CN209583656U - 一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，溶渣反应器的出料口与第一过滤器的入料口相连；第一过滤器的液相出料口与析镁反应器的第一入料口相连；析镁反应器的出料口与第二过滤器的入料口相连；第二过滤器的液相出料口与沉钙反应器的第一入料口相连；沉钙反应器的出料口与第三过滤器的入料口相连；第三过滤器的液相出料口与蒸氨塔的入料口相连；蒸氨塔的出料口与蒸发浓缩塔的入料口相连；蒸发浓缩塔的出料口与冷却结晶塔的入料口相连；冷却结晶塔的出料口与第四过滤器的入料口相连；第四过滤器的液相出料口与溶渣反应器第五入料口相连。本系统将净化灰渣转化为氢氧化镁和碳酸钙，实现净化灰渣的利用，减少废渣排放量。

Description

一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统

技术领域

本实用新型属于电石炉净化灰渣资源化利用技术领域，具体涉及一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统。

背景技术

在电石生产过程中，电石尾气净化后产生的净化灰，经沸腾炉焚烧后生成的灰色球状废渣俗称净化灰渣。该灰渣主要成分是氧化镁和氧化钙，其中氧化镁的质量分数可达40-50％，氧化钙的质量分数可达30％。目前净化灰渣一般的处理方法是用车外运后填埋，不仅在运输过程中产生扬尘污染，而且占用土地。另外目前氢氧化镁、氧化镁等镁产品多以白云石、蛇纹石和菱镁矿等矿石生产，轻质碳酸钙以石灰石等矿石生产，其大量开采势必造成生态环境的破坏。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，不仅可以解决电石生产中的固体废渣排放问题，变废为宝，还可以保护生态环境。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，包括溶渣反应器，所述溶渣反应器上设置有溶渣反应器第一入料口、溶渣反应器第二入料口、溶渣反应器第三入料口、溶渣反应器第四入料口和溶渣反应器第五入料口；

所述溶渣反应器第一入料口用于让酸进入，所述溶渣反应器第二入料口用于让净化灰渣进入，所述溶渣反应器第三入料口用于让氧化剂进入，所述溶渣反应器第四入料口用于让氨进入，所述溶渣反应器第五入料口用于让循环液进入；

所述溶渣反应器的出料口与第一过滤器的入料口相连；第一过滤器的液相出料口与析镁反应器的第一入料口相连；析镁反应器的出料口与第二过滤器的入料口相连；第二过滤器的液相出料口与沉钙反应器的第一入料口相连；沉钙反应器的出料口与第三过滤器的入料口相连；第三过滤器的液相出料口与蒸氨塔的入料口相连；蒸氨塔的出料口与蒸发浓缩塔的入料口相连；蒸发浓缩塔的出料口与冷却结晶塔的入料口相连；冷却结晶塔的出料口与第四过滤器的入料口相连；第四过滤器的液相出料口与溶渣反应器第五入料口相连；

所述析镁反应器上设置有析镁反应器第二入料口，所述沉钙反应器上设置有沉钙反应器第二入料口；

所述析镁反应器第二入料口用于让氨进入，所述沉钙反应器第二入料口用于让碳进入。

进一步地，所述溶渣反应器第一入料口与储酸罐的出料口连接。

进一步地，所述溶渣反应器第二入料口与灰渣进料器的出料口连接。

进一步地，所述溶渣反应器第三入料口与氧化剂罐的出料口连接。

进一步地，所述溶渣反应器第四入料口与储氨罐的储氨罐第一出料口连接。

进一步地，所述析镁反应器第二入料口与储氨罐的储氨罐第二出料口连接。

进一步地，所述沉钙反应器通过其上设置的沉钙反应器第二入料口与碳源罐的出料口连接。

一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的方法，其包括以下步骤：

(1)酸与净化灰渣在溶渣反应器中反应后，通入第四母液充分混合，然后在30～90℃下加入氨，调节pH至6～7，然后加入氧化剂，反应完毕后进入第一过滤器过滤分离得到第一母液和废渣滤饼，废渣滤饼水洗即得废渣，水洗滤液并入第一母液；

(2)第一母液进入析镁反应器，在30～90℃下继续加入氨，反应完毕后静置，然后进入第二过滤器过滤分离得到第二母液和氢氧化镁滤饼，洗涤干燥即得氢氧化镁，水洗滤液并入第二母液；

(3)第二母液进入沉钙反应器，在30～90℃下加入碳源，反应完毕后静置，然后进入第三过滤器过滤分离得到第三母液和轻质碳酸钙滤饼，洗涤干燥即得轻质碳酸钙，水洗滤液并入第三母液；

(4)第三母液进入蒸氨塔蒸氨后，进入蒸发浓缩塔，再进入冷却结晶塔结晶后进入第四过滤器过滤分离得到第四母液和氯化铵滤饼，干燥即得氯化铵；第四母液返回溶渣反应器循环。

优选的是，步骤中酸为盐酸或硝酸，其摩尔浓度为1～12mol/L。

优选的是，步骤中酸和净化灰渣加入比例是35～50摩尔酸溶解1kg净化灰渣。

优选的是，步骤中氧化剂为次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙，其加入量为每kg灰渣加入 0.001～0.05kg有效氯。

优选的是，步骤中氨为氨气或者氨水。

更加优选的是，氨水的质量浓度为5～25％。

优选的是，步骤中加入氧化剂后反应时间为10～90min。

优选的是，步骤中废渣滤饼洗涤水量为湿滤渣质量的0.2～2倍。

优选的是，步骤～中反应温度为30～90℃。

优选的是，步骤中反应时间为0.5～3h，静置时间为0.5～3h。

优选的是，步骤中氨与镁离子的摩尔比为2～5:1。

优选的是，步骤中氢氧化镁滤饼洗涤水量为湿滤渣质量的0.5～4倍。

优选的是，步骤中碳源为CO₂或碳酸氢铵。

优选的是，步骤中碳源与第二母液中钙离子的摩尔比为0.85～0.95：1。

优选的是，步骤中反应时间为0.5～3h，静置时间为0.5～3h。

优选的是，步骤中轻质碳酸钙滤饼洗涤水量为湿滤渣质量的0.5～4倍。

优选的是，步骤采用二级或三级高效蒸发。

优选的是，步骤结晶后的第四母液返回溶渣反应器循环。

本实用新型中，各步骤的具体反应和作用如下：

净化灰渣主要由氧化镁和氧化钙组成，另外还含有氧化硅、氧化钾、氧化钠、氧化铝、氧化铁、氧化锰等杂质。酸与净化灰渣反应生成可溶性盐，加入氨调节pH值可将铝、铁等金属离子生成氢氧化物沉淀。二价锰离子在pH＝6～7时，不能形成沉淀，加入氧化剂可将二价锰离子氧化生成四价，四价锰离子不稳定通常以MnO₂沉淀的形式析出，过滤即可将溶液中的各种杂质去除。

Mn²⁺+ClO^-+2OH^-→MnO₂+Cl^-+H₂O

在碱性条件下，镁离子可与氢氧根生成氢氧化镁沉淀，过滤可得氢氧化镁，钙离子可与氢氧根和碳酸氢铵反应生成碳酸钙沉淀，过滤可得轻质碳酸钙。

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓

Ca²⁺+HCO₃ ^-+OH^-→CaCO₃↓+H₂O

本实用新型提供的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统的有益效果如下：

目前净化灰渣一般采用填埋的方法处理，不仅浪费资源，而且污染环境。本系统将净化灰渣转化为氢氧化镁和碳酸钙，实现了净化灰渣的资源化利用，不仅减少了废渣排放量，变废为宝，保护环境，而且具有一定的经济效益。

本系统采用化学沉淀法实现了钙镁的分离，并实现了氢氧化镁和轻质碳酸钙的联产，生产稳定，设备少，投资省。

本系统将产生的废液循环使用，最终整个系统无废水排放，实现了化工废渣的清洁转化利用。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙系统的示意图。

附图标记：1-储酸罐；2-灰渣进料器；3-氧化剂罐；4-储氨罐；5-溶渣反应器；6-第一过滤器；7-析镁反应器；8-第二过滤器；9-沉钙反应器；10-第三过滤器；11-蒸氨塔；12-蒸发浓缩塔；13-冷却结晶塔；14-第四过滤器；15-碳源罐；41-储氨罐第一出料口；42-储氨罐第二出料口；51-溶渣反应器第一入料口；52-溶渣反应器第二入料口；53-溶渣反应器第三入料口；54-溶渣反应器第四入料口；55-溶渣反应器第五入料口；71-析镁反应器第一入料口；72- 析镁反应器第二入料口；91-沉钙反应器第一入料口；92-沉钙反应器第二入料口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

表1净化灰渣的组成及含量

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，包括储酸罐1、灰渣进料器2、氧化剂罐3、储氨罐4、溶渣反应器5、第一过滤器6、析镁反应器 7、第二过滤器8、碳源罐14、沉钙反应器9、第三过滤器10、蒸氨塔11、蒸发浓缩塔12、冷却结晶塔13和第四过滤器15。

溶渣反应器5包括五个入料口，即第一入料口51、第二入料口52、第三入料口53、第四入料口54和第五入料口55，酸从储酸罐1经第一入料口51加入，净化灰渣从灰渣进料器2经第二入料口52进入，溶解完全后第四母液从第五入料口55通入，充分混合后从储氨罐4经第四入料口54加入氨调节pH值，然后从氧化剂罐3经第三入料口53加入氧化剂，反应完全后进入第一过滤器6过滤洗涤，即得第一母液。

第一母液经第一入料口71进入析镁反应器7，氨从储氨罐第二出料口41经第二入料口72 进入析镁反应器7，反应完全后进入第二过滤器8过滤洗涤，即得第二母液。

第二母液经第一入料口91进入沉钙反应器9，碳源从碳源罐15经第二入料口92进入沉钙反应器9，反应完全后进入第三过滤器10过滤洗涤，即得第三母液。

第三母液进入蒸氨塔11除氨后，进入蒸发浓缩塔12，再在冷却结晶塔13结晶后进入第四过滤器14过滤，即得第四母液。第四母液第从第五入料口55进入溶渣反应器5循环。

本实施例还提供了一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的方法，其包括：

(1)在反应器中加入12mol/L的盐酸3L，再加入1kg净化灰渣，溶解后通入第四母液，调节温度至50±2℃，通入氨气调节pH至6，然后加入0.1kg次氯酸钙(有效氯含量30％)反应60min，反应完成后过滤即得第一母液和废渣滤饼，废渣滤饼用等质量水洗即得废渣0.35kg，水洗滤液并入第一母液；

(2)第一母液进入析镁反应器，在50±2℃下继续加入氨，加入氨量与镁离子的摩尔比为 3:1，反应3h，静置2h，然后进入第二过滤器过滤分离得到第二母液和氢氧化镁滤饼，用2 倍于湿滤渣质量的水洗即得氢氧化镁0.52kg，水洗滤液并入第二母液；

(3)第二母液进入沉钙反应器，在50±2℃下通入CO₂，CO₂与第二母液中钙离子的摩尔比为0.85：1，反应3h，静置1h，然后进入第三过滤器过滤分离得到第三母液和轻质碳酸钙滤饼，用2倍于湿滤渣质量的水洗即得轻质碳酸钙0.43kg，水洗滤液并入第三母液；

(4)第三母液进入蒸氨塔蒸氨后，进入三效蒸发浓缩塔，再进入冷却结晶塔结晶后进入第四过滤器过滤分离得到第四母液和氯化铵滤饼，干燥即得氯化铵1.5kg；第四母液返回溶渣反应器循环。

本实施例中氢氧化镁的回收率可以达到73.0％，产品纯度可以达到99.0％，轻质碳酸钙的回收率可以达到81.6％，产品纯度可以达到98.0％。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例提供了一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的方法，其包括：

(1)在反应器中加入9mol/L的盐酸4.5L，再加入1kg净化灰渣，溶解后通入第四母液，调节温度至60±2℃，通入20％氨水调节pH至6，然后加入0.05kg次氯酸钙(有效氯含量30％) 反应10min，反应完成后过滤后即得第一母液和废渣滤饼，废渣滤饼用等质量水洗即得废渣 0.3kg，水洗滤液并入第一母液；

(2)第一母液进入析镁反应器，在60±2℃下继续加入20％氨水，加入氨量与镁离子的摩尔比为5:1，反应1h，静置2h，然后进入第二过滤器过滤分离得到第二母液和氢氧化镁滤饼，用4倍于湿滤渣质量的水洗即得氢氧化镁0.55kg，水洗滤液并入第二母液；

(3)第二母液进入沉钙反应器，在60±2℃下加入碳酸氢铵，碳酸氢铵与第二母液中钙离子的摩尔比为0.9：1，反应1h，静置2h，然后进入第三过滤器过滤分离得到第三母液和轻质碳酸钙滤饼，用1倍于湿滤渣质量的水洗即得轻质碳酸钙0.45kg，水洗滤液并入第三母液；

(4)第三母液进入蒸氨塔蒸氨后，进入三效蒸发浓缩塔，再进入冷却结晶塔结晶后进入第四过滤器过滤分离得到第四母液和氯化铵滤饼，干燥即得氯化铵1.6kg；第四母液返回溶渣反应器循环。

本实施例中氢氧化镁的回收率可以达到77.2％，产品纯度可以达到98.5％，轻质碳酸钙的回收率可以达到85.4％，产品纯度可以达到98.0％。

实施例3

与实施例2不同的是，本实施例提供了一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的方法，其包括：

(1)在反应器中加入1mol/L的盐酸50L，再加入1kg净化灰渣，溶解后通入第四母液，调节温度至90±2℃，通入5％氨水调节pH至7，然后加入0.5kg次氯酸钠溶液(有效氯含量10％) 反应90min，反应完成后过滤后即得第一母液和废渣滤饼，废渣滤饼用等质量水洗即得废渣 0.2kg，滤液并入第一母液；

(2)第一母液进入析镁反应器，在80±2℃下继续加入5％氨水，加入氨量与镁离子的摩尔比为2:1，反应2h，静置3h，然后进入第二过滤器过滤分离得到第二母液和氢氧化镁滤饼，用0.5倍于湿滤渣质量的水洗即得氢氧化镁0.50kg，水洗滤液并入第二母液；

(3)第二母液进入沉钙反应器，在80±2℃下加入碳酸氢铵，碳酸氢铵与第二母液中钙离子的摩尔比为0.95：1，反应2h，静置3h，然后进入第三过滤器过滤分离得到第三母液和轻质碳酸钙滤饼，用0.5倍于湿滤渣质量的水洗即得轻质碳酸钙0.45kg，水洗滤液并入第三母液；

(4)第三母液进入蒸氨塔蒸氨后，进入三效蒸发浓缩塔，再进入冷却结晶塔结晶后进入第四过滤器过滤分离得到第四母液和氯化铵滤饼，干燥即得氯化铵1.3kg；第四母液返回溶渣反应器循环。

本实施例中氢氧化镁的回收率可以达到70.2％，产品纯度可以达到98.0％，轻质碳酸钙的回收率可以达到85.4％，产品纯度可以达到98.0％。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，包括溶渣反应器(5)，所述溶渣反应器(5)上设置有溶渣反应器第一入料口(51)、溶渣反应器第二入料口(52)、溶渣反应器第三入料口(53)、溶渣反应器第四入料口(54)和溶渣反应器第五入料口(55)；

所述溶渣反应器第一入料口(51)用于让酸进入，所述溶渣反应器第二入料口(52)用于让净化灰渣进入，所述溶渣反应器第三入料口(53)用于让氧化剂进入，所述溶渣反应器第四入料口(54)用于让氨进入，所述溶渣反应器第五入料口(55)用于让循环液进入；

所述溶渣反应器(5)的出料口与第一过滤器(6)的入料口相连；第一过滤器(6)的液相出料口与析镁反应器(7)的第一入料口相连；析镁反应器(7)的出料口与第二过滤器(8)的入料口相连；第二过滤器(8)的液相出料口与沉钙反应器(9)的第一入料口相连；沉钙反应器(9)的出料口与第三过滤器(10)的入料口相连；第三过滤器(10)的液相出料口与蒸氨塔(11)的入料口相连；蒸氨塔(11)的出料口与蒸发浓缩塔(12)的入料口相连；蒸发浓缩塔(12)的出料口与冷却结晶塔(13)的入料口相连；冷却结晶塔(13)的出料口与第四过滤器(14)的入料口相连；第四过滤器(14)的液相出料口与溶渣反应器第五入料口(55)相连；

所述析镁反应器(7)上设置有析镁反应器第二入料口(72)，所述沉钙反应器(9)上设置有沉钙反应器第二入料口(92)；

所述析镁反应器第二入料口(72)用于让氨进入，所述沉钙反应器第二入料口(92)用于让碳进入。

2.根据权利要求1所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述溶渣反应器第一入料口(51)与储酸罐(1)的出料口连接。

3.根据权利要求2所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述溶渣反应器第二入料口(52)与灰渣进料器(2)的出料口连接。

4.根据权利要求3所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述溶渣反应器第三入料口(53)与氧化剂罐(3)的出料口连接。

5.根据权利要求4所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述溶渣反应器第四入料口(54)与储氨罐(4)的储氨罐第一出料口(41)连接。

6.根据权利要求5所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述析镁反应器第二入料口(72)与储氨罐(4)的储氨罐第二出料口(42)连接。

7.根据权利要求6所述的一种电石炉净化灰渣生产氢氧化镁和轻质碳酸钙的系统，其特征在于，所述沉钙反应器(9)通过其上设置的沉钙反应器第二入料口(92)与碳源罐(15)的出料口连接。