专利名称：氨全循环法生产氢氧化镁和氧化镁的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢氧化镁和氧化镁的生产技术，特别是用镁盐溶液氨沉淀法制造氢氧化镁，再将其焙烧脱水制氧化镁的工艺方法。
通常氧化钙与铵盐溶液混合后仅几分钟即可将铵盐中化合态铵全部转化成氢氧化铵，因此容易用加热方法将氨蒸出，可以采用蒸馏塔蒸馏，反应完全。
而氧化镁在水中溶解度低，常温下它比氧化钙低200倍左右，因此其PH值也低，当它与铵盐溶液混合后即使达到平衡，也不能将铵盐中化合态铵全部转化成氢氧化铵，因此其以往采用的萃取方法是在釜内反应以延长萃取时间，提高MgO转化率。这种操作不适合连续作业，由汽—液平衡原理可知，这种操作能耗较高，蒸出的氨气只适合制成氨水。
中国专利CN1037690A，用硝酸铵和菱苦土在反应锅内进行反应，反应萃取物浓度Mg2+在1.4～3.0mole/L，合成过程用氨水与镁液兑合其NH4OH/Mg(NO3)2比为2～6克分子比例。合成过程为间歇操作需加入Mg(OH)2晶种。该方法溶液循环量大，蒸氨能耗高，难于解决过剩的蒸馏残渣和Mg(OH)2洗涤水。其操作过程也是不连续的。
西班牙专利ES2020135，用硝酸铵溶液与不纯的MgO反应。该专利同样用蒸馏釜萃取。按该法所述，生产1吨MgO需循环氨量为1.5吨。若不考虑釜上部提馏塔回流冷凝中氨量，则由简单汽—液平衡及物料平衡可知其蒸氨汽耗会超过15吨/吨MgO，若加上提馏塔回流量，则汽耗更高。另外该法合成过程采用铵液吸氨制成氨化铵液与镁液兑合流程，不仅流程复杂、消耗大量冷冻量，而且增大母液循环当量。
发明的基本原理是用铵盐溶液与原料中的MgO进行萃取反应，将生成镁盐溶液过滤除去杂质；反应生成的氨被蒸出、提浓和加压，与镁盐进行合成反应而得高质量的Mg(OH)2进而焙烧得高质量MgO
为了叙述简单、明了，对一些简称、符号对其所含内容及其意义预先作以解释铵液富含铵离子的溶液，即铵盐是萃取剂，为硫酸铵、硝酸铵、氯化铵等铵盐。在循环的工艺过程中，是由合成装置中出来，经分离滤除Mg(OH)2后加入或不加入洗水后的溶液，而后成为调浆、进行萃取反应的原料，其主要成分除铵盐外还有镁盐和NH4OH；镁液即工艺过程中富含镁离子的溶液，是氧化镁经萃取反应后从萃取蒸馏塔底部排出，经分离除去杂质成为合成反应的原料。其主要成分除镁盐外，还含有铵盐、NH4OH；淡液仅含少量NH4OH的冷凝液； 游离氨。溶液中以NH4OH存在的氨mol/L； 结合铵。溶液中以铵盐存在的铵，mol/L； 总氨。 mol/L； 总镁。 mol/L；α总氨与总镁的比值， mol/L。
本发明采用全循环工艺进行连续化生产，其工艺流程如附
图1所示含MgO的原料(如菱苦土粉、水镁石粉、轻烧水镁石粉等)定量加到调浆槽中，与经萃取蒸馏塔上部预热器预热了的铵盐溶液进行调浆，调浆液由泵送至萃取蒸馏塔下段进行萃取反应并蒸馏。蒸出的氨与水蒸汽经塔中段(精馏段)将氨气提浓，再经过塔的上段，与作为调浆原料的铵液换热，再经气体冷却器冷却后从塔顶排出送至氨气增压器，加压后入合成装置供合成用；塔中段的冷凝液入塔外的淡液桶；塔底排出的溶液即镁液进入分离装置，除去杂质后入镁液桶，经泵送至合成装置，与加压后的氨气进行合成反应。合成后的浆液进入稠厚器增浓，入分离装置，分出液相铵液与装置脱出的液体均进入铵液罐，分离出来的固相Mg(OH)2在装置中洗涤，洗后液也进入，洗涤后的Mg(OH)2经脱水装置、干燥装置干燥而得高质量的氢氧化镁，可作成品上市；也可将其送入焙烧装置焙烧可得高质量氧化镁。铵液罐中的铵液由泵送至上段预热器，再次成为循环工艺、连续生产的萃取剂。
淡液桶的冷凝液经泵送至淡液蒸馏塔蒸馏，蒸出的氨气入增压器7，亦作合成反应原料，残液入贮槽，供洗涤Mg(OH)2或它用。
循环过程中的工艺条件调浆铵液 2.0～5.0mol/L，Mg2+0.5～1.5mol/L；萃取蒸馏塔塔底温度105～135℃，塔顶温度30～70；塔底排出镁液 2.0～5.5mol/L， 塔顶压力常压合成过程温度40～80℃，α＝0.95～1.20；淡液蒸馏塔塔底温度103～110℃，塔顶温度30～110℃塔顶压力常压本发明中主要设备之一的萃取蒸馏塔基本是由三段组成下部为反应蒸馏段，为板式塔，结构是筛板式、泡罩式或浮喷式，塔底有加热装置，可用再沸器作间接加热，也可直接通蒸汽加热；中部为精馏段，为板式塔或填充式塔结构；上部为换热段，由铵液预热器和冷却器组成，结构为列管式或板式换热器。为了充分利用热能，可以在反应蒸馏段与精馏段间增加一预热段，使整个塔成为四段式，即从下往上分别为反应蒸馏段、预热段、精馏段和换热段。预热段结构采用板式塔或填充式塔。塔最上段的预热是间接预热(即采用换热器)，而此预热段是铵液和反应蒸馏上来的氨和水蒸汽直接接触进行热交换，以提高铵液的温度。四段式塔及流程如附图2所示经过上段间接预热的铵液从预热段上部进入，热交换后从预热段下部出来，进入调浆槽与原料(含MgO)调浆。塔下部反应蒸馏段有一调浆液进料板，由泵往塔内加料板送调浆液，进料板的位置在这段的最上部分为宜。运作时，浆料进入塔内从第一块塔板就开始了萃取反应，至塔底即完成萃取过程。在反应的同时蒸馏及时进行，将生成的氨与水蒸汽和生成的镁液分开；生成的氨在精馏段提浓，将氨与水分开，提浓氨可直接加压后用于合成。这一装置能使塔内余热充分利用，预热了参加萃取反应铵液。本发明采用蒸馏塔同时进行萃取反应和蒸馏，能及时将反应进行过程中的生成物分开、除去，不断打破反应的平衡，极为有利于反应的进行。这种装置比现有技术中的釜式反应、单塔板蒸馏的效率要高得多。可以看出塔的结构合理，充分利用蒸馏过程的能量，蒸汽耗量大为节省。
淡液蒸馏塔为填料塔或板式塔结构，可以连续进行。循环工艺中另一重要设备为合成装置，用射流式或釜式反应器，由于过程是连续的，无需加入晶种。可根据需要生产不同纯度与粒度的产品。
本发明物料循环量视生产规模和设备情况而定，一般情况下每吨MgO约为10～20m3。
在循环工艺中，萃取蒸馏塔操作可以根据合成装置和氨气增压装置情况采取微负压、常压或加压操作。其塔顶压力从真空度100mmHg(0.088Mpa，绝压660mmHg)至0.4MPa，均可。
与现有技术相比，本发明是采用三段或四段式塔进行萃取反应，并同时高效蒸馏，调浆液进入下段塔后，经过塔板，到塔底就完成萃取反应过程，效率大为提高。由于这一步成功实现，为整个工艺连续化提供条件。本发明的连续化生产高效率也是现有技术无法相比的。另外，在连续过程中充分利用了，作铵氨转换，成为全循环萃取剂；氨的蒸馏及提浓可以直接使用，不用冷冻，节省了能源。
附图2为四段式萃取蒸馏塔及在其中有关的工艺流程图。其中Y是预热段，其数字及箭头指向均与附图1相同。
调浆液投量150～200L/h，塔顶为常压；调浆液 Mg2+≤0.5～1.5mol/L；萃取蒸馏塔塔底温度105～135℃，塔顶温度45～65℃；塔底排出镁液 合成过程中用釜式反应釜，温度控制40～60℃，其连续合成的α＝0.95～1.20；溶液循环当量每生产1t MgO为10～20m3，蒸馏耗汽≤5t/t，产品MgO含量≥98.5％，粒径30～50μm。
实例2以NH4Cl为萃取剂，以水镁石粉为含MgO原料，连续运作生产MgO产品。
萃取蒸馏塔操作为微负压，真空度为80～100mmHg(绝压660～680mmHg，0.088～0.09Mpa)，采用射流式反应进行合成，其他运行条件如实例1。蒸馏耗汽＜5t/t。产品纯度98.5～99％，产品粒度≤20μm。
实例3以NH4NO3为萃取剂，以轻烧水镁石粉为原料，连续、循环生产MgO。
萃取蒸馏塔采用四段塔，常压下操作萃取蒸馏。
权利要求
1.一种生产氧化镁的方法，是用含氧化镁的原料经与铵盐萃取反应而得镁盐，镁盐与氨反应制得氢氨化镁，进而经焙烧而得氧化镁，其特征为氨全循环连续生产的工艺方法含氧化镁原料与经过预热的铵液在调浆槽(1)中调浆，调浆液入萃取蒸馏塔(2)下部进行萃取反应并进行蒸馏，氨与水蒸气进入塔中部精馏段将氨提浓，提浓氨进入塔上部经铵液预热器和气体冷却器排出塔外至增压装置(7)，加压后入合成装置(8)供合成反应用；塔中部氨提浓后的冷凝液进入淡液桶(6)；塔底排出的镁液入分离装置(4)，除去杂质后的镁液入合成装置(8)，与氨进行合成反应；反应物入增稠器(10)增浓，经分离装置(11)得固体氢氧化镁，再经洗涤(12)、脱水(13)、干燥(14)得成品氢氧化镁，或进而焙烧(15)得成品氧化镁；从分离装置(11)得到的除去固体氢氧化镁的铵液，与洗涤水、脱出水合并进入铵液罐(16)，其内的铵液送至萃取蒸馏塔2预热器预热后再入调浆槽(1)，成为循环再用的萃取原料；循环过程工艺条件调浆液 2.0～5.0mol/L，Mg2+0.5～1.5mol/L萃取蒸馏塔塔底温度105～135℃塔顶温度30～70℃塔底排出镁液 2.0～5.5mol/L 塔顶压力常压合成过程温度40～80℃，α＝0.95～1.20
2.如权利要求1所述的生产氧化镁的方法，其特征为所述的萃取蒸馏塔为三段式塔下部为反应蒸馏段，为板式塔，其结构为筛板式、泡罩式或浮喷式，塔底部有加热装置；中部为精馏段，结构为板式塔或填充塔；上部为换热段，由铵液预热器和氨气冷却器组成，结构为列管式或板式换热器。
3.如权利要求1或2所述的生产氧化镁的方法，其特征为所述的萃取蒸馏段与精馏段间有一预热段，其结构为板式或填充式，作用是将在塔上部经间接预热的铵液在预热段再次预热，其工艺过程是铵液从本段上部进入，与反应后蒸上来的氨和水蒸汽直接接触进行热交换，而后从该段下部出来，进入调浆槽(1)调浆。
4.如权利要求1或2所述的生产氧化镁的方法，其特征为所述萃取蒸馏塔，其下部有一用于调浆液进入的加料板；位于反应蒸馏段的最上部。
5.如权利要求1所述的生产氧化镁的方法，其特征为萃取蒸馏塔中段气体冷凝后进入淡液桶(6)的冷凝液为含氨淡液，将其送入淡液蒸馏塔(9)将氨蒸出并送增压装置(7)；残液入贮槽(21)；淡液蒸馏塔为填料塔或板式塔；淡液蒸馏塔底温度103～110℃塔顶压力常压塔顶温度30～60℃。
6.如权利要求1所述的生产氧化镁的方法，其特征为所述的合成装置是射流反应器或釜式反应器。
7.如权利要求1所述的生产氧化镁的方法，其特征为所述萃取蒸馏塔的操作，可以根据合成装置和氨气增压装置采取微负压，常压或加压操作，塔顶压力范围为0.088MPa～0.4MPa。
全文摘要
一种氨全循环生产MgO的方法，其工艺为含MgO原料和铵液调浆后入萃取蒸馏塔下部进行萃取反应并行蒸馏，产生的氨和水汽蒸至塔中部将氨提浓后进入塔上部，经铵液预热器和冷凝器而入增压器作为合成反应原料。塔下排出镁液经分离除杂质后与增压器来的氨进行合成制得Mg(OH)
文档编号C01F5/00GK1446751SQ0210766
公开日2003年10月8日 申请日期2002年3月22日 优先权日2002年3月22日
发明者李国祥, 邵成刚 申请人:丹东松元化学有限公司