一种天然碱制备碱式碳酸镁及高纯氧化镁的方法

摘要

本发明属于卤水化工领域，特别涉及利用天然碱制备碱式碳酸镁及高纯氧化镁的方法，本发明是以氯化镁为原料，采用天然碱卤水为沉淀介质，通过天然碱的一次热分解，与氯化镁溶液的高温反应，然后进行热水洗涤，获得氧化镁含量在42％以上的水合碱式碳酸镁，获得的固体中间产物经高温煅烧，制备出纯度达到98％以上的高纯氧化镁。本发明利用了天然碱卤水成本低廉、纯度高的优势，制备出高纯氧化镁，提高了资源利用的效益，为天然碱卤水的就地使用，产生最大效益的最佳工业产品和工艺。

说明书

技术领域

本发明属卤水化工，涉及一种采用特色资源天然碱卤水为沉淀介质，与工业氯化镁溶液反应生成水合碱式碳酸镁，进而生产高纯氧化镁的方法。

背景技术

我国是生产镁系列产品最大的生产国，每年镁系列产品的产量达到了800万吨以上，其中氧化镁产品所占比例最大。利用菱镁矿煅烧而得的轻烧氧化镁、重烧氧化镁及电熔镁砂等产品在国际市场占有最大份额。但是，我国的镁质化工材料产品生产相对落后，其特点是企业规模小，产品的纯度不高，环境污染严重等。开发高纯氧化镁产品工艺，可以生产活性氧化镁、医药级镁质化工材料。其中硅钢级等功能化氧化镁、氧化镁晶须、纳米氧化镁等超细产品，成为目前氧化镁产业的发展方向。

目前，利用卤水氯化镁或水氯镁石(MgCl₂·6H₂O)资源生产氧化镁的主要方法有：

(1)碳铵法：

以碳酸氢铵作为反应介质，其反应式如下：

MgCl₂+2NH₄HCO₃→MgCO₃+CO₂+2NH₄Cl+H₂O

4MgCl₂+8NH₄HCO₃→3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O+5CO₂+8NH₄Cl

生产出的碳酸镁或碱式碳酸镁煅烧后，生产氧化镁产品。

本方法副产氯化铵，蒸发困难，腐蚀严重，如果生产氯化铵产品，附加值低。

(2)纯碱法：

以纯碱作为反应介质，其反应式如下：

MgCl₂+Na₂CO₃→MgCO₃+2NaCl

生产出的碳酸镁煅烧后，生产氧化镁产品。

本方法需要以纯碱作为原料，原料价格高，生产成本高。

(3)Aman水解法：

本方法采用MgCl₂·6H₂O直接高温水解，其主要反应为：

MgCl₂·6H₂O→MgO+2HCl+5H₂O

此方法煅烧过程温度很高，达到1200℃，副产盐酸，对设备的材质要求极高，尚未在我国实行产业化。

(4)石灰法：

将石灰乳加入到氯化镁卤溶液，其反应式如下：

MgCl₂+Ca(OH)₂→Mg(OH)₂+CaCl₂

Mg(OH)₂→MgO+H₂O

对石灰的质量要求极高，需要对石灰进行非常严格的净化处理，生产的氧化镁的纯度难以达到保证。

(5)烧碱法：

以烧碱作为反应介质，其反应式如下：

MgCl₂+2NaOH→Mg(OH)₂+2NaCl

Mg(OH)₂→MgO+H₂O

本方法需要以烧碱作为原料，原料价格高，生产成本高。

(6)氨水法：将卤水与氨水进行，其反应式如下：

MgCl₂+2NH₃·H₂O→Mg(OH)₂+2NH₄Cl

Mg(OH)₂→MgO+H₂O

本方法可以生产高纯氧化镁，但是氨的碱性较弱，使得氧化镁的转化率低，操作环境恶劣。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用天然碱卤水制备水合碱式碳酸镁及高纯氧化镁的新方法。本方法可以避免天然碱蒸发浓缩、结晶过程，降低了成本，使产品具有极强的竞争优势。

本发明提供了一种利用天然碱卤水制备水合碱式碳酸镁及高纯氧化镁的方法，该方法包括以下步骤：

a.首先将天然碱液在80～110℃进行热分解，将50％以上的碳酸氢钠分解成碳酸钠，其中天然碱溶液中的总碱在150～180g/L左右，将步骤a得到分解后的天然碱液放入计量槽中，其反应过程为：

2NaHCO₃→Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑

b.将六水氯化镁加水进行溶解，其中所需六水氯化镁的浓度：氯化镁大于41％以上，溶解后的氯化镁溶液浓度保持在1.5～2.0mol/L，将本溶液通过砂石过滤器进行净化处理，获得精制的氯化镁溶液；

c.将步骤b得到的氯化镁溶液放入搪瓷釜中，加热至80～105℃，然后加入步骤a准备好的天然碱溶液，加入量为理论反应配比的1.0～1.2倍，进行反应，在加料完成后，将溶液进行加热，沸腾，将其中的碳酸氢镁热解生成碳酸镁，保持温度，总反应时间在1～2小时，反应式为：

MgCl₂+Na₂CO₃→MgCO₃+2NaCl

MgCl₂+2NaHCO₃→Mg(HCO₃)₂+2NaCl

Mg(HCO₃)₂→MgCO₃+CO₂↑+H₂O

d.将搪瓷釜中的料取出，进入厢式过滤器中进行固液分离，然后使用60～80℃热水进行原位洗涤，然后进行干燥，干燥温度110～160℃，获得水合碱式碳酸镁产品，其中氧化镁含量在42～44％，所需洗涤水量为固体量的40～60倍；

e.将水合碱式碳酸镁加入隧道窑中进行煅烧，煅烧温度保持在800～900℃，煅烧时间4～6小时获得高纯氧化镁产品，其氧化镁含量大于98％。

f.步骤d反应后的高浓的氯化钠溶液利用成熟工艺进行蒸发浓缩，结晶分离，可以获得精盐副产品。

河南省南阳市桐柏县安棚地区天然碱资源的特点是杂质含量少、开采成本低，其原料组成为碳酸钠、碳酸氢钠，还有极少量的氯化钠，为生产纯碱的优质原料。以天然碱液作为反应原料与工业氯化镁进行反应生产碱式碳酸镁，进而煅烧生产氧化镁的方法是以纯碱法生产氧化镁作为基础，借鉴了碳铵法生产碳酸氢镁的反应原理，综合天然碱原料的特点，设计了反应过程，并控制颗粒生长，获得目标产物水合碱式碳酸镁和高纯氧化镁。在本发明整个反应流程中利用了天然碱液与精制氯化镁原料，没有废弃物的排放，避免天然碱蒸发浓缩、结晶过程，降低了成本，使产品具有极强的竞争优势，是一个典型的环境友好的清洁工艺。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。

图1是本发明利用天然碱制备碱式碳酸镁及高纯氧化镁的流程图。

具体实施方式

实施例

称取400kg MgCl₂·6H₂O加入搅拌槽中，放入800L 60℃的热水中，进行充分的搅拌，然后将氯化镁溶液加入砂石过滤器，将其中的固体颗粒进行过滤，加入到3000L的搪瓷反应釜中，加热至80℃～105℃。将天然碱液在热分解塔中在80～110℃进行热分解进行分解，其中塔底温度130℃，塔顶温度100℃，反应后的溶液总碱在180g/L以上，碳酸氢钠含量为50g/L，进入计量槽中，其中取体积为1000L，加入反应釜中，将溶液进行加热，沸腾，将其中的碳酸氢镁热解生成碳酸镁，保持温度，总反应时间在1～2小时，然后进入厢式过滤机中过滤，然后用固体量的40～60倍洗涤水，温度为60～80℃进行原位洗涤，在110～160℃进行干燥，干燥后获得水合碱式碳酸镁产品180.33kg，其中氧化镁含量在43.2％。然后将此产品放入碳化硅的匣包中，放入隧道窑中进行煅烧，煅烧温度900℃，反应时间5小时，获得氧化镁产品78.29kg，其中氧化镁纯度达到98.6％。反应釜中反应后的高浓的氯化钠溶液利用成熟工艺进行蒸发浓缩，结晶分离，可以获得精盐副产品。