專利名稱：一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重鎂水溶液中鎂的回收方法，尤其是低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)碳酸鎂(也稱堿式碳酸鎂)作為一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，除用作制備高純鎂砂、鎂鹽系列產(chǎn)品的原料外，還可用作橡膠、藥物、絕緣材料、牙科制劑、高級(jí)玻璃、食品及醫(yī)藥級(jí)各種化工產(chǎn)品的添加劑和改良劑，應(yīng)用前景十分廣闊，因此，其產(chǎn)品的制備研究越來(lái)越受人們的關(guān)注。在我國(guó)以白云石、菱鎂礦、水鎂石、水菱鎂石等含鎂非金屬礦為原料生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鎂，具有生產(chǎn)成本低、反應(yīng)介質(zhì)無(wú)腐蝕、產(chǎn)品純度高、副產(chǎn)物可綜合用等優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著近幾年國(guó)內(nèi)外能源成本的持續(xù)上漲，能源是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，我國(guó)能源資源雖然豐富，但人均占有量很低，加上管理不善、技術(shù)落后、能耗高、浪費(fèi)大，使得我國(guó)的能源有供不應(yīng)求的趨勢(shì)，所以導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的提高，以白云石等非金屬礦為原料經(jīng)煅燒、消化、碳酸化、熱解、分離及干燥等工序制取堿式碳酸鎂及其它鎂鹽產(chǎn)品，為了制取鎂鹽產(chǎn)品必須進(jìn)行鈣鎂分離，現(xiàn)有的工藝過(guò)程是通過(guò)碳酸化反應(yīng)，生成碳酸氫鎂、碳酸鈣等鎂、鈣碳酸鹽，利用其溶解度不同進(jìn)行鈣鎂分離。因碳酸氫鎂溶解度大，溶于液相中，而碳酸鈣溶解度小，生成沉淀留在固相中，經(jīng)固液分離達(dá)到鈣鎂碳酸鹽的分離目的。含有碳酸氫鎂水溶液(又稱重鎂水)經(jīng)加熱升溫，溫度控制在95-105℃碳酸氫鎂受熱分解成堿式碳酸鎂沉淀，該過(guò)程工業(yè)上又稱熱解，使重鎂水中碳酸氫鎂的含量降低到小于1g/l，由于碳酸氫鎂在水中溶解度有限，如在溫度20℃時(shí)，碳酸氫鎂溶解度120g/100g水，溫度為80℃時(shí)，溶解度為20g/100g水，因此在以白云石等為原料制備鎂鹽生產(chǎn)過(guò)程中，加熱大量水，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，熱解能耗占整個(gè)過(guò)程能耗近50％以上，因而開(kāi)發(fā)一種降低能耗的有效方法對(duì)降低生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鎂的成本，節(jié)約能源，是目前急切需要解決的問(wèn)題，具有十分重要實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種能耗小、鎂的總回收率高的低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路為，首先采用在室溫(20-60℃)條件下，在熱解反應(yīng)器底部通入空氣，或采用抽真空的方法，兩種方法的目的就是以降低溶液表面二氧化碳分壓，使重鎂水中80％-90％的碳酸氫鎂轉(zhuǎn)化為堿式碳酸鎂沉淀，將懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，得到堿式碳酸鎂固體，作為生產(chǎn)氧化鎂產(chǎn)品的原料。為了進(jìn)一步回收重鎂水中的鎂，在濾液中加入硅酸鈉溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氫鎂與硅酸鈉水溶液反應(yīng)，得到含有硅酸鎂的懸浮液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌及干燥，得到硅酸鎂作為化工產(chǎn)品，反應(yīng)式如下5Mg(HCO3)2+nH2O＝4 MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+n H2O+5CO2 ↑-QMg(HCO3)2+Na2O·mSiO2＝MgO·mSiO2+Na2CO3+H2O+CO2 ↑式中m在3-6之間本發(fā)明一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，包括以下步驟①先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)，鼓入氣體，氣液比1-40，采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)整空氣氣量，鼓入空氣時(shí)間為10-200分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品；②在上述濾液中加入硅酸鈉溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氫鎂與硅酸鈉水溶液反應(yīng)，硅酸鈉濃度為2％-45％，加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比為0.8-1.1，得到含有硅酸鎂的懸浮液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌及干燥，得到硅酸鎂。
優(yōu)選的，所述步驟①中堿式碳酸鎂熱解溫度為40-60℃，氣液比20-30。
所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其步驟①中制備堿式碳酸鎂的方法還可為以下步驟先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后使用真空設(shè)備，不斷抽真空，使設(shè)備內(nèi)部絕對(duì)壓力保持0.023-0.1966atm，時(shí)間為10-60分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品。
優(yōu)選的，上述步驟中，堿式碳酸鎂熱解溫度為40-60℃，絕對(duì)壓力保持0.073-0.1966atm。
優(yōu)選的，所述步驟②中加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比為1.0。
優(yōu)選的，所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速為10-1000rpm。
優(yōu)選的，所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速為400-600rpm。
所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法中，所述熱解反應(yīng)器為鼓泡反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、罐式反應(yīng)器、噴霧反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器或其它塔式反應(yīng)器的一種。
上述方法生產(chǎn)得到的硅酸鎂可以是三硅酸鎂或六硅酸鎂。
本發(fā)明具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明熱解溫度低，相比現(xiàn)有技術(shù)95-105℃以上的熱解溫度，本發(fā)明為20-60℃，能耗小、分解率高，并且堿式碳酸鎂、硅酸鎂的收率高，鎂的總回收率達(dá)96％以上。


圖1為堿式碳酸鎂掃描電鏡照片圖2為實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)流程示意3實(shí)施例1中，溫度為60℃時(shí)溶液中碳酸氫鎂含量隨時(shí)間變化關(guān)系4實(shí)施例1中，溫度為40℃時(shí)溶液中碳酸氫鎂含量隨時(shí)間變化關(guān)系5實(shí)施例2中，溫度為40℃時(shí)溶液中碳酸氫鎂含量隨時(shí)間變化關(guān)系6實(shí)施例3中，溫度為40℃時(shí)溶液中碳酸氫鎂含量隨時(shí)間變化關(guān)系圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為堿式碳酸鎂掃描電鏡照片。
本發(fā)明一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，包括以下步驟①先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)，鼓入氣體，氣液比1-40，采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)整空氣氣量，鼓入空氣時(shí)間為10-200分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品；②在上述濾液中加入硅酸鈉溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氫鎂與硅酸鈉水溶液反應(yīng)，硅酸鈉濃度為2％-45％，加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比為0.8-1.1，得到含有硅酸鎂的懸浮液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌及干燥，得到硅酸鎂。
所述步驟①中堿式碳酸鎂熱解溫度最佳為40-60℃，氣液比20-30。
所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其步驟①中制備堿式碳酸鎂的方法還可為以下步驟先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后使用真空設(shè)備，不斷抽真空，使設(shè)備內(nèi)部絕對(duì)壓力保持0.023-0.1966atm，時(shí)間為10-60分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品。
上述步驟中，堿式碳酸鎂熱解溫度最佳為40-60℃，絕對(duì)壓力保持0.073-0.1966atm。
所述步驟②中加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比最佳為1.0。
所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速為10-1000rpm。
所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速可為400-600rpm。
所述熱解反應(yīng)器為鼓泡反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、罐式反應(yīng)器、噴霧反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器或其它塔式反應(yīng)器的一種。
實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2所示，采用鼓泡反應(yīng)器，空氣氣量為10L/h，并且固定不變，重鎂水溶液量為1500ml，氣液比為6.67，在40℃和60℃下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3是溫度在60℃時(shí)，氣液比為6.67時(shí)重鎂水中碳酸氫鎂的含量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，可以看出碳酸氫鎂的分解率為85％。
圖4是熱解溫度為40℃時(shí)，溶液中碳酸氫鎂含量隨時(shí)間變化得關(guān)系圖，碳酸氫鎂的分解率為83.08％，二者隨時(shí)間的變化在200分鐘后趨于平緩。
實(shí)施例2
空氣選定為氣量為40L/h，并且固定不變，重鎂水溶液量為1500ml，氣液比為26.68時(shí)，熱解溫度40℃和時(shí)間120分鐘的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，碳酸氫鎂的分解率為87.1％。
實(shí)施例3在溫度30℃條件下，取重鎂水濃度為含碳酸氫鎂(29.6g/l)25L，由離心泵打入噴霧解吸塔內(nèi)，流量為100L/h，氣體流量為6L/h，結(jié)果見(jiàn)圖6所示，由圖可看出在時(shí)間為40分鐘時(shí)，由于液滴以霧滴的形式分散到空氣中，加快了傳質(zhì)速率，使二氧化碳解吸速率加快，碳酸輕鎂分解率達(dá)81％。
實(shí)施例4在溫度40℃條件下，取重鎂水濃度為含碳酸氫鎂(29.6g/l)25L，放入長(zhǎng)徑比為1的帶攪拌的釜式反應(yīng)器中，用水環(huán)泵抽真空，保持系統(tǒng)的絕對(duì)壓力在0.073atm，操作時(shí)間30分鐘，碳酸氫鎂的分解率為82％實(shí)施例5在室溫30℃條件下，在過(guò)濾后的濾液500ml(含碳酸氫鎂(7.4/l))，加入5％的硅酸鈉溶液(按摩爾比1∶1)生成三硅酸鎂沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌及干燥得到三硅酸鎂產(chǎn)品，此時(shí)濾液中含有碳酸氫鎂0.48g/l，鎂總回收率96％以上。
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，包括以下步驟①先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)，鼓入氣體，氣液比1-40，采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)整空氣氣量，鼓入空氣時(shí)間為10-200分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品；②在上述濾液中加入硅酸鈉溶液，使剩余的10％-20％的碳酸氫鎂與硅酸鈉水溶液反應(yīng)，硅酸鈉濃度為2％-45％，加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比為0.8-1.1，得到含有硅酸鎂的懸浮液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌及干燥，得到硅酸鎂。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述步驟①中堿式碳酸鎂熱解溫度為40-60℃，氣液比20-30。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述步驟①中制備堿式碳酸鎂的方法還可為以下步驟先將重鎂水溶液放入熱解反應(yīng)器中，將溶液加熱，溫度保持到20-60℃，然后使用真空設(shè)備，不斷抽真空，使設(shè)備內(nèi)部絕對(duì)壓力保持0.023-0.1966atm，時(shí)間為10-60分鐘，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂產(chǎn)品。
4.如權(quán)利要求3所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是所述堿式碳酸鎂熱解溫度為40-60℃，絕對(duì)壓力保持0.073-0.1966atm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述步驟②中加入硅酸鈉的量與濾液中所含的碳酸氫鎂的摩爾比為1.0。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速為10-1000rpm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述硅酸鈉的加料方式為以速率3ml/min-200ml/min加入，控制攪拌轉(zhuǎn)速為400-600rpm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述熱解反應(yīng)器為鼓泡反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、罐式反應(yīng)器、噴霧反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器或其它塔式反應(yīng)器的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法，其特征是，所述方法生產(chǎn)得到的硅酸鎂可以是三硅酸鎂或六硅酸鎂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重鎂水水溶液中鎂的回收方法，尤其是低溫?zé)峤庵劓V水制備堿式碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)硅酸鎂的方法。本發(fā)明技術(shù)方案，首先在室溫條件下，在熱解反應(yīng)器底部通入空氣，或采用抽真空的方法，以降低二氧化碳分壓，使重鎂水中80％－90％的碳酸氫鎂轉(zhuǎn)化為堿式碳酸鎂沉淀，經(jīng)過(guò)濾及干燥等得到堿式碳酸鎂，其次為了進(jìn)一步回收重鎂水中的鎂，在濾液中加入硅酸鈉，使剩余的10％－20％的碳酸輕鎂與硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸鎂，從而使重鎂水中的鎂得到充分回收利用。本發(fā)明能耗小、分解率高，鎂的總回收率達(dá)96％以上。
文檔編號(hào)C01B33/22GK1970451SQ20061010220
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者劉潤(rùn)靜, 胡永琪, 胡慶福, 劉洪杰 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)