专利名称：一种利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法
技术领域：
本发明属于高纯氧化镁生产领域，涉及一种利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法。
背景技术：
高纯氧化镁(氧化镁含量> 98%)在高温下具有优良的耐酸碱性和电绝缘性，光透过性好，导热性高，热膨胀系数大，是一种重要的无机化工产品，在医药、陶瓷、电子、电器等行业有着广泛应用。目前硫酸镁制备氧化镁的方法有以下几种
柴多里研究了以工业硫酸镁和氢氧化钠为原料，合成氢氧化镁前驱物经煅烧制备高纯氧化镁的条件，在最佳工艺条件下，硫酸镁浓度2mol/L，反应温度40°C，反应时间35min，煅烧温度为900°C，产物氧化镁的纯度达到99%以上。由于该法使用氢氧化钠作为沉淀剂，会增加生产成本，此外，反应条件不易控制。张京京研究了硫酸镁直接热解制备高纯氧化镁的工艺条件，粒径为109 Mffl的硫酸镁脱水后，在1100 ！恒温热解lh，得到氧化镁的纯度为99. 8%。直接热解效率较低，增加生产成本。刘海刚研究了在惰性气氛下，利用固态还原剂还原热解硫酸镁制备氧化镁，结果表明，在最佳条件下，无水硫酸镁的转化率仅为90%，影响了氧化镁的纯度。
发明内容
本发明的目的是解决现有方法中存在的成本高、热解效率低、所得氧化镁纯度不高、工艺参数较多，不易控制，而且尾气污染环境的问题。—种利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法，包括如下步骤
(1)将七水硫酸镁在500 600°C煅烧2 4小时，得到无水硫酸镁，然后将其磨细至100 200目；
(2)将步骤(1)所得产物装入反应器，通入天然气，在800 110(TC下进行还原热解， 优选温度为温度为900 1000°C;气固(ml/g)比为47:1 50:1。气相还原产物主要为二氧化硫、二氧化碳，固相还原产物为氧化镁。发生的主要反应为
4MgS04+CH4=4Mg0+S02+C02+2H20
(3)将步骤(2)产生的气相产物通过氢氧化钠溶液，或软锰矿浆，或有钒触媒的反应器并用98. 3%的浓硫酸吸收，生成亚硫酸钠或硫酸锰或硫酸，通过石灰水吸收(X)2生成碳酸钙，得到有价值的副产品亚硫酸钠或硫酸锰或硫酸和碳酸钙。利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的工艺流程，见图1。与现有技术相比，本发明工艺简单，流程短，反应条件易于控制，热解效率高，得到高纯氧化镁，并且对尾气进行吸收，既避免了环境污染，又得到有价值的副产品，降低了生产成本。
图1为利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的工艺流程图。图2为反应装置示意图
图中1天然气气瓶，2流量计，3温控仪，4反应器，5加热炉，6磁力搅拌器，7氢氧化钠溶液吸收装置，8石灰水吸收(X)2装置，9天然气收集瓶，10软锰矿浆吸收SO2装置， 11装有钒触媒的反应器，12浓硫酸吸收SO3装置，13氧气气瓶。
具体实施例方式实施例1
(1)将纯度大于99%的七水硫酸镁在500°C下脱水4小时，得到无水硫酸镁，然后将其磨细，筛分，-120目占80%;
(2)将所述步骤1中制备的无水硫酸镁IOOg装入到反应器中，升温到900°C；
(3)将天然气(甲烷含量大于98%)通入到装有无水硫酸镁的反应器中进行还原热解，控制天然气的流量为160ml/min，反应时间为0. 5 h ；
(4)打开开关1，同时关闭开关2、3，将还原热解反应产生的二氧化硫气体通入到反应器11中，同时打开氧气气瓶开关，在钒触媒的催化氧化下转化为三氧化硫，将三氧化硫通入到98. 3%的浓硫酸吸收瓶12中，浓硫酸的浓度可以提高0. 3%-0. 5%，获得的硫酸可以用水稀释制成不同浓度的硫酸，产生的二氧化碳气体通入到装有石灰水的吸收瓶8中，得到碳酸钙，过量的天然气收集到收集瓶9中；
反应式 2S02+02=2S03
so3+h2o=h2so4
Ca (OH) 2+C02=CaC03 I +H2O
(5)还原热解反应完之后得到的固相转化率为99. 9% ；
实施例2
(1)将纯度大于99%的七水硫酸镁在550°C下脱水3小时，得到无水硫酸镁，然后将其磨细，筛分，-150目占80%;
(2)将所述步骤1中制备的无水硫酸镁300g装入到反应器中，升温到950°C ；
(3)将天然气(甲烷含量大于98%)通入到装有无水硫酸镁的反应器中，控制天然气的流量为480ml/min，反应时间为0. 5 h ；
(4)打开开关2，同时关闭开关1、3，将还原热解反应产生的二氧化硫通入到装有软锰矿浆的吸收瓶10中，将所得吸附液进行除杂、过滤、蒸发结晶、干燥得到硫酸锰，产生的二氧化碳气体用石灰水吸收，过滤得到碳酸钙，过量的天然气收集到收集瓶9中；
反应式
MnO2+ SO2= MnSO4
Ca (OH) 2+C02=CaC03 I +H2O
(5)还原热解反应完之后得到的固相产物为氧化镁，纯度为99.9%，硫酸镁的转化率为 99. 9% ；实施例3
(1)将纯度大于99%的七水硫酸镁在600°C下脱水2小时，然后将其磨细，筛分，-180目占 80% ；
(2)将所述步骤1中制备的无水硫酸镁600g装入到反应器中，升温到1000°C；
(3)将天然气(甲烷含量大于98%)通入到反应器中，控制天然气的流量为960ml/min， 反应时间为0.5 h ；
(4)打开开关3，同时关闭开关1、2，将还原热解反应产生的二氧化硫通入到装有氢氧化钠溶液的吸收瓶7中，生成亚硫酸钠溶液，将亚硫酸钠溶液净化后蒸发结晶、干燥得到无水亚硫酸钠，产生的二氧化碳气体用石灰水吸收，过滤之后得到碳酸钙，过量的天然气收集到收集瓶9中；
反应式
2Na0H+S02=Na2S03+H20
Ca (OH) 2+C02=CaC03 I +H2O
(5)还原热解反应完之后得到的固相产物为氧化镁，纯度为99.9%，硫酸镁的转化率为 99. 9%ο
权利要求
1.一种利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法，其特征在于包括以下步骤(1)将纯度大于99%的七水硫酸镁在500 600°C煅烧2 5小时，得到无水硫酸镁， 然后将其磨细；(2)将步骤(1)所得产物加入到反应器中，升温到800 1100°C，通入天然气，进行还原热解得到高纯氧化镁；(3)将步骤(2)产生的气相产物分别进行吸收得到碳酸钙、硫酸或亚硫酸钠或硫酸锰。
2.如权利要求1所述利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法，其特征在于硫酸镁还原热解时所用温度为900 1000°C。
3.如权利要求1所述利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法，其特征在于硫酸镁还原热解时所用还原剂为天然气，纯度大于99%，气固(ml/g)比为47:1 50:1。
全文摘要
本发明属于高纯氧化镁生产领域，提供了利用天然气还原热解硫酸镁生产高纯氧化镁的方法。步骤如下1)以纯度大于99%的七水硫酸镁为原料，在500～600℃煅烧2～4小时，得到无水硫酸镁，磨细备用；2)将无水硫酸镁在反应器中用天然气还原热解，转化率大于99%，得到固相产物氧化镁，纯度大于99%，气相产物主要为二氧化碳和二氧化硫；3)将尾气进行吸收得到有价值的副产品(碳酸钙、硫酸或亚硫酸钠或硫酸锰)。本发明在实现高纯氧化镁生产，提高热解效率的同时，充分利用热解产生的尾气生产有价值的副产品，避免环境污染，降低生产成本。
文档编号C01F5/12GK102173439SQ20111003290
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者冯雅丽, 张萍, 李浩然, 马玉文 申请人:北京科技大学