方華東

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

1 研究背景

地處青海的察爾汗鹽湖因其富含多種無機金屬鹽類資源(鉀、鈉、鎂、鋰、硼等，其中氯化鉀5.4億t，氯化鎂高達40億t)而被廣泛關注。經過幾十年的發(fā)展，目前察爾汗鹽湖已經成為我國西部最大的鹽化工業(yè)基地。在過去的幾十年里，察爾汗鹽湖礦區(qū)的鉀肥生產規(guī)模逐步擴大。但是，鹽湖鎂資源尚未得到有效的開發(fā)利用，使得鹽湖的礦產資源的開發(fā)利用效率低、不合理。如何有效且合理的利用鹽湖的鎂資源，使得整個鹽湖資源的綜合利用更加高效，并帶來更高的經濟效益，是目前鹽湖資源向工業(yè)化深度開發(fā)過程中需要高度重視和需要解決的問題。

而其中大顆粒高純氫氧化鎂產品用途廣泛， 是制取高純鎂砂、高純輕質碳酸鎂、高純氧化鎂、氧化鎂單晶以及氫氧化鎂阻燃劑等重要的無機化工原料，廣泛應用于鋼鐵、冶金、化工、塑料、橡膠、電子、醫(yī)藥、食品以及環(huán)保等行業(yè)中，市場前景十分廣闊。因此，本研究擬利用青海察爾汗鹽湖水氯鎂石資源開發(fā)生產大顆粒高純氫氧化鎂，是符合國家和地方資源綜合開發(fā)整體規(guī)劃的。

國內外利用水氯鎂石生產高純氫氧化鎂所采用的技術路線主要有氯化鎂熱分解-水化法、氫氧化鈉沉淀法、直接灰乳沉淀法、氨沉淀法、氨-石灰聯(lián)合法。結合青海當?shù)氐臍夂?、具有儲量豐富的石灰石資源等特點，我們認為以青海鹽湖水氯鎂石為原料進行高純氫氧化鎂的開發(fā)研究，適宜采用的工藝技術路線為氨-石灰聯(lián)合法。

氨-石灰聯(lián)合法生產工藝，包括鹵水制備、石灰制備、蒸氨、結晶分離、氫氧化鎂干燥五個工段。其中，鹵水制備、石灰制備、蒸氨工序與索爾維制純堿技術的工藝流程基本一致，技術風險較??；氫氧化鎂干燥的主要設備由成套設備供應商供貨，運行成熟穩(wěn)定。而結晶分離工段中關鍵工藝參數(shù)的控制，將對氫氧化鎂晶體的形貌及粒度影響較大，這就首先需要通過實驗研究進行關鍵參數(shù)的確定。

2 實驗研究

首先在實驗室中，對鹽湖富產的老鹵和可溶性鎂鹽進行質譜分析，成分如表1。

表1 鹽湖老鹵和可溶性鎂鹽質譜分析結果(單位：ppm)

然后，將氯化鎂溶液與氨氣進行反應，考察反應過程中的關鍵工藝參數(shù)，包括氯化鎂溶液濃度、氨與氯化鎂摩爾比、反應溫度、氨加入速度、攪拌速度、反應時間、晶化時間、晶種粒徑及加入量、添加劑等的影響，以獲得晶體形貌良好、粒度較大且分布均勻、收率較高的氫氧化鎂晶體產品，確定最優(yōu)的反應條件，并對后續(xù)的分離、洗滌等過程進行優(yōu)化。

實驗在50 L反應釜中進行，氨氣加料采用氣體分布器，氯化鎂加料使用蠕動泵，使得加料更加均勻。經過大量實驗后，固定反應溫度為90 ℃，攪拌速率為100 rpm，加入一定量及粒度的晶種，反應時間為2 h、晶化時間為1～2 h時。最終得到了粒徑較大的氫氧化鎂顆粒，氯化鎂轉化率為78%～79%，平均粒徑D(50)可達到80 μm，白度在98以上，典型結果如表2所示，粒徑分布曲線如圖1所示。

表2 50 L釜合成的氫氧化鎂物性

濃度:0.1360 %Vol徑距:1.833一致性:0.549結果類別:體積比表面積:0.133 m^2/g表面積平均粒徑D[3,2]:44.991 μm體積平均粒徑D[4,3]:91.639 μmd(0.1): 20.581 μmd(0.5): 83.087 μmd(0.9): 172.855 μm

圖1 T18Y18-50L-a2的粒度分布圖

在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，隨著反應時間、晶化時間的延長，轉化率逐漸降低。這與專利CN108190924A中的說法一致，即加料量一定的情況下，過長的反應時間和晶化時間會造成氫氧化鎂的返溶[1]；另外，晶化時間對氫氧化鎂的粒徑影響不大，但是隨著晶化時間的增加，殘氯略有降低，說明晶化過程中，MgaClbOHc(2a=b+c)物種會逐漸脫氯轉化為氫氧化鎂，但無法完全除去。

同時，從粒度分布圖看，實驗過程中還是會有10～20 μm的小顆粒出現(xiàn)，可能的原因是由于攪拌的剪切力過大，形成的顆粒容易被打碎，不利于氫氧化鎂顆粒圍繞晶體生長，工業(yè)生產中應選擇合適的攪拌槳。

3 工藝技術流程

根據(jù)實驗過程和結果，借鑒索爾維制純堿技術的工藝路線，對氨-石灰聯(lián)合法工藝流程進行優(yōu)化設計，簡述如下：

3.1 鹵水制備

堆場的水氯鎂石經皮帶機送至溶解槽，與來自雜水桶的60 ℃雜水混合溶解成飽和粗鹵水。由于水氯鎂石溶解過程吸熱顯著，容易在固體表面析晶形成包覆膜，阻礙繼續(xù)溶解。所以采用蒸汽加熱溶解制鹵，保證溶解的速度和鹵水的濃度。

從水氯鎂石溶解槽上部溢流出來的粗鹵水自流進入澄清桶的中心管內，在澄清桶內進行澄清，其溢流清液自流進入粗鹵水罐，再由粗鹵水泵送入過濾器，過濾后的鹵水即為精制鹵水(鎂離子濃度115 g/L)，進入精制鹵水罐，由精制鹵水泵送至反應分離工段。

澄清桶底部排出的鹽泥，與過濾器排出的廢渣一同進入沉淀泥罐，由沉淀泥泵打入板框壓濾機，壓濾后的清液進入雜水桶，與脫鹽水兌合，并經通入蒸汽調溫后送去溶解槽；廢渣由汽車運至廢渣堆場。

3.2 石灰制備

采用混燒窯，以焦炭為原料，將石灰石加熱分解生產石灰和窯氣，石灰經過化灰機消化制成石灰乳供蒸氨工段使用。窯氣凈化采用先進旋風分離器、再進濕式除塵器洗滌除塵的技術，經處理粉塵含量達標后排放。該工段工藝成熟可靠，制得的石灰活性較好。

3.3 蒸氨

借鑒純堿生產中成熟的蒸氨工藝，采用篩板蒸氨塔及預灰桶，回收過濾母液中的游離氨和固定銨。蒸氨塔頂氣體，經冷凝冷卻后，出氣溫度40 ℃左右進氨氣分離器，然后由氨壓縮機送至反應及分離工段。廢液經兩級閃發(fā)回收熱量后送至廢液池。

3.4 結晶分離

精制鹵水經過鹵水預熱器加熱后與來自蒸氨工段的氨氣一起通入釜式反應器內進行反應；經過一定的反應時間后，排入放料罐內晶化。待晶化結束后，用泵送入虹吸刮刀離心機過濾，濾餅經皮帶機送去干燥工段。過濾母液及洗水一起送入蒸氨工段。

3.5 氫氧化鎂干燥

冷空氣經加熱器加熱后進入閃蒸干燥機。氫氧化鎂濾餅經螺旋給料器進入主機后，首先經主機旋轉葉片打散，并在高速熱氣流的作用下，物料被快速分散成粉粒狀以擴大蒸發(fā)面積，物料與熱空氣進行高速傳質傳熱，瞬間使水分子汽化蒸發(fā)。約在4～5 s即完成干燥過程，達到粒度和水分要求的物料通過主機內上部分級環(huán)，隨干燥尾氣一起進入捕集器進行氣固分離。凈化后的尾氣由高壓引風機引出，成品粉體物料由捕集器排出。干燥系統(tǒng)是全封閉負壓操作，無粉塵外漏，產品回收率高達99.5%以上。干燥后的氫氧化鎂顆?？山浧扑闄C破碎至要求的粒徑后送去包裝。工藝流程簡圖如圖2。

圖2 大顆粒高純氫氧化鎂生產工藝流程簡圖

4 結 論

本文以察爾汗鹽湖的老鹵、水氯鎂石為原料，經過實驗，考察反應過程中的關鍵工藝參數(shù)，獲得了晶體形貌良好、粒度較大且分布均勻、收率較高的氫氧化鎂晶體產品。

對氨-石灰聯(lián)合法生產氫氧化鎂工藝進行優(yōu)化，其鹵水制備、石灰制備、蒸氨工序可借鑒索爾維制純堿技術的工藝流程，氫氧化鎂干燥工段選用成熟的粉體干燥成套技術，而主要的核心結晶分離工段經過實驗室多次實驗，成品質量穩(wěn)定，平均粒徑達80 μm以上。因此，該工藝路線，技術上是可行的。