一种钙镁碳酸盐矿的分解方法技术

本发明专利技术提供一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，采用铵盐溶液分解钙镁碳酸盐矿，所述分解反应在串联的多级反应器或塔式反应器中进行，并将加热铵盐溶液和钙镁碳酸盐矿分解产生的混合气体携带的热量作为热源循环使用。本发明专利技术提供的一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，通过引入多级逆流串联反应釜或塔式反应器，不仅解决了单级反应釜存在的水蒸发量大，能耗浪费，碳铵浓度偏低且不稳定的问题，也实现了铵盐分解钙镁碳酸盐矿高效稳定的反应，降低能耗成本，节能、经济。

【技术实现步骤摘要】
一种钙镁碳酸盐矿的分解方法
本专利技术属于化工生产领域，涉及一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，具体涉及一种采用铵盐分解钙镁碳酸盐矿的方法。
技术介绍
碳酸盐矿分布广泛，其中又以钙镁碳酸盐矿物居多。而钙镁碳酸盐矿的主要存在形式包括以碳酸钙为主的石灰石、方解石，以碳酸镁为主的菱镁矿，以及既包括碳酸钙又包含碳酸镁的白云石。目前，对碳酸盐矿的利用分为了两个大的方向，一是直接从碳酸盐矿中提纯相应的碳酸盐进而又可以得到相应的金属氧化物，如生产碳酸镁、氧化镁、轻质碳酸镁、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙等；二则是将碳酸盐矿的生产工艺与别的生产工艺联用生产其他化合物，如纯碱等。公开号为CN102275957A的专利公开了一种白云石生产高纯氧化镁的工艺方法，该方法包括以下步骤：白云石经过破碎、煅烧、消化、过滤、碳化、固液分离、热解、碱式碳酸镁烘干及煅烧最终得到氧化镁产品。公开号为CN103011630A的专利公开了一种低品位菱镁矿生产高纯氢氧化镁和氧化镁的方法，该方法的主要执行步骤如下：在煅烧炉内将低品位菱镁矿石在900～1100℃下煅烧，得到菱镁矿轻烧矿石和二氧化碳，回收二氧化碳，破碎轻烧矿石，然后利用氨-铵盐循环再生实现低品位菱镁矿浸出、提纯、分离耦合并生产高纯氢氧化镁和氧化镁。以上两种专利技术方法都属于热法碳酸盐矿石的利用，其共同的缺点在于对碳酸盐矿石的利用都采用了直接煅烧的方法，考虑到煅烧温度约为1000℃，燃煤的引入会导致一系列的影响产品品质的情况发生。例如，由于煅烧过程中产生的二氧化碳还需要继续利用，所以它的纯度必须得到一定的保证。但是，在实际煅烧过程中，由于煅烧窑气中夹杂着大量的粉尘和类似二氧化硫这类的杂质气体，二氧化碳在使用前必须进行除杂净化处理，这项操作无疑又会增加工艺流程，进一步提升了最终产品的成本。另外，煅烧这类矿石所用的煅烧窑体必须具备一定的规模，其燃烧产生的热量的利用率才高，因此，这也就限制了这类生产活动的灵活性。为了解决上述提到的热法利用碳酸盐矿的种种缺陷，一种与热法相对的湿法利用碳酸盐矿的方法被提了出来。该法摒弃了高温煅烧的方式，转而采用了两种相对温和的形式，一是利用废酸与碳酸盐矿石反应；二是利用铵盐溶液与碳酸盐矿石反应。如公开号CN86102539A的专利就公开了一种用铵盐溶液来分解菱苦土或菱镁矿石粉的方法。该法通过控制温度将反应体系中的氨蒸出实现反应的不断进行，但该反应存在的较大问题是氨的离开往往也伴随着大量水的离开，这也就导致了两个结果，一是得到的氨水的浓度较低；二是对于得到定量的氨来说需要蒸发大量的水，反应体系的能耗不能得到有效的削减。同时该方法还需要额外加入硫酸及碳酸氢铵，没有实现原材料的充分利用，造成浪费的同时，增加了生产成本。所以，从现实生产角度来看，铵盐分解碳酸盐矿这一生产方法虽说在理论在存在一定的可行性，但却仍不能得到一个令人满意的工业实践结果。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，通过将多级逆流反应器串联或塔式反应器，实现钙镁碳酸盐矿的分解；并利用热泵原理回收热源，使热量循环利用，不仅减少反应体系的能耗，而且达到清洁生产的目的，具有工艺流程简单，大幅降低生产成本等特点。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，采用铵盐溶液分解钙镁碳酸盐矿，所述分解反应在串联的多级反应器或塔式反应器中进行，并将加热铵盐溶液和钙镁碳酸盐矿分解产生的混合气体携带的热量作为热源循环使用。优选地，所述分解反应在串联的多级反应器中进行，包括如下步骤：1)将钙镁碳酸盐矿与铵盐溶液混合形成的浆料，经一级反应器进料口进入一级反应器反应，由一级反应器釜底反应液出料口排出，再经下一级反应器进料口进入下一级反应器继续反应，依次经过多级串联反应器反应后，从末级反应器釜底反应液出料口采出反应液和固相产物；更优选地，在步骤1)中，所述钙镁碳酸盐矿为钙镁碳酸盐矿粉，所述钙镁碳酸盐矿粉的粒径为10μm～1mm。进一步优选地，所述钙镁碳酸盐矿粉包括但不仅限于石灰石粉、菱镁矿粉、白云石粉。最优选地，所述钙镁碳酸盐矿粉选自石灰石粉、菱镁矿粉、白云石粉中的任意一种。更优选地，在步骤1)中，所述铵盐溶液为浓度为10wt％～饱和的铵盐水溶液。铵盐溶液的质量浓度可为10～15wt％或15～20wt％或20～25wt％或25wt％～饱和。更优选地，在步骤1)中，所述铵盐包括但不仅限于硫酸铵、氯化铵、硝酸铵。进一步优选地，所述铵盐选自硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的任意一种。更优选地，在步骤1)中，所述铵盐溶液与钙镁碳酸盐矿的加入配比，按铵盐溶液中铵根离子与钙镁碳酸盐矿中钙镁离子的摩尔比计算，其摩尔比为NH4+：(Ca2++Mg2+)＝(3～2)：1。更优选地，在步骤1)中，所述串联的多级反应器的级数为2～6级。更优选地，在步骤1)中，所述反应液和固相产物，经固液分离后，作为制备钙镁化合物的原料用于后续生产。更优选地，在步骤1)中，所述钙镁碳酸盐矿的转化率控制为不小于80％。当所述钙镁碳酸盐矿的转化率低于80％，则降低进料速度使转化率大于80％。进一步优选地，所述钙镁碳酸盐矿粉的转化率通过单位时间内末级反应器釜底反应产物中测得的钙镁离子的总量与单位时间内钙镁碳酸盐投料中钙镁总量的比值进行计算。具体按下述公式Ⅰ计算：2)通过加热器对末级反应器加热，使步骤1)中末级反应器内的钙镁碳酸盐矿和铵盐溶液发生反应，分解产生氨气、二氧化碳和水的混合气体，所述混合气体从末级反应器蒸汽出口排出，依次逆向进入上一级反应器，最后由一级反应器蒸汽出口排出；更优选地，步骤2)中，所述末级反应器的反应温度为140℃～220℃，压力为0.2～2.5MPa。更优选地，步骤2)中，以一级反应器蒸汽出口排出的混合气体的总重量为基准计，所述混合气体中氨的浓度为10～30wt％。所述混合气体中氨的浓度，通过调节混合气体的流速进行控制。3)将步骤2)中排出的混合气体由冷凝器蒸汽进口进入冷凝器壳层，混合气体携带的热量与冷凝器管层内介质换热后，混合气体中的水蒸汽经冷凝后成液相水排出，混合气体中的氨气、二氧化碳以气相排出；更优选地，所述混合气体中的氨气、二氧化碳排出后，用于后续生产工序。更优选地，步骤3)中，所述冷凝器壳层的冷却温度为80～130℃，压力为0.1～2MPa。4)将步骤3)中所述介质经换热后汽化成气体，经过蒸汽压缩机实现升温升压，然后进入加热器加热末级反应器内的钙镁碳酸盐矿和铵盐溶液后，在加热器内换热后冷凝成液相流出加热器，再回流到冷凝器管层内循环使用。更优选地，步骤4)中，所述冷凝器管内介质为化学性质稳定，沸点介于60～120℃的液相物质，包括但不仅限于环己烷、正庚烷、水、丁醇等。进一步优选地，所述冷凝器管内介质选自环己烷、正庚烷、水、丁醇中的任意一种。最优选地，所述冷凝器管内介质为水。更优选地，步骤4)中，所述经蒸汽压缩机压缩后的气体温度高于末级反应器的温度5～50℃。优选地，所述分解反应在塔式反应器中进行，包括如下步骤：A)将钙镁碳酸盐矿填充至反应塔中；更优选地，步骤A)中，所述钙镁碳酸盐矿的粒径为1～50mm。更优选地，步骤A)中，所述钙镁碳酸盐矿填充所述反应塔的高度为5～50m。更优选地，步骤A)中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，采用铵盐溶液分解钙镁碳酸盐矿，其特征在于，所述分解反应在串联的多级反应器或塔式反应器中进行，并将加热铵盐溶液和钙镁碳酸盐矿分解产生的混合气体携带的热量作为热源循环使用。

【技术特征摘要】
1.一种钙镁碳酸盐矿的分解方法，采用铵盐溶液分解钙镁碳酸盐矿，其特征在于，所述分解反应在串联的多级反应器或塔式反应器中进行，并将加热铵盐溶液和钙镁碳酸盐矿分解产生的混合气体携带的热量作为热源循环使用；所述分解反应在串联的多级反应器中进行，包括如下步骤：1)将钙镁碳酸盐矿与铵盐溶液混合形成的浆料，经一级反应器进料口进入一级反应器反应，由一级反应器釜底反应液出料口排出，再经下一级反应器进料口进入下一级反应器继续反应，依次经过多级串联反应器反应后，从末级反应器釜底反应液出料口采出反应液和固相产物；2)通过加热器对末级反应器加热，使步骤1)中末级反应器内的钙镁碳酸盐矿和铵盐溶液发生反应，分解产生氨气、二氧化碳和水的混合气体，所述混合气体从末级反应器蒸汽出口排出，依次逆向进入上一级反应器，最后由一级反应器蒸汽出口排出；3)将步骤2)中排出的混合气体由冷凝器蒸汽进口进入冷凝器壳层，混合气体携带的热量与冷凝器管层内介质换热后，混合气体中的水蒸汽经冷凝后成液相水排出，混合气体中的氨气、二氧化碳以气相排出；4)将步骤3)中所述介质经换热后汽化成气体，经过蒸汽压缩机实现升温升压，然后进入加热器加热末级反应器内的钙镁碳酸盐矿和铵盐溶液后，在加热器内换热后冷凝成液相流出加热器，再回流到冷凝器管层内循环使用；所述分解反应在塔式反应器中进行，包括如下步骤：A)将钙镁碳酸盐矿填充至反应塔中；B)将铵盐溶液从反应塔的塔顶铵盐溶液进料口通入，均匀的喷洒在钙镁碳酸盐矿上进行反应，从塔底反应液出料口采出反应液；C)通过加热器对反应塔底加热，使钙镁碳酸盐矿和铵盐溶液发生反应，分解产生氨气、二氧化碳和水的混合气体，从塔顶蒸汽出口排出；D)将步骤C)中排出的混合气体由冷凝器蒸汽进口进入冷凝器壳层，混合气体携带的热量与冷凝器管层内介质换热后，混合气体中的水蒸汽经冷凝后成液相水排出，混合气体中的氨气、二氧化碳以气相排出；E)将步骤D)中所述介质经换热后汽化成气体，经过蒸汽压缩机实现升温升压，然后进入加热器加热反应塔底后，在加热器内换热后冷凝成液相流出加热器，再回流到冷凝器管层内循环使用。2.根据权利要求1所述的钙镁碳酸盐矿的分解方法，其特征在于，在步骤1)中，所述铵盐溶液与钙镁碳酸盐矿的加入配比，按铵盐溶液中铵根离子与钙镁碳酸盐矿中钙镁离子的摩尔比计算为NH4+：(Ca2++Mg2+)＝(3～2)：1。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟劲光，钟颖苑，吴明，
申请(专利权)人：龙岩紫云化学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35