CN102216219A - 高纯度氢氧化镁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从天然或合成的固体原料中获得高纯度氢氧化镁的新方法，其中所述固体原料含有碳酸盐、氢氧化物和/或氧化物形式和/或其混合形式的镁。该方法包括浸沥原料以溶解镁；溶液用碱处理以沉淀高纯度氢氧化镁，且将剩余母液给料至碱和酸的再生步骤中，其中碱用于沉淀高纯度氢氧化镁中，酸用于浸沥中。本发明方法的特征在于循环使用在同一过程中再生的反应物(酸和碱)。

Description

高纯度氢氧化镁的制备方法

技术领域

本发明涉及氢氧化镁的制备，更具体地涉及通过酸和碱从白云石获得高纯度Mg(OH)₂的方法，其中该酸和碱在同一过程的内部循环中进行再生。

发明背景

对于制备氢氧化镁，已知的沉淀反应方法包括向含Mg++的溶液(包括海水)中加入碱例如碳酸钠、碳酸钾、氨水或石灰。在这些方法中，碱在氢氧化镁的洗涤和纯化步骤中会有损耗(Kirk-Othmer，Encyclopaedia of Chemical Technology，third Edition，vol 14，pp 629-631)。

美国专利US2,801，155(Kipper，1957)记载了由白云石制备氢氧化镁，其中白云石与硝酸反应并在后续步骤中额外混合白云石或氨气用于制备氢氧化镁(发生沉淀)和硝酸钙和/或硝酸铵。该方法的缺陷在于浸沥白云石中所用的酸或沉淀氢氧化镁中所用的碱是非再生的。

美国专利US4,937,056(Kirk等人，1990)记载了用SO₂溶液浸沥含碳酸盐、氢氧化物或氧化物的镁形式且杂质含量至少为5％的固体制备氢氧化镁的方法。该方法的缺陷在于，为了减少杂质，逐渐增加pH以选择性地沉淀这些杂质。pH增量为0.5单元，从而在操作该方法时有必要进行非常灵敏的控制。

美国专利US6,214,313(Berisko等人，2001)记载了由对可燃气体脱硫产生的物流制备氢氧化镁的方法，该方法的缺陷在于溶液中的亚硫酸镁必须首先通过加入过氧化氢转化成硫酸盐且然后使用氢氧化钠沉淀硫酸镁。

在常用来氢氧化镁的一些制备方法中，所用的原料是固体化合物，其在反应时生成杂质例如硫酸钙、碳酸盐、氢氧化物或氧化物，所有这些杂质会与产物一起沉淀以及被产物携带，从而生成低纯度产物。这些方法通常是高耗能的(需要高电能和高燃料消耗)以及所生成的氢氧化镁的纯度依赖于方法中所用的原料的纯度。

可以观察到，上述方法不能保证制备的氢氧化镁的纯度可用于所需的技术领域，例如在不必须使用高纯度原料的药品和食品的制备中。因此需要进行复杂的纯化操作，例如选择性溶出不需要的不溶物质。例如，在美国专利US5,626,825(Verri，1997)中记载了借由加入螯合剂的氢氧化镁的纯化方法，该螯合剂捕捉氢氧化镁浆料中所含的杂质，从而获得的纯度为至少98％。应该注意的是该方法意在纯化已生成的氢氧化镁产物。美国专利US4,693,872(Nakaya等人，1987)记载了一种制备高纯度氢氧化镁的方法，该方法开始于不纯的氢氧化镁，在第一步中，该不纯的氢氧化镁溶解于在后续步骤中再生氨得到的氯化钙物流中，并加入二氧化碳气体。该方法的缺陷在于需要处理两种气流以及需要密封设备。

由上述参考资料可以观察到，纯化方法通常作为制备低纯度氢氧化镁时的额外步骤进行以得到所需要的纯度。

制备氢氧化镁中的副产物或杂质的物化性能可以有利地用于其它的技术领域中例如水纯化中作为改善加工液体的质量的辅助过滤介质，这是因为它们阻留了重金属、混悬的颗粒和有机物质。令人意外的是，这些性能并不有利于氢氧化镁制备过程中的纯化。

发明目的

考虑到现有技术中存在未解决的问题，本发明的目的是提供用于获得高纯度氢氧化镁的新的方法。

本发明的另一目的是提供用于获得高纯度氢氧化镁的方法，其中产物的纯度不直接由原料的质量(quality)所决定。

本发明的另一目的是提供一种方法，在该方法中，在稳定操作中制备氢氧化镁所需的碱物流和酸物流是通过同一过程中的再生而制备的。

本发明的上述目的和其他目的根据以下描述和附图会是明显的，其中该描述和附图仅是说明性的，并不限制本发明的范围。

附图说明

图1示出了本发明方法流程的方框图。

发明内容

为了更好地理解以下描述，应当结合图1进行阅读，其中该图1为方法流程的方框图。

本发明用于获得氢氧化镁的方法的特征在于，原料(100)是固体物质，其可以是天然或合成的化合物或混合物，并且含有碳酸盐、氢氧化物或氧化物形式的镁。优选的材料是白云石(Dolomite)、碳酸钙镁石(Huntite)、水镁石(Brucite)、方镁石(Periclase)、煅烧白云石(Dolime)或菱镁矿(Magnesite)。

为了由本发明方法所用的原料实现最优化产率，应该使表面积尽可能大的材料暴露于反应物，例如使原料经受减少颗粒尺寸的工艺以增加表面积，从而可以增加镁的提取。

将原料(100)给料至使用酸的浸沥(leach)操作(200)中，其中酸选自硫酸和盐酸，以至于原料的镁离子保留在溶液中以及原料中存在的其他阳离子形成了沉淀物。因此，假如原料包含钙，则应该使用硫酸以生成沉淀的石膏(脱水的硫酸钙)。

原料与酸反应期间生成的不溶物质用于在沉淀期间带走杂质例如重金属、有机物和混悬固体，而镁离子保留在经纯化的溶液中。

进行反应所用的酸有两个来源：

a)从后续的“酸和碱再生”步骤(400)循环的物流(210)，以及

b)用于开始该方法、补偿损耗或渗漏以及进行化学计量调节的“新鲜”酸物流(150)。

在反应期间，酸的量足够用于完全浸沥原料(100)中的镁含量，即足够用于实现完全溶出原料(100)中所含的镁。

将浸沥(200)该原料(100)得到的物流(205)分离得到：

i)镁溶液(220)，

ii)物流(700)，其包含原料中沉淀的不溶物质和惰性物质，以及

iii)含碳气体(carbon gas)(710)，当使用含碳酸盐原料时生成该含碳气体。

分离步骤(250)确保纯化在反应器(300)中所用的反应物以及物流(220)是基本上纯的硫酸镁或氯化镁溶液。

虽然在分离步骤(200)中可以使用任何已知的常用技术，但是优选过滤，这是因为考虑到沉淀固体形成的床可以用作设备中已提供的过滤介质之外的附加过滤介质。

通过浸沥(200)所得的镁溶液(220)给料至反应器(300)中，在这里，镁溶液与来自“酸和碱再生”步骤(400)的碱(310)、优选氢氧化钠进行反应，但是也可以使用其他的碱金属或碱土氢氧化物，例如氢氧化钾，条件是通过取代OH^-形成的盐是可溶的从而防止其被沉淀的氢氧化镁带走。

在碱(310)与来自分离步骤(250)的镁溶液(220)进行反应(300)期间，形成了氢氧化镁的混悬液。使该混悬液(305)经受固体-液体(或相)的分离(350)，由此得到高纯度氢氧化镁作为产物(800)。分离(350)通过常规方法进行，例如过滤、沉降、离心等。

开始进行该方法时，由于不存在再生的碱物流(310)，需要使用外部碱源(315)以获得高纯度氢氧化镁。

对本发明方法获得产物的纯度和常规方法获得产物的纯度进行比较分析，其中使用白云石作为原料并在相同的操作条件(温度、压力、洗涤用流体、所用设备等)下进行相同次数的洗涤步骤，所得的结果示出在表1中。

表1通过常规方法和本发明方法获得的氢氧化镁的纯度的比较分析

产物	纯度	SO4	Cl	CaO
					Mg(OH)2(1)	98.50％	0.21％	0.21％	0.60％
Mg(OH)2(2)	99.80％	0.14％	0.013％	0.00％

^*以基于干产物的重量％表示

其中(1)涉及通过常规方法获得的产物，(2)涉及通过本发明方法获得的产物。

本发明方法重复使用再生反应物的优势在于，将杂质的引入将仅局限于(矿物的或合成的)镁源以及可能的给料至浸沥步骤中的“新鲜”补偿酸所携带的杂质，杂质几乎完全通过物流(700)除去。

残留母液(320)是可溶钠盐的水溶液，以及可以是通过取代碱中的OH^-而生成的盐。该溶液给料至最后的“酸和碱的再生”步骤(400)中。

步骤(400)中的碱和酸的再生通过将溶液(320)电化学分解成氢氧化物和硫酸或盐酸进行，根据情况，其中再生的氢氧化物通过物流(310)循环至步骤(300)，再生的酸通过物流(210)循环至步骤(200)。

在方法开始时，不能获得再生的酸物流(210)和碱物流(310)，唯一的酸源和碱源分别是物流(150)和(315)。在正常操作过程中，这些物流将用于补充损耗和渗漏，以及如以上已经提及的，在酸的情况中，用于调节反应的化学计量关系。

下文示出上述的本发明方法的一个实施例。

选择具有表2所示组成的天然白云石作为原料，用量为3.16kg。

表2.该实施例中用作原料的天然白云石的组成

成分	重量％
		SiO2	0.06％
CaCO3	58.44％
		Fe2O3	0.03％
MgCO3	41.38％
		Al2O3	0.10％

原料研磨至颗粒尺寸小于0.25英寸。将经研磨的白云石置于反应器中并搅拌，向该反应器中加入浓度为28％的“新鲜”硫酸溶液，即该浓度与从碱和酸的再生中获得的浓度类似。所述酸的组成示于表3中。

表3.该实施例中第一次浸沥中所用的“新鲜”硫酸的组成

成分	重量％
		Fe	0.00042％
Se	0.00046％
		NO3	0.00046％
H2SO4	26.0％
		Hg	0.000010％
C	0.43％
		H2O	73.6％

反应期间白云石分解生成含碳气体，其通过浸沥方法中形成泡沫检测。

所得混悬液使用孔径为8微米的Whatman纸40作为过滤介质进行过滤。形成的石膏从母液中分离，石膏主要由硫酸钠溶液和白云石中所含杂质与硫酸形成。

硫酸镁溶液置于搅拌的反应器中且和浓度为26％、即与从碱和酸的再生作用中获得的浓度类似的浓度、氢氧化钠溶液进行反应。氢氧化钠溶液的组成示出在表4中。

表4.实施例中第一次反应中所用的氢氧化钠组合物的组成

成分	重量％
		NaOH	26.00％

Na2CO3	0.16％
		Fe	0.0003％

形成的氢氧化镁混悬液通过离心分离从母液中分离。保留母液(其为硫酸钠溶液)在再生过程中使用。

使氢氧化镁滤饼经受一系列洗涤步骤以除去残留的母液。

在电渗析池中用分离出的硫酸钠溶液再生硫酸和氢氧化钠，其中该电渗析池具有两个电极(阳极和阴极)以及若干对用于阳离子和阴离子的选择性膜。

再生的碳酸钠用于后续的反应步骤中，仅代替必需量以补偿该方法中由于在氢氧化镁滤饼中残留溶液而引起的损耗或渗漏。再生的硫酸用于后续的对白云石中存在的镁进行浸沥的步骤中，但是应该加入“新鲜”酸以补偿由石膏消耗掉的或由于残留溶液而消耗的酸。

表5显示了图1所示方法的物流的主要成分。

表5.实施例方法中物流的主要成分

1.起始该方法时所需的酸量。

2.连续操作时用于补偿的量。

3.该物流仅是方法起始时必需的。

基于以上所述，本领域熟练技术人员将容易认识到术语“氢氧化物”涉及可以通过电渗析而再生的强碱，以及术语“酸”，虽然已举例说明为硫酸和盐酸，但是其可以涉及其他的可以通过电渗析而再生的强酸。

对于本领域熟练技术人员还明显可见的是，在此所述和所示例的分离技术可以用本发明所属技术领域中其他常用的技术代替，而不超过本发明权利要求中所定义的范围。

Claims (15)

1.用于从天然或合成的固体混合物或化合物中获得高纯度氢氧化镁的方法，其中所述固体混合物或化合物含有碳酸盐、氢氧化物或氧化物形式的镁，所述方法包括以下步骤：

(a)用酸浸沥原料，

(b)分离沉淀的不溶固体，

(c)使从分离步骤得到的镁溶液与碱反应，

(d)分离所形成的氢氧化镁为最终产物，

(e)通过处理步骤(d)的剩余液体再生所述酸和所述碱，以及

(f)使所述再生酸循环至浸沥步骤并使所述再生碱循环至反应步骤，

2.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中，在一般操作中，原料与步骤(e)中再生的酸进行反应。

3.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中在方法起始时，使用“新鲜”酸浸沥原料。

4.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中为了浸沥所述原料，给料“新鲜”酸物流，其量足够用来补偿该过程中的损耗以及调节化学计量需求。

5.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中将浸沥得到的物流给料进入相分离操作，其中将沉淀的不溶固体以及二氧化碳气体从该过程中除去。

6.根据权利要求5所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中分离沉淀的不溶固体优选通过过滤进行。

7.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中相分离得到的镁溶液通过与碱混合而反应，从而生成高纯度氢氧化镁沉淀物为最终产物。

8.根据权利要求7所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中所述碱来自步骤(e)中的再生。

9.根据权利要求7所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中在方法起始时，所用的碱来自方法外部的来源。

10.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中将与碱反应所得的物流给料进入固液分离操作中，其中固相是高纯度氢氧化镁。

11.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中使来自分离高纯度氢氧化镁的剩余母液经受再生酸和碱的过程，其中将所述酸和所述碱分别循环用于浸沥原料和沉淀高纯度氢氧化镁。

12.根据权利要求11所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中酸和碱的再生通过电化学方法进行。

13.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中所使用的酸为强酸，其选自硫酸和盐酸。

14.根据权利要求13所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中当原料含钙，例如为白云石时，所用的酸是硫酸。

15.根据权利要求1所述的获得高纯度氢氧化镁的方法，其中所述碱是强氢氧化物，优选氢氧化钠。

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