由工業(yè)氫氧化鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由工業(yè)氫氧化鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]輕質(zhì)碳酸鎂，又稱堿式碳酸鎂，是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，也是目前生產(chǎn)和銷售規(guī)模最大的鎂鹽系列產(chǎn)品。可用作醫(yī)藥中間體、干燥劑、抗結(jié)塊劑；食品中作添加劑；橡膠中作填充劑和補(bǔ)強(qiáng)劑；搪瓷陶瓷中作光亮劑以及作絕熱、保溫材料等。輕質(zhì)碳酸鎂的生產(chǎn)方法主要分為三種:碳化法、純堿法、碳銨法。
[0003]碳化法是以固體鎂礦石為原料(如白云石、菱鎂礦、石棉尾礦、菱苦土等)。首先，煅燒固體礦物得到氧化鎂(MgCO3MgO 4&0+20)2丨);其次，水化處理氧化鎂得到氫氧化鎂乳濁液(Mg0.Ca0+2H20 — Mg (OH) 2+Ca (OH) 2)，然后通入CO2氣體碳化得到碳酸氫鎂(Mg (OH) 2+2C02—Mg(HCO3)2)，分離固體雜質(zhì)后再對(duì)碳化液進(jìn)行熱解制備輕質(zhì)碳酸鎂(5Mg(HCO3) 2— 4MgC0 3.Mg(OH)2.4H20+6C02 ? )。
[0004]純堿法主要以鹽湖鹵水MgCl2 (或MgSO4)為原料，經(jīng)稀釋、除鐵、錳等雜質(zhì)及脫色后與碳酸鈉作用，生成堿式碳酸鎂:
[0005]5MgCl2+5Na2C03+5H20 — 4MgC03.Mg(OH)2.4H20+C02 丨 +1NaCl。
[0006]碳銨法主要以除雜后的鹵水為原料(Mg2+含量約50g/L)，與碳酸氫銨作用，生成堿式碳酸鎂，其反應(yīng)如下:
[0007]5MgCl2+10NH4HC03— 4MgC0 3.Mg (OH) 2.4H20+6C02 丨 +1NH 4C1
[0008]目前，我國主要采用鎂礦石制備輕質(zhì)碳酸鎂，由于面臨礦石品位低、成本高、環(huán)境差等問題，且產(chǎn)品雜質(zhì)含量高、視比容較低、產(chǎn)品粒度不易控制，已成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸。鹽湖鹵水等液體礦為原料，比固體礦更容易提純處理，有利于高品質(zhì)堿式碳酸鎂的制備。鹵水純堿法和鹵水碳銨法制備輕質(zhì)碳酸鎂，鹵水凈化等工序要求較高、所需設(shè)備較多，產(chǎn)品中Na+、C1+等離子含量較高，母液中少量的氯化銨需蒸發(fā)、結(jié)晶等工序回收，能耗高、成本高，如果直接排放則對(duì)環(huán)境造成污染?？傊?，我國生產(chǎn)技術(shù)水平提升緩慢，輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品檔次低，專用、功能化產(chǎn)品少，主要占據(jù)氧化鎂和碳酸鎂低端市場(chǎng)份額，高端精細(xì)鎂化工產(chǎn)品仍需進(jìn)口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的各種方法制備的輕質(zhì)碳酸鎂存在雜質(zhì)含量高、視比容較低、產(chǎn)品粒度不易控制，生產(chǎn)成本高等缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種低成本、高收率制備高視比容的高品質(zhì)輕質(zhì)碳酸鎂的工藝，該工藝操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備要求低，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。
[0010]本發(fā)明提供了一種由工業(yè)氫氧化鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝，該工藝是將碳酸氫銨溶液緩慢加入到工業(yè)氫氧化鎂楽液中，在20?90°C溫度下反應(yīng)，控制反應(yīng)終點(diǎn)pH為9.5?9.8，反應(yīng)完成后，過濾分離出固體沉淀和反應(yīng)母液，固體沉淀經(jīng)干燥，得到輕質(zhì)碳酸鎂；過濾分離所得反應(yīng)母液中通入二氧化碳后，循環(huán)使用于制備輕質(zhì)碳酸鎂。
[0011]本發(fā)明的由工業(yè)氫氧化鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝還包括以下優(yōu)選方案:
[0012]優(yōu)選的方案中先控制溫度在20?70°C之間進(jìn)行碳化反應(yīng)，再升溫到> 70°C且(900C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱解反應(yīng)；碳酸氫銨和氫氧化鎂在20?70°C主要進(jìn)行碳化反應(yīng)，同時(shí)會(huì)發(fā)生部分熱解反應(yīng)，碳化產(chǎn)物在> 701且< 90°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱解反應(yīng)，同時(shí)未碳化反應(yīng)完全的碳酸氫銨和氫氧化鎂進(jìn)行碳化和熱解反應(yīng)。
[0013]優(yōu)選的方案中或者直接控制溫度在> 70°0且< 90°C的范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行碳化和熱解反應(yīng)。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中在20?70°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行碳化反應(yīng)的時(shí)間為2?3h。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中在> 701且< 90°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱解反應(yīng)的時(shí)間為I?3h。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中在> 70°0且< 90°C的范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行碳化和熱解反應(yīng)的時(shí)間為I?3ho
[0017]優(yōu)選的方案中碳酸氫銨溶液濃度為150?300g/L。
[0018]優(yōu)選的方案中工業(yè)氫氧化鎂漿液濃度為120?250g/L。
[0019]優(yōu)選的方案中在反應(yīng)過程中在反應(yīng)體系中不斷通入二氧化碳?xì)怏w使反應(yīng)過程中不斷生成的(NH4)2CO3轉(zhuǎn)化成NH4HCO3。
[0020]優(yōu)選的方案中在過濾分離所得反應(yīng)母液中通入二氧化碳使反應(yīng)母液中的(顯4)20)3轉(zhuǎn)化成NH 4HC03，同時(shí)補(bǔ)加氨后，用于制備輕質(zhì)碳酸鎂，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)母液的循環(huán)利用。氨可以以碳酸氫銨的形式加入。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中反應(yīng)母液在循環(huán)使用過程中，母液中不斷富集的包括K+、Na+、Ca2+、和Cl—在內(nèi)的離子，分別通過離子交換樹脂除去；以保證最終產(chǎn)品的純度。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中反應(yīng)母液循環(huán)使用過程中，不斷向反應(yīng)母液中補(bǔ)加氨，以補(bǔ)充反應(yīng)過程中損失的銨離子。如以分解成氣體揮發(fā)或者夾帶在產(chǎn)品中損失。
[0023]本發(fā)明的工業(yè)氫氧化鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝，通過控制反應(yīng)底物的濃度，及在本發(fā)明的反應(yīng)條件下，主要發(fā)生如下反應(yīng):
[0024]1、氫氧化鎂的碳化:
[0025]反應(yīng)溫度為20?70°C時(shí)，主要進(jìn)行氫氧化鎂與碳酸氫銨的碳化反應(yīng)生成碳酸氫鎂:
[0026]Mg (OH) 2+2NH4HC03— Mg (HCO 3) 2+NH40H。
[0027]2、熱解制備堿式碳酸鎂:
[0028]反應(yīng)溫度> 701且< 90°C時(shí)，碳酸氫鎂水解為正碳酸鎂，后者再水解為堿式碳酸鎂(Mg5(CO3)4(OH)2.4H20):
[0029]Mg (HCO3) 2+2H20 — MgCO3.3H20+C02 ?
[0030]5 (MgCO3.3Η20) — Mg5 (CO3) 4 (OH) 2.4Η20+1OH2CHCO2 ?
[0031]總反應(yīng)如下:
[0032]5Mg (OH) 2+4NH4HC03— Mg 5 (CO3) 4 (OH) 2.4H20+2NH40H。
[0033]3、反應(yīng)母液銨的循環(huán)利用:
[0034]碳酸氫銨碳化反應(yīng)過程中，母液中的NH4OH與HCCV反應(yīng)生成(NH 4) 2C03，若循環(huán)利用反應(yīng)母液，導(dǎo)致體系碳酸銨累計(jì)，達(dá)到一定濃度后結(jié)晶析出，不僅影響產(chǎn)品純度，也導(dǎo)致銨的浪費(fèi)；因此，為了銨的循環(huán)利用，循環(huán)碳化過程中，向體系中通CO2氣體，使(NH4)2CO3R化為 NH4HCO3:
[0035]CO2+ (NH4) 2C03+H20 — 2NH4HC03
[0036]此外，母液循環(huán)碳化過程中，部分銨以氣體形式揮發(fā)或者夾雜在產(chǎn)品中，導(dǎo)致銨的減少；因此，循環(huán)碳化過程中需向反應(yīng)器中補(bǔ)充少量氨，以補(bǔ)充銨的損耗。
[0037]4、循環(huán)母液離子交換除雜:
[0038]鹽湖鹵水制備的工業(yè)氫氧化鎂，含少量的K+、Na+、Ca+、、Cl_離子，碳化過程中進(jìn)入母液，循環(huán)碳化利用多次，導(dǎo)致母液中K+、Na+、Ca2+、、Cl_等陰陽離子的富集，最終影響產(chǎn)品純度；因此，利用離子交換樹脂除去溶液中的陰陽離子。
[0039]5、洗滌分離
[0040]生成的堿式碳酸鎂漿液，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后的到輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品，濾液和洗液(母液)用于配置氫氧化鎂漿液和碳酸氫銨溶液。
[0041]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明依據(jù)氫氧化鎂漿液與碳酸氫銨溶液反應(yīng)的特點(diǎn)，首次設(shè)計(jì)出一種較合理