转化为更为稳定的4:1:5形态，且晶间包裹的硫酸盐也会释放到热解液中；
热解完成后，进行二次洗涤应洗尽附着在碱式碳酸镁晶体表面的硫酸盐；
步骤六：烘干、煅烧：
a.将洗涤好的碱式碳酸镁物料在140℃下烘干，得到高纯碱式碳酸镁；
b.将烘干后的碱式碳酸镁送至煅烧窑中，850～900℃煅烧6～8h，制得MgO含量>99.9％的超高纯氧化镁。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
以轻烧氧化镁、硫酸、CO2和水为原料，经化合反应制备出中间体高纯碳酸镁，再进行煅烧，制得高纯氧化镁。本发明制得的高纯氧化镁纯度可达99.9％，且工艺绿色环保，除少量废渣需要处理外，其它物料已经实现循环利用。
具体实施方式
本具体实施方式采用以下技术方案：包括以轻烧氧化镁(含有CaO、MnO、FeO、Fe2O3、Al2O3等杂质)、硫酸、CO2、水为原料，制备高纯碳酸镁和高纯氧化镁；
涉及的反应机理为：
(1)、蒸馏工序：
MgO+(NH4)2SO4→Mg2++SO4 2-+2NH3↑+H2O
CaO+(NH4)2SO4→CaSO4↓+2NH3↑+H2O
ZxOy+y(NH4)2SO4→xZ(2y/x)++ySO4 2-+2yNH3↑+yH2O
(2)、打浆工序：
MgO+H2SO4→Mg2++SO4 2-+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4↓+H2O
ZxOy+yH2SO4→xZ(2y/x)++ySO4 2-+yH2O
(Ca2+、Z(2y/x)+)+沉淀剂→沉淀↓
(3)、配制沉淀剂：
3NH3·H2O+CO2→(NH4)2CO3·NH3·H2O+H2O
(NH4)2CO3·NH3·H2O+NH4HCO3→2(NH4)2CO3
(4)、合成工序：
5Mg2++4CO3 2-+2OH-+8H2O→(MgCO3)4·Mg(OH)2·(H2O)8↓
(5)、热解工序：
(MgCO3)4·Mg(OH)2·(H2O)8→(MgCO3)4·Mg(OH)2·(H2O)5+3H2O
(6)、煅烧工序：
(MgCO3)4·Mg(OH)2·(H2O)5→4MgO+4CO2↑+6H2O↑
注：以ZxOy代指轻烧氧化镁中的除MgO、CaO外的金属氧化物。
本具体实施方式的具体步骤如下：
步骤一：蒸馏工序：以合成工序回收的硫酸铵母液与轻烧氧化镁为原料，混合加热反应，生成氧化镁、其它硫酸盐以及氨气。硫酸铵与轻烧氧化镁摩尔比控制在1:1～1:1.1，硫酸铵母液0.8～1.2mol/L，反应温度85～100℃，反应时间4～7h，搅拌速度30～60rpm；回收氨气和稀镁浆，此时稀镁浆中硫酸镁的浓度为1.2～1.8mol/L；
步骤二：打浆工序：加入硫酸和轻烧氧化镁反应，增加稀镁浆中硫酸镁含量，并除去其它金属杂质；以工序结束后反应液硫酸镁浓度为2.5mol/L计算，称取定量的硫酸和轻烧氧化镁反应，轻烧氧化镁的添加摩尔量为硫酸的1.05～1.3倍；将硫酸均匀加入到轻烧氧化镁和稀镁浆的混合液中，使反应液pH值稳定在8-10，搅拌速度30～60rpm，反应温度70～100℃；加酸完毕后，加入沉淀剂，升温至沸腾，恒温1～2h，搅拌速度20～30rpm；加酸过程中杂离子会和游离的OH-反应生成沉淀，但要达到技术要求还需要二次净化，本发明选择一种具有同离子效应的除杂剂，既有很好的除杂沉淀效果，还避免了引入新的杂质；
步骤三：制备沉淀剂：将CO2通入蒸馏工序回收的氨水中形成适当浓度的碳化氨水溶液，再加入一定量的碳酸氢铵制成沉淀剂；沉淀剂中的CO2摩尔数占总铵摩尔数的45％～55％，沉淀剂浓度以铵计为4.0～5.5mol/L，反应温度为常温；
步骤四：合成工序：将硫酸镁溶液加热至一定温度后快速添加到已经加热完毕的沉淀剂中，进行复分解反应；硫酸镁溶液及沉淀剂的摩尔浓度控制在1.8～2.2mol/L，硫酸镁与沉淀剂的反应摩尔比为1:0.9～1:1.1，加料速度为60～100L/s，搅拌时间为120～300s，搅拌速度为30～45rpm，反应温度46～60℃，静态陈化时间1.5～3h；
将陈化好的物料进行离心分离，得到碱式碳酸镁滤料，同时回收母液；洗涤时应把碱式碳酸镁晶体表面附着的硫酸盐洗尽，以降低热解后二次洗涤的用水量；
步骤五：热解工序：将洗净的碱式碳酸镁打浆后加热到90～100℃，恒温15～30min，搅拌速度20～40rmp；在此过程，碱式碳酸镁晶型会从4:1:8形态转化为更为稳定的4:1:5形态，且晶间包裹的硫酸盐也会释放到热解液中；
热解完成后，进行二次洗涤应洗尽附着在碱式碳酸镁晶体表面的硫酸盐；
步骤六：烘干、煅烧：
a.将洗涤好的碱式碳酸镁物料在140℃下烘干，得到高纯碱式碳酸镁；
b.将烘干后的碱式碳酸镁送至煅烧窑中，850～900℃煅烧6～8h，制得MgO含量>99.9％的超高纯氧化镁。
超高纯氧化镁的技术要求如下表：
Figure BDA0002340449580000061
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种超高纯氧化镁的绿色环保清洁生产工艺，其特征在于：包括以轻烧氧化镁、硫酸、CO2、水为原料，制备高纯碳酸镁和高纯氧化镁；具体的步骤如下：
步骤一：蒸馏工序：以合成工序回收的硫酸铵母液与轻烧氧化镁为原料，混合加热反应，生成氧化镁、其它硫酸盐以及氨气；硫酸铵与轻烧氧化镁摩尔比控制在1:1～1:1.1，硫酸铵母液0.8～1.2mol/L，反应温度85～100℃，反应时间4～7h，搅拌速度30～60rpm；回收氨气和稀镁浆，此时稀镁浆中硫酸镁的浓度为1.2～1.8mol/L；
步骤二：打浆工序：加入硫酸和轻烧氧化镁反应，增加稀镁浆中硫酸镁含量，并除去其它金属杂质；以工序结束后反应液硫酸镁浓度为2.5mol/L计算，称取定量的硫酸和轻烧氧化镁反应，轻烧氧化镁的添加摩尔量为硫酸的1.05～1.3倍；将硫酸均匀加入到轻烧氧化镁和稀镁浆的混合液中，使反应液pH值稳定在8-10，搅拌速度30～60rpm，反应温度70～100℃；加酸完毕后，加入沉淀剂，升温至沸腾，恒温1～2h，搅拌速度20～30rpm；加酸过程中杂离子会和游离的OH-反应生成沉淀，但要达到技术要求需要二次净化；
步骤三：制备沉淀剂：将CO2通入蒸馏工序回收的氨水中形成适当浓度的碳化氨水溶液，再加入一定量的碳酸氢铵制成沉淀剂；沉淀剂中的CO2摩尔数占总铵摩尔数的45％～55％，沉淀剂浓度以铵计为4.0～5.5mol/L，反应温度为常温；
步骤四：合成工序：将硫酸镁溶液加热至一定温度后快速添加到已经加热完毕的沉淀剂中，进行复分解反应；硫酸镁溶液及沉淀剂的摩尔浓度控制在1.8～2.2mol/L，硫酸镁与沉淀剂的反应摩尔比为1:0.9～1:1.1，加料速度为60～100L/s，搅拌时间为120～300s，搅拌速度为30～45rpm，反应温度46～60℃，静态陈化时间1.5～3h；
将陈化好的物料进行离心分离，得到碱式碳酸镁滤料，同时回收母液；洗涤时应把碱式碳酸镁晶体表面附着的硫酸盐洗尽；
步骤五：热解工序：将洗净的碱式碳酸镁打浆后加热到90～100℃，恒温15～30min，搅拌速度20～40rmp；在此过程，碱式碳酸镁晶型会从4:1:8形态转化为更为稳定的4:1:5形态，且晶间包裹的硫酸盐也会释放到热解液中；
热解完成后，进行二次洗涤应洗尽附着在碱式碳酸镁晶体表面的硫酸盐；
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