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市场聚焦
一种生产环保型氢氧化镁的新工艺

随着社会经济的发展,燃煤释放的二氧化硫、二氧化碳,燃油释放的硫化合物,氮化合物及采矿、冶金、印染、化工、制药等行业排放的工业废液对人类赖以生存的环境的污染日益严重,如何有效地处理这些污染因素,以减少它们给人类带来的巨大损失,已成为需要迫切解决的全球性重要问题之一。

基于对环境保护的需要,处理这些污染必然要用到具备以下特点的化工产品:无毒、温和、不腐蚀处理设备,廉价易得、处理成本低,效率高,能力强、易操作,且易回收或综合利用、不造成二次污染。

料浆状氢氧化镁正是符合上述所有特点的最佳原料之一,它是一种主要应用于环保领域的液相无机碱类产品,具有活性大、比表面积大、吸附能力强、缓冲和中和能力强、非沉淀性、流动性好、使用和调节方便、温和、安全、无毒、无害、腐蚀性小、易操作、副产物易回收或综合利用等特点,被称为环境友好型“绿色安全中和剂”,应用于酸性废水中和、废液中重金属离子(Ni2+、Mn2+、Cd2+、Cu2+、Cr3+、Cr6+等)脱除、烟气脱硫、印染废液处理等环保领域,具有其他碱性物质(氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠等)无可比拟的优越性,以往应用于酸性工业废水、含硫烟气处理领域中的一些强碱物质,如:石灰、烧碱、纯碱等的使用逐步受到限制,而被崛起的弱碱氢氧化镁所取代。

因料浆状氢氧化镁应用于环保领域的诸多优势,20世纪90年代末,国外料浆状氢氧化镁料的生产和应用得到迅速发展;我国虽然拥有丰富的镁资源,但是氢氧化镁的生产和应用并未引起人们的足够重视,主要处于研究开发阶段。近年来,国内虽然建设了一些中试或生产装置,但规模小、品种少、产品质量低、技术水平低,亟待提高行业整体水平。

一、现有料浆状氢氧化镁的主要生产方法

根据氢氧化镁用途和形态的不同,可分为粉末状、滤饼状、料浆状三种。用于环保领域的料浆状氢氧化镁的纯度要求不是很高,一般在30%左右即可,主要是要求不含重金属等污染严重的杂质,其生产方法相对简单,主要包括粗氧化镁(镁砂、粗制工业氧化镁等)水化法、海水或卤水-碱性物质(氨、石灰、氢氧化钙、氢氧化钠等)沉淀法等。

氧化镁水化法是一种十分古老的生产工艺,主要是将菱镁矿轻烧得到的轻烧氧化镁粉放入盛有热水的反应池中,边加边搅拌,加料完毕后保温沉化2h左右,然后进行固液分离、脱水,得到滤饼状及料浆状氢氧化镁。此工艺基本不具备除杂功能,产品质量受原料氧化镁的纯度和活性影响,氧化镁中的杂质除微量可溶性的盐类外,基本被带入产品中,因而,只能生产低档次的氢氧化镁。

海水或卤水-碱性物质(氨、石灰、氢氧化钙、氢氧化钠等)沉淀法是将海水或卤水经过简单的净化后,加入碱性沉淀剂,产生氢氧化镁沉淀,经过滤、洗涤、脱水得到滤饼状及料浆状氢氧化镁。尽管原理简单,但氨的挥发性强,易污染环境,操作难度大;石灰和氢氧化钙易生成硫酸钙,随氢氧化镁一起析出,造成产品杂质含量高,质量差;氢氧化钠是强碱,易使生成的氢氧化镁形成胶体沉淀,给产物性能控制带来困难,同时易带入较多的Na+和Cl-及其他杂质,也造成产品杂质含量高,纯度难以保障。

二、海水、卤水-轻烧白云石沉淀法

氢氧化镁应用于环保领域具有其它碱性物质无可比拟的优越性,在国外已被大量生产和广泛的应用,而我国氢氧化镁的生产方法较落后,成本较高,杂质含量较多,质量较差,在环保领域的应用更是寥寥无几。鉴于此,我们主要针对生产环保型氢氧化镁,研发了海水、卤水-轻烧白云石沉淀法。

该方法属于沉淀法的一种,以海水、卤水和轻烧白云石为原料,采用控制结晶一步合成工艺制取氢氧化镁,它克服了以往生产方法的不利因素,产品纯度高、杂质含量少、质量稳定。

(一)基本原理

将轻烧白云石水合生成含氢氧化钙和氢氧化镁的轻烧白云石乳,轻烧白云石乳中的氢氧化钙和原料海水、卤水中的镁离子在连续合成及分离一体化反应器中反应生成氢氧化镁。本工艺采用自主研发的连续合成及分离一体化反应器,在反应器中始终保持一定量的晶种,简化了传统的晶种回头添加工艺,并在反应器中将生成的氢氧化镁和杂质进行了有效地分离,氢氧化镁完成液经沉降、洗涤、分离、脱水得到滤饼状氢氧化镁,把滤饼加水调和,并按比例添加分散剂,以避免氢氧化镁的团聚结核,从而制得不同浓度且性能稳定的料浆状氢氧化镁,反应方程式:

(二)工艺流程(见图1)

图1  海水、卤水-轻烧白云石沉淀法工艺流程图

首先,用一种不同于韩利华提到的新处理技术,将原料水中影响产品质量的杂质除去,得到净化原料水,将轻烧白云石加适量净化原料水水合消化后,加水制得符合合成要求的轻烧白云石乳。

然后,将制好的净化原料水和轻烧白云石乳按比例打入带搅拌的连续合成及分离一体化反应器中,控制好反应时间和反应终点,使二者充分接触、完全反应。由于氢氧化镁和不溶性较大粒径杂质沉降速度的不同,不溶性较大粒径杂质首先沉淀到反应器底部,并由反应器底部排出。富含氢氧化镁的完成液从反应器中上部进入一级沉降器进行固液分离,固相经净化水洗涤除去大部分可溶性杂质后进入二级沉淀器进行二次固液分离,固相经脱水得到滤饼状产品,滤饼加水调和,并按比例添加分散剂,以避免氢氧化镁的团聚结核,从而制得不同浓度且性能稳定的料浆状氢氧化镁。

(三)产品质量

氢氧化镁的技术指标多种多样,但用于环保领域的料浆状和滤饼状氢氧化镁在我国尚未见专门的质量标准,为适应用户需要,国外有关厂家对料浆状和滤饼状氢氧化镁产品均制定了企业标准,见表1。

表1  国外料浆状、滤饼状氢氧化镁企业标准

本工艺生产的氢氧化镁的主要指标:Mg(OH)230%~35%,CaO 0.5%~0.6%,Cl-≤0.1%,虽杂质氧化钙的含量稍高于日、美产品的质量指标,但已远低于瑞士的质量指标。且该质量的氢氧化镁已足以满足废水处理、烟气脱硫等环保领域的质量要求我们将在此基础上进一步改进工艺,提高产品质量,以满足更多行业更高使用要求的需要。

(四)工艺特点

该工艺的主要原料为海水、卤水和轻烧白云石,其来源广泛、价格低廉。

该工艺反应在常温下进行,整个过程不需要加压、加热,生产节能、成本低。

该工艺过程无有毒、有害及有腐蚀性的物料投入和产出,对生产设备无特殊要求,主要设备为压滤机、普通工业泵和反应器、沉降器等碳钢槽罐,设备投资少,操作简单。

该工艺中,通过对原料水的预处理,有效地降低了产品中杂质含量,产品质量明显优于国内同类工艺产品,达到了沉淀法生产高质量氢氧化镁的要求。

该工艺中,连续合成及分离一体化反应器的研发和应用,有效地控制了产品结晶,反应器中保留足量的晶种,避免了晶种的回头添加,实现了连续合成,并实现了目标产品和杂质的有效分离,产品质量较传统方法生产的产品杂质含量少、质量高。

三、结束语

污染正给人类造成巨大的危害,给经济造成巨大的损失。就我国排放的二氧化硫一项,其形成的酸雨给我国经济造成的损失每年大约在1100亿元在上,环境治理,已刻不容缓。

我国在酸性废水中和、重金属离子脱除和烟气脱硫等环保方面使用的处理工艺比较落后,操作复杂,原料消耗高,运行成本高,而且处理的不彻底,副产物又造成二次污染。

随着我国可持续发展战略的实施、世贸组织的加入、环保意识的增强和环保法律法规的逐步健全、完善,应用于环保领域的新技术、新工艺也被日益关注,对其研究开发的力度正在加大,高效、无毒、优质的新产品或替代产品越来越受到人们的重视。

我国海水、卤水资源、白云石、菱镁矿、水镁石等含镁资源相当丰富,应充分利用现有资源优势,通过改进现有落后工艺,研究开发新工艺,大力发展多种类的氢氧化镁产品,并提高产品的质量和附加值、降低生产成本,以满足环保及其他行业日益发展对氢氧化镁质量要求不断提高和用量不断增长的需求,促进经济健康快速地发展。




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