專利名稱：高純度氫氧化鎂和它的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從利用鎂強(qiáng)化的石灰對(duì)煙道氣進(jìn)行脫硫反應(yīng)得到的泥漿制備高純度氫氧化鎂。
公知用于如阻燃劑和醫(yī)藥品的高純度氫氧化鎂(Mg(OH)2)的制備包括大量能源消耗量大的步驟以及使用高成本化學(xué)原料。在美國(guó)專利No.5,476,642；No.5,286,285；No.5,143,965；No.4,698,376；和NO.4,695,445中描述了這些產(chǎn)品的各種制備方法。
在一種煙道氣脫硫方法中，通過(guò)控制處理泥漿的堿性防止形成對(duì)系統(tǒng)有害剝落物。鎂強(qiáng)化的石灰通過(guò)形成亞硫酸鎂(MgSO3)，用于增加處理泥漿的堿性。含有氧化鎂(MgO)的石灰被選擇用于這種用途，使亞硫酸鎂能夠形成。這些過(guò)程中泥漿是指含有鎂離子的石灰漿。這些亞硫酸鎂充滿的泥漿一部分從脫硫系統(tǒng)排出以維持泥漿的化學(xué)性質(zhì)。它的處理存在高成本和環(huán)境污染問(wèn)題。
這些排出的泥漿提供了一種制備高純度氫氧化鎂經(jīng)濟(jì)的原料。
本發(fā)明涉及從煙道氣脫硫反應(yīng)中的泥漿制備高純度氫氧化鎂。這些泥漿采用含有氧化鎂的石灰制備。泥漿存在的鎂可以形成亞硫酸鎂。脫硫反應(yīng)系統(tǒng)中泥漿化學(xué)性質(zhì)的控制有利于存在少量雜質(zhì)的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶(MgSO3.6H2O)的回收。這些結(jié)晶是制備本發(fā)明高純度氫氧化鎂的原料。
在制備過(guò)程中，本發(fā)明的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶通過(guò)與水和氧化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸鎂(MgSO4)水溶液。然后反應(yīng)水溶液和苛性堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鎂固體沉淀。然后通過(guò)過(guò)濾和反應(yīng)溶液分離得到氫氧化鎂濾餅。除去濾餅中附帶的溶液，并干燥除去高純度氫氧化鎂產(chǎn)品中的殘留水。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明參照附圖對(duì)本發(fā)明的具體步驟進(jìn)行更詳盡的描述。
在圖中

圖1為本發(fā)明的優(yōu)選半連續(xù)的實(shí)施方案中反應(yīng)進(jìn)行步驟的流程圖。
環(huán)境保護(hù)重視的增強(qiáng)要求工業(yè)煙道氣進(jìn)行脫硫。這些脫硫過(guò)程可以通過(guò)使用煙道氣洗滌裝置來(lái)進(jìn)行，其中含有二氧化硫的煙道氣和被稱為脫硫處理泥漿的水性洗滌介質(zhì)接觸。參照?qǐng)D1，煙道氣洗滌系統(tǒng)總的來(lái)說(shuō)用附圖標(biāo)記10表示，其包括煙道氣脫硫單元11，含硫的氣體通過(guò)其中和水性泥漿接觸。這些泥漿再通過(guò)泵12的單元進(jìn)行再循環(huán)。在連續(xù)反應(yīng)中，泥漿的化學(xué)性質(zhì)通過(guò)加入泥漿化學(xué)成分并結(jié)合除去或排出部分泥漿(如13所示)維持。這些在以前需處理的泥漿，提供了制備高純度氫氧化鎂的原料。以亞硫酸鎂形式存在的鎂在泥漿中控制堿性和在脫硫系統(tǒng)中防止剝落物形成。這些泥漿是用含有重量為2-6％氧化鎂的石灰制備的。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中這些氧化鎂可形成泥漿中的亞硫酸鎂。
系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行中對(duì)泥漿化學(xué)性質(zhì)的控制有利于從排出泥漿中回收高純度亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶。促進(jìn)這些高純度六水合物結(jié)晶形成的泥漿化學(xué)性質(zhì)包括1.鎂離子含量在5,000-12,000ppm之間，2.亞硫酸根含量在3,000-18,000ppm之間，和3.pH在6.0-7.0之間。
這些條件以及在下面描述的隨后結(jié)晶器的最佳條件，在加拿大專利No.2,133,694中已有描述，引入本文作為參考。
隨后的在結(jié)晶器14進(jìn)行的步驟中，通過(guò)降低其溫度至15-40℃、調(diào)節(jié)pH至7.0-7.5之間，處理亞硫酸鎂過(guò)飽和的排出泥漿。這些條件促進(jìn)亞硫酸鎂六水合物(MgSO3.6H2O)的生成，而抑制亞硫酸鎂三水合物(MgSO3.3H2O)的生成。這些六水合物結(jié)晶形成后，在脫水單元15中和其它的水溶液分離。在線16除去水，在線17分離亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶用于進(jìn)一步處理。這些結(jié)晶雜質(zhì)含量低，它們是制備高純度氫氧化鎂很好的原料。本發(fā)明使用的原料和方法不需要在現(xiàn)有技術(shù)中需要純化起始產(chǎn)物的其它步驟。
這些六水合物結(jié)晶雜質(zhì)的化學(xué)分析結(jié)果如表1所示。
表1Cl-小于100mg/kgNO3小于46mg/kgCa++小于60mg/kgFe 小于7mg/kg采用這些結(jié)晶作為原料、參考流程1所描述的實(shí)施本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，為連續(xù)的或半連續(xù)的；但是實(shí)施本發(fā)明方法的批量處理方式也不排除。
對(duì)結(jié)晶器14中的結(jié)晶進(jìn)行化學(xué)分析的結(jié)果表明這些結(jié)晶主要是亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶。這些結(jié)晶相對(duì)難溶于水，優(yōu)選在氧化單元18進(jìn)行氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸鎂。在這個(gè)單元中，脫水單元15的結(jié)晶和原料19的過(guò)氧化氫(H2O2)進(jìn)行氧化反應(yīng)。通過(guò)進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)測(cè)定氧化單元的最適條件發(fā)現(xiàn)，50ml(大約50gms)去離子水、8gms亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶和5ml(大約7gms)30％H2O2混合物，具有最好的氧化效果，并且溫度的上升最低。結(jié)果如表2所示。
表2時(shí)間(分)溫度(℃) pH0 22 8.82 60 6.75 57 6.71551 6.83045 7在批量實(shí)驗(yàn)樣品中所有反應(yīng)物存在于溶液中，當(dāng)冷卻試樣后，離子色譜分析表明0ppm的SO3和66569ppm的SO4。
按照批實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，氧化單元運(yùn)行中反應(yīng)物按比例進(jìn)行，和上面的批量實(shí)驗(yàn)基本一致。
觀察到結(jié)晶器的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶，如果不馬上進(jìn)行氧化反應(yīng)，它們的暴露表面會(huì)形成SO4外殼。這種氧化反應(yīng)(SO3→SO4)不是不利于該方法，因?yàn)檫@種氧化反應(yīng)類似于氧化單元描述的反應(yīng)。因此，亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶的生成可以獨(dú)立于其它步驟，在一般條件下儲(chǔ)存，直到使用。
從氧化單元18的硫酸鎂水溶液通過(guò)20進(jìn)入沉淀反應(yīng)器21，在其中和強(qiáng)堿，如氫氧化鈉(NaOH)反應(yīng)，析出氫氧化鎂沉淀，反應(yīng)為。氫氧化鈉為優(yōu)選試劑，使用方便、產(chǎn)率高。但是本發(fā)明不排除使用其它強(qiáng)堿試劑，如氨水、氫氧化銨或氫氧化鉀。在沉淀反應(yīng)器中，pH控制在大約9.5-11.0之間，優(yōu)選在大約10.5-10.7之間，反應(yīng)條件特征1)逐漸加入反應(yīng)物，2)持續(xù)混合，和3)不過(guò)度攪拌，促進(jìn)細(xì)小(2-5微米)氫氧化鎂微粒沉淀形成。這些微粒純度高，適于作阻燃劑和其它高端應(yīng)用。在本方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，這些細(xì)小粒子的氫氧化鎂沉淀通過(guò)如圖1中22所示的板框式壓濾器或相似裝置，和硫酸鈉(Na2SO4)分離。隨后除去硫酸鈉，得到的濾餅用高純度水(去離子水)23充分漂洗，除去吸附的硫酸鈉。濾餅然后采用鼓風(fēng)干燥，除去殘余的水分。得到的高純度氫氧化鎂產(chǎn)物從25所示的壓濾器除去。
從壓濾器分離步驟的漂洗水和濾出液，分別如26和27所示，在連續(xù)或半連續(xù)的系統(tǒng)應(yīng)用。含有微量Na2SO4和Mg(OH)2的漂洗液，如28所示，到氧化單元，隨后進(jìn)入沉淀反應(yīng)器，用作氧化和沉淀的再利用反應(yīng)物。濾除液(Na2SO4)如29所示進(jìn)入氫氧化鈉再生成器30。在回收器中，Na2SO4轉(zhuǎn)化為NaOH用于沉淀反應(yīng)器21。再生成反應(yīng)為。再生成器中的Ca(OH)2如32所示從31的石灰漿得到。
再生成器中的產(chǎn)物通過(guò)砂帶過(guò)濾器33或類似的裝置分離液體和固體。在回收步驟中回收的液體NaOH濾液34，轉(zhuǎn)移到沉淀反應(yīng)器21中，如35所示，用于沉淀Mg(OH)2。如36所示的固相石膏，如37所示為反應(yīng)的副產(chǎn)物。
為了平衡連續(xù)或半連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)，防止系統(tǒng)中過(guò)量液相鈉存在，Na2SO4通過(guò)壓濾器的濾液循環(huán)排出口38被排出。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的液體損失，補(bǔ)充水39在40被加入壓濾器的漂洗液循環(huán)。這些漂洗液和補(bǔ)充水如28所示轉(zhuǎn)移到氧化單元18。
如上面所提到的，沉淀反應(yīng)器21的pH控制在大約9.5-11.0之間，促進(jìn)氫氧化鎂沉淀達(dá)到2-5微米的理想粒徑。通過(guò)向42的砂帶過(guò)濾器濾液循環(huán)裝置加入NaOH，進(jìn)入沉淀反應(yīng)器，以維持pH值。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，加入的NaOH為50％NaOH溶液，以利于處理。
為了描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，具體的材料和方法步驟在上面已列出，按照上面的原則，不偏離申請(qǐng)者的新穎構(gòu)思，可以進(jìn)行大量修改，因此再確定本發(fā)明的范圍時(shí)，參照后附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種從使用鎂強(qiáng)化石灰得到的煙道氣脫硫系統(tǒng)的水性泥漿制備高純度氫氧化鎂的方法，包括在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中控制泥漿的化學(xué)性質(zhì)，以便于含有少量雜質(zhì)的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶的回收，從脫硫系統(tǒng)中取出部分水性泥漿，處理取出的水性泥漿，形成亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶，氧化該結(jié)晶得到硫酸鎂水溶液，將得到的硫酸鎂水溶液和堿性物質(zhì)反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，從水性介質(zhì)中分離氫氧化鎂沉淀，漂洗氫氧化鎂沉淀，除去吸附的雜質(zhì)，和干燥氫氧化鎂沉淀，得到高純度氫氧化鎂產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1的高純度氫氧化鎂制備方法，其中該方法是以半連續(xù)的過(guò)程進(jìn)行的，反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)通過(guò)以下維持1)向反應(yīng)系統(tǒng)中加入補(bǔ)充水和氫氧化鈉，和2)從反應(yīng)系統(tǒng)中取出硫酸鈉。
3.如權(quán)利要求2的高純度氫氧化鎂制備方法，還包括制備脫硫系統(tǒng)水性泥漿使用氧化鎂含量在2-6％(重量)的石灰。
4.如權(quán)利要求3的高純度氫氧化鎂制備方法，還包括在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中，控制反應(yīng)泥漿的化學(xué)性質(zhì)，以提供1)鎂離子含量在5,000-12,000ppm之間，2)亞硫酸根含量在3,000-18,000ppm之間，和3)pH在6.0-7.0之間，以促進(jìn)亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶形成。
5.如權(quán)利要求4的高純度氫氧化鎂制備方法，其中反應(yīng)泥漿從脫硫系統(tǒng)中被排出，并通過(guò)以下步驟處理以回收亞硫酸鎂結(jié)晶，1)冷卻溶液溫度至15-40℃之間，2)調(diào)節(jié)溶液pH至7.0-7.5之間。
6.如權(quán)利要求4的高純度氫氧化鎂制備方法，其中使過(guò)氧化氫氧化亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶。
7.如權(quán)利要求6的高純度氫氧化鎂制備方法，還包括1)通過(guò)加入30％的過(guò)氧化氫溶液生成硫酸鎂水溶液，和2)控制氧化反應(yīng)物的重量份數(shù)在50份的水8份的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶，和7份的30％的過(guò)氧化氫溶液。
8.如權(quán)利要求1的高純度氫氧化鎂制備方法，其中沉淀用的堿性物質(zhì)選自氫氧化銨、氫氧化鉀和氨水。
9.如權(quán)利要求1的高純度氫氧化鎂制備方法，其中從水溶性反應(yīng)介質(zhì)中分離氫氧化鎂沉淀是使用板框式壓濾器進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求9的高純度氫氧化鎂制備方法，其中氫氧化鎂沉淀用去離子水漂洗除去吸附雜質(zhì)，和漂洗的氫氧化鎂沉淀用鼓風(fēng)干燥。
11.如權(quán)利要求10的高純度氫氧化鎂制備方法，還包括1)從壓濾分離過(guò)程的硫酸鈉濾液再生成氫氧化鈉，得到重新利用的氫氧化鈉和作為副產(chǎn)品的石膏。2)循環(huán)吸附雜質(zhì)漂洗步驟的漂洗液，以在亞硫酸鎂氧化反應(yīng)和氫氧化鎂沉淀反應(yīng)中再利用。
12.如權(quán)利要求11的高純度氫氧化鎂制備方法，其中使用氫氧化鈣再生成氫氧化鈉。
13.如權(quán)利要求12的高純度氫氧化鎂制備方法，其中通過(guò)砂帶過(guò)濾器分離氫氧化鈉以在系統(tǒng)中重新利用，并回收作為副產(chǎn)品的石膏。
14.如權(quán)利要求2的高純度氫氧化鎂制備方法，其中本方法通過(guò)下列操作維持成為半連續(xù)過(guò)程1)向氧化反應(yīng)中加入補(bǔ)充水，2)向沉淀反應(yīng)中加入氫氧化鈉，和3)從沉淀分離步驟的濾液中除去硫酸鈉。
15.一種從煙道氣脫硫系統(tǒng)取出的泥漿，使用鎂強(qiáng)化的石灰，按照權(quán)利要求1的方法，制備的高純度氫氧化鎂。
16.一種從煙道氣脫硫系統(tǒng)取出的泥漿，使用鎂強(qiáng)化的石灰，按照權(quán)利要求4的方法，制備的高純度氫氧化鎂。
17.用于制備高純度氫氧化鎂的半連續(xù)系統(tǒng)，包括下面的組合，1)一個(gè)在處理泥漿中使用鎂強(qiáng)化的石灰的煙道氣脫硫單元，該泥漿的化學(xué)性質(zhì)被控制，以得到高純度的亞硫酸鎂六水合物結(jié)晶，2)結(jié)晶器，泥漿被加入其中進(jìn)行結(jié)晶，生成低雜質(zhì)的高純度結(jié)晶，3)氧化單元，用于將得到的結(jié)晶氧化為硫酸鈉水溶液，4)沉淀反應(yīng)器，用于將得到的水溶液沉淀產(chǎn)生氫氧化鎂固體，5)分離器，用于從水溶液中分離氫氧化鎂沉淀，6)水，用于漂洗得到的分離沉淀，除去吸附的雜質(zhì)，7)鼓風(fēng)干燥，用于干燥得到的漂洗過(guò)的沉淀，除去殘留液體，8)再生成器，用于從分離器濾液中再生成氫氧化鈉，9)過(guò)濾器，用于從再生成器回收固體石膏，10)補(bǔ)充水，補(bǔ)充的氫氧化鈉和排出的硫酸鈉，以平衡制備副產(chǎn)品和高純度氫氧化鎂產(chǎn)品的半連續(xù)系統(tǒng)。
全文摘要
用于阻燃劑和其它高端應(yīng)用的具有細(xì)小粒徑的高純度氫氧化鎂,利用煙道氣脫硫系統(tǒng)反應(yīng)利用的泥漿作為原料制備;制備方法中沒有需要能量的步驟以及不使用成本高的化學(xué)原料。
文檔編號(hào)C01F11/00GK1270143SQ0010576
公開日2000年10月18日 申請(qǐng)日期2000年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月13日
發(fā)明者丹尼爾·W·貝里斯考, 馬尼亞姆·巴比 申請(qǐng)人:德拉沃石灰有限公司