专利名称：用蛇纹石制取轻质氧化镁、白炭黑及回收硫酸铵的方法
技术领域：
本发明属于一种非金属矿物化工深加工，具体的说是用蛇纹石制取轻质氧化镁、白炭黑及回收硫酸铵的方法背景技术：
蛇纹石是我国储量巨大的一种非金属矿资源，温石棉矿床的母岩为蛇纹石，而我国90％以上的石棉矿为温石棉，也有单一的蛇纹石矿床。在石棉矿山，石棉经风选后蛇纹石是作为尾矿被抛弃的，大约生产一吨石棉需抛弃蛇纹石尾矿40吨左右；单一的蛇纹石矿开采仅作为钙、镁、磷肥的添加剂或炼钢保护渣，用量有限，经济价值很低。蛇纹石的主要化学成份为MgO和SiO2，其中MgO含量约38％，SiO2含量约40％，结晶水含量约10％，Fe2O3约8％，剩余为Mn、Cr、Al、Ca等氧化物。为了扩大蛇纹石的综合利用，中国专利申请号88109764.9，公开号CN1041740A提出了以蛇纹石为原料生产碳酸镁/或氧化镁及多孔二氧化硅的方法，该方法首先将蛇纹石粉在400～800℃条件下煅烧2～4小时，然后酸浸。实践证明为了打开蛇纹石的层间羟基，使水镁石八面体(含MgO层)和SiO2四面体分离，采用煅烧的方法成本高、污染严重，生产线投资大，且经煅烧后生成的SiO2活性低，为白炭黑的制造带来困难。另外，该方法将碳化后的残液—硫酸镁氨溶液加热至氨和SO2的分解挥发温度加以回收，在工艺中是很难实现的，且无蛇纹石矿物化工工艺中的关键工艺—除杂。中国专利申请号89106821.X，公开号CN1050411A提出了蛇纹石尾矿的综合利用工艺，该工艺采用盐酸作为溶剂萃取，但盐酸对工艺的防腐要求高，且回收的氯盐市场销售不旺，另外在中和过程中，采用石灰乳作为中和剂，这在除铁的同时使大量的CaO掺入氯化镁溶液中。在轻质氧化镁中Ca++含量是衡量产品质量最主要的指标之一。电磁级氧化镁要求CaO＜0.7％。而在碳化工序，该方法与传统的白云石法生产氧化镁的方法是一样的，采用CO2二步法，在碳化工序中完全实施钙、镁分离已被实践证明是不可能的。另外这种方法存在工序长，回收率低、洗去的氯离子污染严重。中国专利申请号92101146.6，公开号CN1075936A提出了从蛇纹石中提取氧化镁的方法，该方法采用两步煅烧法，虽然化学反应过程简单，但实际由于过滤—干燥—煅烧—水浸—过滤—干燥—煅烧，生产中能耗大，成本高。且轻质氧化镁活性也低。以上所述的各种方法均未提出生产中得到的SiO2怎样进一步加工成具有实际经济效益的白炭黑。
发明内容本发明解决了上述现有技术中存在的问题，提出了一种用蛇纹石制取轻质氧化镁、白炭黑及回收硫酸铵的方法。其方法如下1.将蛇纹石粉碎成140～220目的细粉，经磁选机磁选，其磁场强度应大于2800奥斯特，以除去富铁蛇纹石；然后将矿粉在水中浸泡，搅拌，其固液比为1∶5～1∶10，时间30～100分钟，最后徐徐加入浓硫酸，反应液终止浓度为20～40％，并升温至80～100℃，加入时间为0.5～1.5小时。
2.将上述溶液过滤，过滤后的溶液为硫酸镁及溶于酸的其它杂质的混合液，用浓度为10～25％的苦土粉乳液作为中和剂，加入速率为每分钟5％(体积量)，中和反应时PH值需严格控制在6～10之间。中和反应后再用双氧水进行氧化，双氧水加入量为体积比的1∶30～1∶50；3.上述反应液经过滤，除去沉淀物(杂质)，然后进行碳化，将硫酸镁纯净液的浓度控制在13～25波美度，用氨水和碳酸氢铵进行碳化，氨水与碳酸氢铵的配比为氨水∶碳酸氢铵3∶1～5∶1(重量比)，碳化温度为20～80℃，时间为30～200分钟。
4.将碳化后的含有白色结晶体的碱式碳酸镁和硫酸铵的溶液放出，在储罐中静置1～2小时熟化，然后过滤，过滤后的固体经干燥得碱式碳酸镁，再将碱式碳酸镁经煅烧得轻质氧化镁。
5.将步骤2所得的多孔二氧化硅放入反应器中，加入水，然后加入浓度为20～40％的烧碱液，当搅拌升温至70～90℃时，加入硅渣，其固液比为1∶1～1∶3.5，搅拌维持反应温度80～100℃，3小时即可放料，将上述反应物过滤，即得纯净的水玻璃。
6.在反应釜中加入水玻璃，搅拌升温至50～60℃后，加入浓度为20～30％的稀硫酸，使反应液的中和度为20～45％，然后停止加酸，老化30～50分钟，再将体系温度升至80～90℃，加入相同浓度的稀硫酸，使PH值为3，然后再升温至90～100℃℃，老化20～50分钟即可放料，经过滤、洗涤、干燥，即得白炭黑。
7.将过滤后的硫酸铵混合液蒸发回收硫酸铵，在此液中除含(NH4)2SO4外，还含有部分MgCO3、MgSO4及Mg(HO)2等，因此要进行除杂，MgCO3、MgSO4可通过沉淀除去，MgSO4与(NH4)2SO4形成酸铵复盐[MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O]，由于酸铵复盐的结晶浓度小于硫酸铵，所以第一次结晶时，酸铵复盐析出。它可以作为农肥直接使用；然后进行第二步蒸发，纯净的硫酸铵析出。
本发明经工业性试验表明利用4吨蛇纹石矿可得1吨优质轻质氧化镁(MgO≥98％、CaO≤0.5％、铁≤0.03％)，1.3吨白炭黑(比表面积160～180m2/g)和4吨工业级硫酸铵。以上所得产品质量好。耗能少，环境污染小。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述实施例1将8Kg 200目的蛇纹石矿粉经磁选机除铁，然后放入装有40Kg水的反应器中，加热搅拌30分钟，加入93％的浓硫酸7Kg，加入速率为10Kg/小时，温度控制在＜100℃，反应后静置0.5小时，过滤。将溶液放入反应器中，加入NaClO312g，搅拌20分钟，然后将苦土粉乳液徐徐加入，使溶液达到PH＝8.5停止，保温1小时，过滤，除去杂质，将精制硫酸镁液加入反应器中，搅拌，徐徐加入碳化氨水20升，搅拌并保持温度为60℃，加完后升温至70℃，保温1小时，出料，经过滤后洗涤两次，干燥得碱式酸镁，然后将碱式碳酸镁放入马福炉内在850℃煅烧0.8小时，得高品质轻质氧化镁2.1Kg。产品含MgO＞97.8％、CaO＜0.5％、铁盐0.05％，质量符合国家标准。
实施例2取同于实施例1的蛇纹石矿粉，按实施例1的方法制取硫酸镁液，将硫酸镁液在反应器内加热至70℃。用10％的MgO悬浊液调反应液PH至8，老化30分钟，然后加双氧水，使没有氧化的二价铁氧化成三价铁，搅拌20分钟。过滤，洗涤，以后步骤同实施例1。实施例2制取的氧化镁仍达到优质品，而铁盐的含量更低(＜0.05％)，氧化剂用量亦减少。
实施例3将实施例1或实施例2碳化后的过滤液，用来回收硫酸铵，取5Kg过滤液，在蒸发器中蒸发，溶液的初始浓度为10～15波美度，蒸发浓缩至25～30波美度时放入冷却结晶器，然后经离心分离得硫酸镁铵复盐粗产品。将分离后的溶液放入蒸发器中继续蒸发，当浓度达到30～35波美度时，放入冷却结晶器中，静置20分钟后离心分离，得到工业级硫酸铵420g，其质量指标为氮含量21.2％、H2SO4＜0.05％、铁含量0.006％。
实施例4将实施例1或实施例2中的硅渣用来制取白炭黑。先在反应器中加入150升水，然后加入浓度为38％的烧碱20升，搅拌升温至85℃，加入硅渣(干)75Kg，，搅拌维持反应温度1.5～2.5小时，然后放料。将反应液过滤，然后加入反应器中搅拌升温至55℃。将30％的稀硫酸徐徐加入，使反应液的中和度为42％时停止加酸，老化30分钟，再将体系温度升至85℃，开始第二次加酸，当体系PH值为3时，停止加酸，升温至100℃，老化30分钟，冷却、过滤，即得产品白炭黑58Kg，经检测SiO292％、PH值为6.5、总铁量＜1000mg/Kg、比表面积186m2/g。
权利要求
一种用蛇纹石制取轻质氧化镁、白炭黑及回收硫酸铵的方法，其特征在于1.将140～220目的蛇纹石矿粉经磁选机磁选，其磁场强度大于2800奥斯特，除去富铁蛇纹石矿，然后再进行硫酸浸取作业；
2.将过滤后的硫酸镁液先进行中和反应，中和剂为苦土粉乳液，浓度为10～25％，加入速率为5％/min(体积量)。PH值为6～10，然后再进行氧化，其氧化剂为双氧水，除去铁、锰、铝、钙等金属离子，双氧水用量与中和液体积比为1∶30～1∶50；
3.对纯净的MgSO4液进行碳化，用于碳化的碳化铵水的配比为氨水∶碳酸氢铵＝3∶1～5∶1(重量比)，碳化温度为20～80℃，时间为30～200分钟；
4.将碳化后的物液过滤、洗涤、干燥获碱式碳酸镁，经煅烧获轻质氧化镁；
5.将酸浸过滤后的多孔二氧化硅加入浓度为20～40％的烧碱液中，其烧碱与硅渣(干)的重量比为1∶2～1∶3.5，反应2～4小时，制取水玻璃；
6.将水玻璃搅拌升温至50～60℃后，加入20～30％的稀硫酸，使反应液的中和度为20～45％，再将体系温度升至80～90℃，加入相同浓度的稀硫酸，使PH值为2～3.5，然后再升温至100℃，获得白炭黑；
7.将碳化反应过滤后的硫酸铵混合液分二步蒸发回收硫酸铵，第一步蒸发至浓度为30～35波美度，冷却除复盐[MgSO4(NH4)2SO4·6H2O]；第二步再次蒸发，纯净的硫酸铵析出，从而获得工业级的(NH4)2SO4产品。
全文摘要
本发明属于非金属矿物化工深加工,用蛇纹石制取轻质氧化镁、白炭黑及回收硫酸铵。将蛇纹石酸浸后过滤,溶液经中和、氧化除杂,再经碳化、煅烧制取轻质氧化镁,固体二氧化硅与浓度为20～40%的烧碱液反应制取水玻璃,再将水玻璃经两步酸调生成白炭黑,碱式碳酸镁的过滤液经两步蒸发可回收硫酸铵。本发明已经工业性试验,技术成熟,工艺可靠,生产成本低,产品质量优良。
文档编号C01F5/24GK1422808SQ0113180
公开日2003年6月11日 申请日期2001年11月27日 优先权日2001年11月27日
发明者王玉亮 申请人:咸阳非金属矿化工有限公司