碳酸氫鎂溶液增濃的研究＊

劉寶樹,袁海濤,唐二軍,胡慶福,胡永琪,劉潤(rùn)靜

(1.河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院,河北石家莊 050018;2.河北科技大學(xué)資產(chǎn)管理處)

碳酸氫鎂溶液增濃的研究＊

劉寶樹1,袁海濤2,唐二軍1,胡慶福1,胡永琪1,劉潤(rùn)靜1

(1.河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院,河北石家莊 050018;2.河北科技大學(xué)資產(chǎn)管理處)

碳酸氫鎂溶液熱解能耗占整個(gè)白云石碳化法制取鈣鎂鹽產(chǎn)品工藝能耗的 45%左右。為了降低熱解能耗,通過優(yōu)化碳化工藝條件,以提高碳酸氫鎂溶液濃度。通過正交試驗(yàn)對(duì)碳化溫度、白云石灰乳中氧化鎂質(zhì)量濃度、二氧化碳?xì)怏w流量、過碳化時(shí)間進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。在碳化溫度為 10℃、白云石灰乳中氧化鎂質(zhì)量濃度為 16.60 g/L、二氧化碳?xì)怏w流量為 433.04 L/h、過碳化時(shí)間為 10 min時(shí),白云石灰漿碳化所得碳酸氫鎂溶液中氧化鎂質(zhì)量濃度為 18.79 g/L,遠(yuǎn)大于目前工業(yè)生產(chǎn)中 5～8 g/L的水平,為白云石碳化工藝的節(jié)能降耗提供依據(jù)。

碳酸氫鎂;氧化鎂;白云石;節(jié)能

受碳酸氫鎂溶液自身穩(wěn)定性和碳化條件的限制,一般工業(yè)生產(chǎn)中碳酸氫鎂溶液質(zhì)量濃度只能達(dá)到 5～8 g/L(以氧化鎂計(jì)),這是熱解工序能耗高的第一大原因[1-3]。筆者對(duì)白云石碳化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,調(diào)整碳化溫度、碳化時(shí)間、漿液濃度等參數(shù),提高碳酸氫鎂溶液質(zhì)量濃度,以降低熱解工序能耗,達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

白云石 (MgCO3·CaCO3)碳化法制取輕質(zhì)氧化鎂,聯(lián)產(chǎn)含鎂碳酸鈣過程的反應(yīng)方程式如下:

1.2 實(shí)驗(yàn)原料及試劑

白云石灰取自河北井陘某氧化鎂廠 (主要成分見表 1),CO2氣體來自酒廠制取酒精時(shí)的副產(chǎn)物。

表 1 白云石灰主要成分 %

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將白云石灰在消化槽中加 80℃的熱水進(jìn)行消化,篩除粒度大于 75μm大顆粒的不溶性雜質(zhì),得到消化好的白云石灰漿,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要稀釋到指定濃度。取一定量已知濃度的白云石灰漿,在一定溫度下通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳化反應(yīng),用酸度計(jì)監(jiān)測(cè)碳化過程漿液的 pH。pH達(dá) 6.5時(shí)達(dá)到碳化終點(diǎn),繼續(xù)通二氧化碳一段時(shí)間 (稱為過碳化時(shí)間),停止碳化,過濾,分析濾液 (碳酸氫鎂溶液)中鈣鎂含量?？疾焯蓟瘲l件對(duì)碳酸氫鎂溶液濃度的影響。

2 結(jié)果與討論

探索性實(shí)驗(yàn)表明,碳酸氫鎂溶液濃度的主要影響因素是過碳化時(shí)間 (t)、碳化溫度 (T)、白云石灰乳中 MgO質(zhì)量濃度 (ρ)、二氧化碳?xì)怏w流量(Q),因此進(jìn)行 4因素正交設(shè)計(jì)碳化試驗(yàn)研究。選用 4因素 3水平正交表 L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),因素水平見表 2,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表 2 正交試驗(yàn)因素水平

表 3 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表 3可看出,影響碳酸氫鎂溶液中氧化鎂質(zhì)量濃度的因素大小順序?yàn)?B>D>C>A。試驗(yàn)條件組合A1B3C3D2為最佳條件。在此優(yōu)化條件下,做優(yōu)化試驗(yàn),所得碳酸氫鎂溶液中 MgO質(zhì)量濃度為18.79 g/L。

從表 3還可以看出,隨著碳化溫度的降低,碳酸氫鎂溶液濃度會(huì)逐漸提高,但過低的溫度不僅增加生產(chǎn)能耗,而且延長(zhǎng)碳化時(shí)間,降低設(shè)備生產(chǎn)能力,故碳化溫度不宜低于 10℃。剛剛達(dá)到碳化終點(diǎn)時(shí)(t=0),由于含鎂碳酸鈣固體顆粒內(nèi)部仍有大量鎂未被溶出,故若此時(shí)停止碳化,不僅使碳酸氫鎂溶液濃度較低,而且鎂回收率也較低,故碳化終點(diǎn)后應(yīng)繼續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w,以進(jìn)一步提高碳酸氫鎂溶液濃度和鎂回收率,但過碳化時(shí)間超過 10 min后,由于碳酸氫鎂本身不穩(wěn)定而部分分解為堿式碳酸鎂,使碳酸氫鎂溶液濃度降低,故過碳化時(shí)間應(yīng)控制在10 min左右。

3 結(jié)論

對(duì)白云石碳化工藝條件進(jìn)行考察。通過正交試驗(yàn)對(duì)碳化溫度、白云石灰乳中MgO質(zhì)量濃度、二氧化碳?xì)怏w流量、過碳化時(shí)間進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。在條件組合 A1B3C3D2時(shí),即碳化溫度為 10℃、白云石灰乳中MgO質(zhì)量濃度為 16.60 g/L、二氧化碳?xì)怏w流量為 433.04 L/h、過碳化時(shí)間為 10 min,白云石灰漿碳化所得碳酸氫鎂溶液中 MgO質(zhì)量濃度為18.79 g/L,遠(yuǎn)大于目前工業(yè)生產(chǎn)中 5～8 g/L的水平。

[1] 趙風(fēng)云,趙華,胡永琪,等.白云石碳化法生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂的節(jié)能途徑[J].無機(jī)鹽工業(yè),2007,39(7):45-47.

[2] 胡慶福,胡曉湘,胡曉波,等.白云石碳化法生產(chǎn)活性氧化鎂新工藝[J].無機(jī)鹽工業(yè),2004,36(6):36-38.

[3] 胡慶福,劉寶樹,宋麗英.白云石碳化法生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鎂新工藝[J].非金屬礦,2004,27(3):33-35.

Study on thicken ing of magnesium bicarbonate solution

Liu Baoshu1,Yuan Haitao2,Tang Erjun1,Hu Qingfu1,Hu Yongqi1,Liu Runjing1
(School of Chem ical&Phar maceutical Engineering,HebeiUniversity of Science and Technology,Shijiazhuang050018,China)

Energy consumption of pyrolysisofmagnesium bicarbonate solution accounted for about 45%of the total energy consumption of dolomite carbonization process.To reduce the energy consumption of pyrolysis,concentration ofmagnesium bicarbonate solution was increased by opt imizing process conditions of dolomite carbonization.Temperature of carbonization(T),MgO mass concentration of dolomite slurry(w),flow rate of carbon dioxide(Q),and t ime of over-carbonization(t)were systematically investigated through orthogonal exper iment.WhenT=10℃,w=16.6 g/L,Q=433.06 L/h,and t=10 min,themass concentration ofMgO in the obtainedmagnesium bicarbonate solutionwas 18.79 g/L,whichwasmuch larger than current industrial levelof 5～8 g/L.Resultsprovide foundation for energy saving and emission reduction of dolomite carbonization technology.

magnesium bicarbonate;MgO;dolomite;energy-saving

TQ132.2

A

1006-4990(2010)01-0025-02

河北省自然科學(xué)基金 (E2007000629)。

2009-07-27

劉寶樹 (1973— ),男,副教授,博士,主要從事無機(jī)粉體材料和工業(yè)結(jié)晶研究,已發(fā)表論文 30余篇。

聯(lián) 系 人:胡永琪

聯(lián)系方式:huyq2000@126.com