專利名稱：用蛇紋石制取輕質氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨的方法
技術領域：
本發明屬于一種非金屬礦物化工深加工，具體的說是用蛇紋石制取輕質氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨的方法背景技術：
蛇紋石是我國儲量巨大的一種非金屬礦資源，溫石棉礦床的母巖為蛇紋石，而我國90％以上的石棉礦為溫石棉，也有單一的蛇紋石礦床。在石棉礦山，石棉經風選后蛇紋石是作為尾礦被拋棄的，大約生產一噸石棉需拋棄蛇紋石尾礦40噸左右；單一的蛇紋石礦開采僅作為鈣、鎂、磷肥的添加劑或煉鋼保護渣，用量有限，經濟價值很低。蛇紋石的主要化學成份為MgO和SiO2，其中MgO含量約38％，SiO2含量約40％，結晶水含量約10％，Fe2O3約8％，剩余為Mn、Cr、Al、Ca等氧化物。為了擴大蛇紋石的綜合利用，中國專利申請號88109764.9，公開號CN1041740A提出了以蛇紋石為原料生產碳酸鎂/或氧化鎂及多孔二氧化硅的方法，該方法首先將蛇紋石粉在400～800℃條件下煅燒2～4小時，然后酸浸。實踐證明為了打開蛇紋石的層間羥基，使水鎂石八面體(含MgO層)和SiO2四面體分離，采用煅燒的方法成本高、污染嚴重，生產線投資大，且經煅燒后生成的SiO2活性低，為白炭黑的制造帶來困難。另外，該方法將碳化后的殘液—硫酸鎂氨溶液加熱至氨和SO2的分解揮發溫度加以回收，在工藝中是很難實現的，且無蛇紋石礦物化工工藝中的關鍵工藝—除雜。中國專利申請號89106821.X，公開號CN1050411A提出了蛇紋石尾礦的綜合利用工藝，該工藝采用鹽酸作為溶劑萃取，但鹽酸對工藝的防腐要求高，且回收的氯鹽市場銷售不旺，另外在中和過程中，采用石灰乳作為中和劑，這在除鐵的同時使大量的CaO摻入氯化鎂溶液中。在輕質氧化鎂中Ca++含量是衡量產品質量最主要的指標之一。電磁級氧化鎂要求CaO＜0.7％。而在碳化工序，該方法與傳統的白云石法生產氧化鎂的方法是一樣的，采用CO2二步法，在碳化工序中完全實施鈣、鎂分離已被實踐證明是不可能的。另外這種方法存在工序長，回收率低、洗去的氯離子污染嚴重。中國專利申請號92101146.6，公開號CN1075936A提出了從蛇紋石中提取氧化鎂的方法，該方法采用兩步煅燒法，雖然化學反應過程簡單，但實際由于過濾—干燥—煅燒—水浸—過濾—干燥—煅燒，生產中能耗大，成本高。且輕質氧化鎂活性也低。以上所述的各種方法均未提出生產中得到的SiO2怎樣進一步加工成具有實際經濟效益的白炭黑。

發明內容本發明解決了上述現有技術中存在的問題，提出了一種用蛇紋石制取輕質氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨的方法。其方法如下1.將蛇紋石粉碎成140～220目的細粉，經磁選機磁選，其磁場強度應大于2800奧斯特，以除去富鐵蛇紋石；然后將礦粉在水中浸泡，攪拌，其固液比為1∶5～1∶10，時間30～100分鐘，最后徐徐加入濃硫酸，反應液終止濃度為20～40％，并升溫至80～100℃，加入時間為0.5～1.5小時。
2.將上述溶液過濾，過濾后的溶液為硫酸鎂及溶于酸的其它雜質的混合液，用濃度為10～25％的苦土粉乳液作為中和劑，加入速率為每分鐘5％(體積量)，中和反應時PH值需嚴格控制在6～10之間。中和反應后再用雙氧水進行氧化，雙氧水加入量為體積比的1∶30～1∶50；3.上述反應液經過濾，除去沉淀物(雜質)，然后進行碳化，將硫酸鎂純凈液的濃度控制在13～25波美度，用氨水和碳酸氫銨進行碳化，氨水與碳酸氫銨的配比為氨水∶碳酸氫銨3∶1～5∶1(重量比)，碳化溫度為20～80℃，時間為30～200分鐘。
4.將碳化后的含有白色結晶體的堿式碳酸鎂和硫酸銨的溶液放出，在儲罐中靜置1～2小時熟化，然后過濾，過濾后的固體經干燥得堿式碳酸鎂，再將堿式碳酸鎂經煅燒得輕質氧化鎂。
5.將步驟2所得的多孔二氧化硅放入反應器中，加入水，然后加入濃度為20～40％的燒堿液，當攪拌升溫至70～90℃時，加入硅渣，其固液比為1∶1～1∶3.5，攪拌維持反應溫度80～100℃，3小時即可放料，將上述反應物過濾，即得純凈的水玻璃。
6.在反應釜中加入水玻璃，攪拌升溫至50～60℃后，加入濃度為20～30％的稀硫酸，使反應液的中和度為20～45％，然后停止加酸，老化30～50分鐘，再將體系溫度升至80～90℃，加入相同濃度的稀硫酸，使PH值為3，然后再升溫至90～100℃℃，老化20～50分鐘即可放料，經過濾、洗滌、干燥，即得白炭黑。
7.將過濾后的硫酸銨混合液蒸發回收硫酸銨，在此液中除含(NH4)2SO4外，還含有部分MgCO3、MgSO4及Mg(HO)2等，因此要進行除雜，MgCO3、MgSO4可通過沉淀除去，MgSO4與(NH4)2SO4形成酸銨復鹽[MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O]，由于酸銨復鹽的結晶濃度小于硫酸銨，所以第一次結晶時，酸銨復鹽析出。它可以作為農肥直接使用；然后進行第二步蒸發，純凈的硫酸銨析出。
本發明經工業性試驗表明利用4噸蛇紋石礦可得1噸優質輕質氧化鎂(MgO≥98％、CaO≤0.5％、鐵≤0.03％)，1.3噸白炭黑(比表面積160～180m2/g)和4噸工業級硫酸銨。以上所得產品質量好。耗能少，環境污染小。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述實施例1將8Kg 200目的蛇紋石礦粉經磁選機除鐵，然后放入裝有40Kg水的反應器中，加熱攪拌30分鐘，加入93％的濃硫酸7Kg，加入速率為10Kg/小時，溫度控制在＜100℃，反應后靜置0.5小時，過濾。將溶液放入反應器中，加入NaClO312g，攪拌20分鐘，然后將苦土粉乳液徐徐加入，使溶液達到PH＝8.5停止，保溫1小時，過濾，除去雜質，將精制硫酸鎂液加入反應器中，攪拌，徐徐加入碳化氨水20升，攪拌并保持溫度為60℃，加完后升溫至70℃，保溫1小時，出料，經過濾后洗滌兩次，干燥得堿式酸鎂，然后將堿式碳酸鎂放入馬福爐內在850℃煅燒0.8小時，得高品質輕質氧化鎂2.1Kg。產品含MgO＞97.8％、CaO＜0.5％、鐵鹽0.05％，質量符合國家標準。
實施例2取同于實施例1的蛇紋石礦粉，按實施例1的方法制取硫酸鎂液，將硫酸鎂液在反應器內加熱至70℃。用10％的MgO懸濁液調反應液PH至8，老化30分鐘，然后加雙氧水，使沒有氧化的二價鐵氧化成三價鐵，攪拌20分鐘。過濾，洗滌，以后步驟同實施例1。實施例2制取的氧化鎂仍達到優質品，而鐵鹽的含量更低(＜0.05％)，氧化劑用量亦減少。
實施例3將實施例1或實施例2碳化后的過濾液，用來回收硫酸銨，取5Kg過濾液，在蒸發器中蒸發，溶液的初始濃度為10～15波美度，蒸發濃縮至25～30波美度時放入冷卻結晶器，然后經離心分離得硫酸鎂銨復鹽粗產品。將分離后的溶液放入蒸發器中繼續蒸發，當濃度達到30～35波美度時，放入冷卻結晶器中，靜置20分鐘后離心分離，得到工業級硫酸銨420g，其質量指標為氮含量21.2％、H2SO4＜0.05％、鐵含量0.006％。
實施例4將實施例1或實施例2中的硅渣用來制取白炭黑。先在反應器中加入150升水，然后加入濃度為38％的燒堿20升，攪拌升溫至85℃，加入硅渣(干)75Kg，，攪拌維持反應溫度1.5～2.5小時，然后放料。將反應液過濾，然后加入反應器中攪拌升溫至55℃。將30％的稀硫酸徐徐加入，使反應液的中和度為42％時停止加酸，老化30分鐘，再將體系溫度升至85℃，開始第二次加酸，當體系PH值為3時，停止加酸，升溫至100℃，老化30分鐘，冷卻、過濾，即得產品白炭黑58Kg，經檢測SiO292％、PH值為6.5、總鐵量＜1000mg/Kg、比表面積186m2/g。
權利要求
一種用蛇紋石制取輕質氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨的方法，其特征在于1.將140～220目的蛇紋石礦粉經磁選機磁選，其磁場強度大于2800奧斯特，除去富鐵蛇紋石礦，然后再進行硫酸浸取作業；
2.將過濾后的硫酸鎂液先進行中和反應，中和劑為苦土粉乳液，濃度為10～25％，加入速率為5％/min(體積量)。PH值為6～10，然后再進行氧化，其氧化劑為雙氧水，除去鐵、錳、鋁、鈣等金屬離子，雙氧水用量與中和液體積比為1∶30～1∶50；
3.對純凈的MgSO4液進行碳化，用于碳化的碳化銨水的配比為氨水∶碳酸氫銨＝3∶1～5∶1(重量比)，碳化溫度為20～80℃，時間為30～200分鐘；
4.將碳化后的物液過濾、洗滌、干燥獲堿式碳酸鎂，經煅燒獲輕質氧化鎂；
5.將酸浸過濾后的多孔二氧化硅加入濃度為20～40％的燒堿液中，其燒堿與硅渣(干)的重量比為1∶2～1∶3.5，反應2～4小時，制取水玻璃；
6.將水玻璃攪拌升溫至50～60℃后，加入20～30％的稀硫酸，使反應液的中和度為20～45％，再將體系溫度升至80～90℃，加入相同濃度的稀硫酸，使PH值為2～3.5，然后再升溫至100℃，獲得白炭黑；
7.將碳化反應過濾后的硫酸銨混合液分二步蒸發回收硫酸銨，第一步蒸發至濃度為30～35波美度，冷卻除復鹽[MgSO4(NH4)2SO4·6H2O]；第二步再次蒸發，純凈的硫酸銨析出，從而獲得工業級的(NH4)2SO4產品。
全文摘要
本發明屬于非金屬礦物化工深加工,用蛇紋石制取輕質氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨。將蛇紋石酸浸后過濾,溶液經中和、氧化除雜,再經碳化、煅燒制取輕質氧化鎂,固體二氧化硅與濃度為20～40%的燒堿液反應制取水玻璃,再將水玻璃經兩步酸調生成白炭黑,堿式碳酸鎂的過濾液經兩步蒸發可回收硫酸銨。本發明已經工業性試驗,技術成熟,工藝可靠,生產成本低,產品質量優良。
文檔編號C01F5/24GK1422808SQ0113180
公開日2003年6月11日 申請日期2001年11月27日 優先權日2001年11月27日
發明者王玉亮 申請人:咸陽非金屬礦化工有限公司