CN100404422C - 一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法 - Google Patents

一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重镁水水溶液中镁的回收方法，尤其是低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法。本发明技术方案，首先在室温条件下，在热解反应器底部通入空气，或采用抽真空的方法，以降低二氧化碳分压，使重镁水中80%-90%的碳酸氢镁转化为碱式碳酸镁沉淀，经过滤及干燥等得到碱式碳酸镁，其次为了进一步回收重镁水中的镁，在滤液中加入硅酸钠，使剩余的10%-20%的碳酸轻镁与硅酸钠反应生成硅酸镁，从而使重镁水中的镁得到充分回收利用。本发明能耗小、分解率高，镁的总回收率达96%以上。

Description

一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法
技术领域
本发明涉及一种重镁水溶液中镁的回收方法，尤其是低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法。
背景技术
轻质碳酸镁(也称碱式碳酸镁)作为一种重要的无机化工产品，除用作制备高纯镁砂、镁盐系列产品的原料外，还可用作橡胶、药物、绝缘材料、牙科制剂、高级玻璃、食品及医药级各种化工产品的添加剂和改良剂，应用前景十分广阔，因此，其产品的制备研究越来越受人们的关注。在我国以白云石、菱镁矿、水镁石、水菱镁石等含镁非金属矿为原料生产轻质碳酸镁，具有生产成本低、反应介质无腐蚀、产品纯度高、副产物可综合用等优点。但是，随着近几年国内外能源成本的持续上涨，能源是世界经济发展的重要物质基础，我国能源资源虽然丰富，但人均占有量很低，加上管理不善、技术落后、能耗高、浪费大，使得我国的能源有供不应求的趋势，所以导致了生产成本的提高，
以白云石等非金属矿为原料经煅烧、消化、碳酸化、热解、分离及干燥等工序制取碱式碳酸镁及其它镁盐产品，为了制取镁盐产品必须进行钙镁分离，现有的工艺过程是通过碳酸化反应，生成碳酸氢镁、碳酸钙等镁、钙碳酸盐，利用其溶解度不同进行钙镁分离。因碳酸氢镁溶解度大，溶于液相中，而碳酸钙溶解度小，生成沉淀留在固相中，经固液分离达到钙镁碳酸盐的分离目的。含有碳酸氢镁水溶液(又称重镁水)经加热升温，温度控制在95-105℃碳酸氢镁受热分解成碱式碳酸镁沉淀，该过程工业上又称热解，使重镁水中碳酸氢镁的含量降低到小于1g/l，由于碳酸氢镁在水中溶解度有限，如在温度20℃时，碳酸氢镁溶解度120g/100g水，温度为80℃时，溶解度为20g/100g水，因此在以白云石等为原料制备镁盐生产过程中，加热大量水，据有关资料报道，热解能耗占整个过程能耗近50％以上，因而开发一种降低能耗的有效方法对降低生产轻质碳酸镁的成本，节约能源，是目前急切需要解决的问题，具有十分重要实际意义。
发明内容
本发明为克服现有技术中存在的问题，提供一种能耗小、镁的总回收率高的低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的技术思路为，首先采用在室温(20-60℃)条件下，在热解反应器底部通入空气，或采用抽真空的方法，两种方法的目的就是以降低溶液表面二氧化碳分压，使重镁水中80％-90％的碳酸氢镁转化为碱式碳酸镁沉淀，将悬浮液进行过滤，得到碱式碳酸镁固体，作为生产氧化镁产品的原料。为了进一步回收重镁水中的镁，在滤液中加入硅酸钠溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氢镁与硅酸钠水溶液反应，得到含有硅酸镁的悬浮液，经过滤、洗涤及干燥，得到硅酸镁作为化工产品，反应式如下：
5Mg(HCO3)2+nH2O＝4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+n H2O+5CO2↑-Q
Mg(HCO3)2+Na2O·mSiO2＝MgO·mSiO2+Na2CO3+H2O+CO2↑
式中m在3-6之间
本发明一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，包括以下步骤：
①先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后开启空气压缩机，鼓入气体，气液比1-40，采用转子流量计调整空气气量，鼓入空气时间为10-200分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品；
②在上述滤液中加入硅酸钠溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氢镁与硅酸钠水溶液反应，硅酸钠浓度为2％-45％，加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比为0.8-1.1，得到含有硅酸镁的悬浮液，经过滤、洗涤及干燥，得到硅酸镁。
优选的，所述步骤①中碱式碳酸镁热解温度为40-60℃，气液比20-30。
所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其步骤①中制备碱式碳酸镁的方法还可为以下步骤：先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后使用真空设备，不断抽真空，使设备内部绝对压力保持0.023-0.1966atm，时间为10-60分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品。
优选的，上述步骤中，碱式碳酸镁热解温度为40-60℃，绝对压力保持0.073-0.1966atm。
优选的，所述步骤②中加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比为1.0。
优选的，所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速为10-1000rpm。
优选的，所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速为400-600rpm。
所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法中，所述热解反应器为鼓泡反应器、管式反应器、罐式反应器、喷雾反应器、塔式反应器的一种。
上述方法生产得到的硅酸镁是三硅酸镁或六硅酸镁。
本发明具有以下显著的优点：
与现有的技术相比，本发明热解温度低，相比现有技术95-105℃以上的热解温度，本发明为20-60℃，能耗小、分解率高，并且碱式碳酸镁、硅酸镁的收率高，镁的总回收率达96％以上。
附图说明
图1为碱式碳酸镁扫描电镜照片
图2为实施例1的实验流程示意图
图3实施例1中，温度为60℃时溶液中碳酸氢镁含量随时间变化关系图
图4实施例1中，温度为40℃时溶液中碳酸氢镁含量随时间变化关系图
图5实施例2中，温度为40℃时溶液中碳酸氢镁含量随时间变化关系图
图6实施例3中，温度为40℃时溶液中碳酸氢镁含量随时间变化关系图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为碱式碳酸镁扫描电镜照片。
本发明一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，包括以下步骤：
①先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后开启空气压缩机，鼓入气体，气液比1-40，采用转子流量计调整空气气量，鼓入空气时间为10-200分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品；
②在上述滤液中加入硅酸钠溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氢镁与硅酸钠水溶液反应，硅酸钠浓度为2％-45％，加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比为0.8-1.1，得到含有硅酸镁的悬浮液，经过滤、洗涤及干燥，得到硅酸镁。
所述步骤①中碱式碳酸镁热解温度最佳为40-60℃，气液比20-30。
所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其步骤①中制备碱式碳酸镁的方法还可为以下步骤：先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后使用真空设备，不断抽真空，使设备内部绝对压力保持0.023-0.1966atm，时间为10-60分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品。
上述步骤中，碱式碳酸镁热解温度最佳为40-60℃，绝对压力保持0.073-0.1966atm。
所述步骤②中加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比最佳为1.0。
所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速为10-1000rpm。
所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速可为400-600rpm。
所述热解反应器为鼓泡反应器、管式反应器、罐式反应器、喷雾反应器、塔式反应器或其它塔式反应器的一种。
实施例1
本发明实验流程见图2所示，采用鼓泡反应器，空气气量为10L/h，并且固定不变，重镁水溶液量为1500ml，气液比为6.67，在40℃和60℃下的实验结果如图3、图4所示。
图3是温度在60℃时，气液比为6.67时重镁水中碳酸氢镁的含量随时间变化的关系图，可以看出碳酸氢镁的分解率为85％。
图4是热解温度为40℃时，溶液中碳酸氢镁含量随时间变化得关系图，碳酸氢镁的分解率为83.08％，二者随时间的变化在200分钟后趋于平缓。
实施例2
空气选定为气量为40L/h，并且固定不变，重镁水溶液量为1500ml，气液比为26.68时，热解温度40℃和时间120分钟的实验结果如图5所示，碳酸氢镁的分解率为87.1％。
实施例3
在温度30℃条件下，取重镁水浓度为含碳酸氢镁(29.6g/l)25L，由离心泵打入喷雾解吸塔内，流量为100L/h，气体流量为6L/h，结果见图6所示，由图可看出在时间为40分钟时，由于液滴以雾滴的形式分散到空气中，加快了传质速率，使二氧化碳解吸速率加快，碳酸轻镁分解率达81％。
实施例4
在温度40℃条件下，取重镁水浓度为含碳酸氢镁(29.6g/l)25L，放入长径比为1的带搅拌的釜式反应器中，用水环泵抽真空，保持***的绝对压力在0.073atm，操作时间30分钟，碳酸氢镁的分解率为82％
实施例5
在室温30℃条件下，在过滤后的滤液500ml(含碳酸氢镁(7.4/1))，加入5％的硅酸钠溶液(按摩尔比1∶1)生成三硅酸镁沉淀，经过滤、洗涤及干燥得到三硅酸镁产品，此时滤液中含有碳酸氢镁0.48g/l，镁总回收率96％以上。

Claims (9)

1.一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，包括以下步骤：
①先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后开启空气压缩机，鼓入气体，气液比1-40，采用转子流量计调整空气气量，鼓入空气时间为10-200分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品；
②在上述滤液中加入硅酸钠溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氢镁与硅酸钠水溶液反应，硅酸钠浓度为2％-45％，加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比为0.8-1.1，得到含有硅酸镁的悬浮液，经过滤、洗涤及干燥，得到硅酸镁。
2.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述步骤①中碱式碳酸镁热解温度为40-60℃，气液比20-30。
3.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述步骤①中制备碱式碳酸镁的方法还可为以下步骤：先将重镁水溶液放入热解反应器中，将溶液加热，温度保持到20-60℃，然后使用真空设备，不断抽真空，使设备内部绝对压力保持0.023-0.1966atm，时间为10-60分钟，然后经过滤、洗涤、干燥得到碱式碳酸镁产品。
4.如权利要求3所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是所述碱式碳酸镁热解温度为40-60℃，绝对压力保持0.073-0.1966atm。
5.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述步骤②中加入硅酸钠的量与滤液中所含的碳酸氢镁的摩尔比为1.0。
6.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速为10-1000rpm。
7.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述硅酸钠的加料方式为以速率3ml/min-200ml/min加入，控制搅拌转速为400-600rpm。
8.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述热解反应器为鼓泡反应器、管式反应器、罐式反应器、喷雾反应器、塔式反应器的一种。
9.如权利要求1所述的一种低温热解重镁水制备碱式碳酸镁联产硅酸镁的方法，其特征是，所述方法生产得到的硅酸镁是三硅酸镁或六硅酸镁。
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