專利名稱：氨全循環(huán)法生產(chǎn)氫氧化鎂和氧化鎂的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氫氧化鎂和氧化鎂的生產(chǎn)技術，特別是用鎂鹽溶液氨沉淀法制造氫氧化鎂，再將其焙燒脫水制氧化鎂的工藝方法。
通常氧化鈣與銨鹽溶液混合后僅幾分鐘即可將銨鹽中化合態(tài)銨全部轉化成氫氧化銨，因此容易用加熱方法將氨蒸出，可以采用蒸餾塔蒸餾，反應完全。
而氧化鎂在水中溶解度低，常溫下它比氧化鈣低200倍左右，因此其PH值也低，當它與銨鹽溶液混合后即使達到平衡，也不能將銨鹽中化合態(tài)銨全部轉化成氫氧化銨，因此其以往采用的萃取方法是在釜內反應以延長萃取時間，提高MgO轉化率。這種操作不適合連續(xù)作業(yè)，由汽—液平衡原理可知，這種操作能耗較高，蒸出的氨氣只適合制成氨水。
中國專利CN1037690A，用硝酸銨和菱苦土在反應鍋內進行反應，反應萃取物濃度Mg2+在1.4～3.0mole/L，合成過程用氨水與鎂液兌合其NH4OH/Mg(NO3)2比為2～6克分子比例。合成過程為間歇操作需加入Mg(OH)2晶種。該方法溶液循環(huán)量大，蒸氨能耗高，難于解決過剩的蒸餾殘渣和Mg(OH)2洗滌水。其操作過程也是不連續(xù)的。
西班牙專利ES2020135，用硝酸銨溶液與不純的MgO反應。該專利同樣用蒸餾釜萃取。按該法所述，生產(chǎn)1噸MgO需循環(huán)氨量為1.5噸。若不考慮釜上部提餾塔回流冷凝中氨量，則由簡單汽—液平衡及物料平衡可知其蒸氨汽耗會超過15噸/噸MgO，若加上提餾塔回流量，則汽耗更高。另外該法合成過程采用銨液吸氨制成氨化銨液與鎂液兌合流程，不僅流程復雜、消耗大量冷凍量，而且增大母液循環(huán)當量。
發(fā)明的基本原理是用銨鹽溶液與原料中的MgO進行萃取反應，將生成鎂鹽溶液過濾除去雜質；反應生成的氨被蒸出、提濃和加壓，與鎂鹽進行合成反應而得高質量的Mg(OH)2進而焙燒得高質量MgO
為了敘述簡單、明了，對一些簡稱、符號對其所含內容及其意義預先作以解釋銨液富含銨離子的溶液，即銨鹽是萃取劑，為硫酸銨、硝酸銨、氯化銨等銨鹽。在循環(huán)的工藝過程中，是由合成裝置中出來，經(jīng)分離濾除Mg(OH)2后加入或不加入洗水后的溶液，而后成為調漿、進行萃取反應的原料，其主要成分除銨鹽外還有鎂鹽和NH4OH；鎂液即工藝過程中富含鎂離子的溶液，是氧化鎂經(jīng)萃取反應后從萃取蒸餾塔底部排出，經(jīng)分離除去雜質成為合成反應的原料。其主要成分除鎂鹽外，還含有銨鹽、NH4OH；淡液僅含少量NH4OH的冷凝液； 游離氨。溶液中以NH4OH存在的氨mol/L； 結合銨。溶液中以銨鹽存在的銨，mol/L； 總氨。 mol/L； 總鎂。 mol/L；α總氨與總鎂的比值， mol/L。
本發(fā)明采用全循環(huán)工藝進行連續(xù)化生產(chǎn)，其工藝流程如附

圖1所示含MgO的原料(如菱苦土粉、水鎂石粉、輕燒水鎂石粉等)定量加到調漿槽中，與經(jīng)萃取蒸餾塔上部預熱器預熱了的銨鹽溶液進行調漿，調漿液由泵送至萃取蒸餾塔下段進行萃取反應并蒸餾。蒸出的氨與水蒸汽經(jīng)塔中段(精餾段)將氨氣提濃，再經(jīng)過塔的上段，與作為調漿原料的銨液換熱，再經(jīng)氣體冷卻器冷卻后從塔頂排出送至氨氣增壓器，加壓后入合成裝置供合成用；塔中段的冷凝液入塔外的淡液桶；塔底排出的溶液即鎂液進入分離裝置，除去雜質后入鎂液桶，經(jīng)泵送至合成裝置，與加壓后的氨氣進行合成反應。合成后的漿液進入稠厚器增濃，入分離裝置，分出液相銨液與裝置脫出的液體均進入銨液罐，分離出來的固相Mg(OH)2在裝置中洗滌，洗后液也進入，洗滌后的Mg(OH)2經(jīng)脫水裝置、干燥裝置干燥而得高質量的氫氧化鎂，可作成品上市；也可將其送入焙燒裝置焙燒可得高質量氧化鎂。銨液罐中的銨液由泵送至上段預熱器，再次成為循環(huán)工藝、連續(xù)生產(chǎn)的萃取劑。
淡液桶的冷凝液經(jīng)泵送至淡液蒸餾塔蒸餾，蒸出的氨氣入增壓器7，亦作合成反應原料，殘液入貯槽，供洗滌Mg(OH)2或它用。
循環(huán)過程中的工藝條件調漿銨液 2.0～5.0mol/L，Mg2+0.5～1.5mol/L；萃取蒸餾塔塔底溫度105～135℃，塔頂溫度30～70；塔底排出鎂液 2.0～5.5mol/L， 塔頂壓力常壓合成過程溫度40～80℃，α＝0.95～1.20；淡液蒸餾塔塔底溫度103～110℃，塔頂溫度30～110℃塔頂壓力常壓本發(fā)明中主要設備之一的萃取蒸餾塔基本是由三段組成下部為反應蒸餾段，為板式塔，結構是篩板式、泡罩式或浮噴式，塔底有加熱裝置，可用再沸器作間接加熱，也可直接通蒸汽加熱；中部為精餾段，為板式塔或填充式塔結構；上部為換熱段，由銨液預熱器和冷卻器組成，結構為列管式或板式換熱器。為了充分利用熱能，可以在反應蒸餾段與精餾段間增加一預熱段，使整個塔成為四段式，即從下往上分別為反應蒸餾段、預熱段、精餾段和換熱段。預熱段結構采用板式塔或填充式塔。塔最上段的預熱是間接預熱(即采用換熱器)，而此預熱段是銨液和反應蒸餾上來的氨和水蒸汽直接接觸進行熱交換，以提高銨液的溫度。四段式塔及流程如附圖2所示經(jīng)過上段間接預熱的銨液從預熱段上部進入，熱交換后從預熱段下部出來，進入調漿槽與原料(含MgO)調漿。塔下部反應蒸餾段有一調漿液進料板，由泵往塔內加料板送調漿液，進料板的位置在這段的最上部分為宜。運作時，漿料進入塔內從第一塊塔板就開始了萃取反應，至塔底即完成萃取過程。在反應的同時蒸餾及時進行，將生成的氨與水蒸汽和生成的鎂液分開；生成的氨在精餾段提濃，將氨與水分開，提濃氨可直接加壓后用于合成。這一裝置能使塔內余熱充分利用，預熱了參加萃取反應銨液。本發(fā)明采用蒸餾塔同時進行萃取反應和蒸餾，能及時將反應進行過程中的生成物分開、除去，不斷打破反應的平衡，極為有利于反應的進行。這種裝置比現(xiàn)有技術中的釜式反應、單塔板蒸餾的效率要高得多?？梢钥闯鏊慕Y構合理，充分利用蒸餾過程的能量，蒸汽耗量大為節(jié)省。
淡液蒸餾塔為填料塔或板式塔結構，可以連續(xù)進行。循環(huán)工藝中另一重要設備為合成裝置，用射流式或釜式反應器，由于過程是連續(xù)的，無需加入晶種?？筛鶕?jù)需要生產(chǎn)不同純度與粒度的產(chǎn)品。
本發(fā)明物料循環(huán)量視生產(chǎn)規(guī)模和設備情況而定，一般情況下每噸MgO約為10～20m3。
在循環(huán)工藝中，萃取蒸餾塔操作可以根據(jù)合成裝置和氨氣增壓裝置情況采取微負壓、常壓或加壓操作。其塔頂壓力從真空度100mmHg(0.088Mpa，絕壓660mmHg)至0.4MPa，均可。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明是采用三段或四段式塔進行萃取反應，并同時高效蒸餾，調漿液進入下段塔后，經(jīng)過塔板，到塔底就完成萃取反應過程，效率大為提高。由于這一步成功實現(xiàn)，為整個工藝連續(xù)化提供條件。本發(fā)明的連續(xù)化生產(chǎn)高效率也是現(xiàn)有技術無法相比的。另外，在連續(xù)過程中充分利用了，作銨氨轉換，成為全循環(huán)萃取劑；氨的蒸餾及提濃可以直接使用，不用冷凍，節(jié)省了能源。
附圖2為四段式萃取蒸餾塔及在其中有關的工藝流程圖。其中Y是預熱段，其數(shù)字及箭頭指向均與附圖1相同。
調漿液投量150～200L/h，塔頂為常壓；調漿液 Mg2+≤0.5～1.5mol/L；萃取蒸餾塔塔底溫度105～135℃，塔頂溫度45～65℃；塔底排出鎂液 合成過程中用釜式反應釜，溫度控制40～60℃，其連續(xù)合成的α＝0.95～1.20；溶液循環(huán)當量每生產(chǎn)1t MgO為10～20m3，蒸餾耗汽≤5t/t，產(chǎn)品MgO含量≥98.5％，粒徑30～50μm。
實例2以NH4Cl為萃取劑，以水鎂石粉為含MgO原料，連續(xù)運作生產(chǎn)MgO產(chǎn)品。
萃取蒸餾塔操作為微負壓，真空度為80～100mmHg(絕壓660～680mmHg，0.088～0.09Mpa)，采用射流式反應進行合成，其他運行條件如實例1。蒸餾耗汽＜5t/t。產(chǎn)品純度98.5～99％，產(chǎn)品粒度≤20μm。
實例3以NH4NO3為萃取劑，以輕燒水鎂石粉為原料，連續(xù)、循環(huán)生產(chǎn)MgO。
萃取蒸餾塔采用四段塔，常壓下操作萃取蒸餾。
權利要求
1.一種生產(chǎn)氧化鎂的方法，是用含氧化鎂的原料經(jīng)與銨鹽萃取反應而得鎂鹽，鎂鹽與氨反應制得氫氨化鎂，進而經(jīng)焙燒而得氧化鎂，其特征為氨全循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)的工藝方法含氧化鎂原料與經(jīng)過預熱的銨液在調漿槽(1)中調漿，調漿液入萃取蒸餾塔(2)下部進行萃取反應并進行蒸餾，氨與水蒸氣進入塔中部精餾段將氨提濃，提濃氨進入塔上部經(jīng)銨液預熱器和氣體冷卻器排出塔外至增壓裝置(7)，加壓后入合成裝置(8)供合成反應用；塔中部氨提濃后的冷凝液進入淡液桶(6)；塔底排出的鎂液入分離裝置(4)，除去雜質后的鎂液入合成裝置(8)，與氨進行合成反應；反應物入增稠器(10)增濃，經(jīng)分離裝置(11)得固體氫氧化鎂，再經(jīng)洗滌(12)、脫水(13)、干燥(14)得成品氫氧化鎂，或進而焙燒(15)得成品氧化鎂；從分離裝置(11)得到的除去固體氫氧化鎂的銨液，與洗滌水、脫出水合并進入銨液罐(16)，其內的銨液送至萃取蒸餾塔2預熱器預熱后再入調漿槽(1)，成為循環(huán)再用的萃取原料；循環(huán)過程工藝條件調漿液 2.0～5.0mol/L，Mg2+0.5～1.5mol/L萃取蒸餾塔塔底溫度105～135℃塔頂溫度30～70℃塔底排出鎂液 2.0～5.5mol/L 塔頂壓力常壓合成過程溫度40～80℃，α＝0.95～1.20
2.如權利要求1所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為所述的萃取蒸餾塔為三段式塔下部為反應蒸餾段，為板式塔，其結構為篩板式、泡罩式或浮噴式，塔底部有加熱裝置；中部為精餾段，結構為板式塔或填充塔；上部為換熱段，由銨液預熱器和氨氣冷卻器組成，結構為列管式或板式換熱器。
3.如權利要求1或2所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為所述的萃取蒸餾段與精餾段間有一預熱段，其結構為板式或填充式，作用是將在塔上部經(jīng)間接預熱的銨液在預熱段再次預熱，其工藝過程是銨液從本段上部進入，與反應后蒸上來的氨和水蒸汽直接接觸進行熱交換，而后從該段下部出來，進入調漿槽(1)調漿。
4.如權利要求1或2所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為所述萃取蒸餾塔，其下部有一用于調漿液進入的加料板；位于反應蒸餾段的最上部。
5.如權利要求1所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為萃取蒸餾塔中段氣體冷凝后進入淡液桶(6)的冷凝液為含氨淡液，將其送入淡液蒸餾塔(9)將氨蒸出并送增壓裝置(7)；殘液入貯槽(21)；淡液蒸餾塔為填料塔或板式塔；淡液蒸餾塔底溫度103～110℃塔頂壓力常壓塔頂溫度30～60℃。
6.如權利要求1所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為所述的合成裝置是射流反應器或釜式反應器。
7.如權利要求1所述的生產(chǎn)氧化鎂的方法，其特征為所述萃取蒸餾塔的操作，可以根據(jù)合成裝置和氨氣增壓裝置采取微負壓，常壓或加壓操作，塔頂壓力范圍為0.088MPa～0.4MPa。
全文摘要
一種氨全循環(huán)生產(chǎn)MgO的方法，其工藝為含MgO原料和銨液調漿后入萃取蒸餾塔下部進行萃取反應并行蒸餾，產(chǎn)生的氨和水汽蒸至塔中部將氨提濃后進入塔上部，經(jīng)銨液預熱器和冷凝器而入增壓器作為合成反應原料。塔下排出鎂液經(jīng)分離除雜質后與增壓器來的氨進行合成制得Mg(OH)
文檔編號C01F5/00GK1446751SQ0210766
公開日2003年10月8日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權日2002年3月22日
發(fā)明者李國祥, 邵成剛 申請人:丹東松元化學有限公司