海水鎂砂的工藝原理

海水鎂砂的工藝原理非常簡單，但其工藝過程卻比較復(fù)雜。因?yàn)楹Ｋ⒉皇羌兊逆V鹽溶液，而且找到十分純凈的石灰石或白云石也并不容易。生產(chǎn)海水鎂砂需要大量處理海水，所以即使少量雜質(zhì)帶入，其影響也是很大的。如果海水鎂砂不具有較高的純度也就失去了優(yōu)勢。解決海水鎂砂的純度問題需要采取許多措施，因而其生產(chǎn)工藝也就比較復(fù)雜。

如圖1為海水鎂砂的工藝流程圖，用泵抽取海水后，向管道內(nèi)加硫酸在脫碳塔中脫除CO2，酸化的海水再進(jìn)入海水預(yù)處理池脫除SiO2等雜質(zhì)。經(jīng)過處理后的海水進(jìn)入反應(yīng)器，與事先制備好的石灰乳充分反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀。Mg(OH)2為膠凝物，沉淀極為困難，需向反應(yīng)器中加晶種，促使Mg(OH)2結(jié)晶長大，加速沉降分離。為使沉降效果更好，在把Mg(OH)2絮狀稀薄懸浮液打入沉降池時(shí)，向管道內(nèi)加絮凝劑(聚丙烯酰胺)。沉淀的Mg(OH)2泥漿再進(jìn)入洗滌池，用海水和清水兩段逆流洗滌，浸出可溶性鹽，然后把Mg(OH)2沉淀進(jìn)行過濾，濾餅經(jīng)輕燒、壓球、死燒即成鎂砂。

01原料

生產(chǎn)海水鎂砂的原料主要是海水和石灰石。一般海水中物質(zhì)的含量如表1所示。石灰石是海水鎂砂中的SiO2、Al2O3、Fe2O3雜質(zhì)主要來源。按理論計(jì)算，生產(chǎn)1噸鎂砂需要2.5噸石英石，若石灰石中的雜質(zhì)為1%，帶入鎂砂中則為2.5%。因此控制石灰石的質(zhì)量特別重要。沒有高純的石灰石就無法生產(chǎn)出高純的海水鎂砂。生產(chǎn)MgO98%的鎂砂，要求石灰石中的雜質(zhì)含量在0.2%以下。

02脫碳

海水鎂砂中CaO雜質(zhì)含量的來源有三;海水、石灰和洗滌水。①海水脫碳海水中含HCO3-0.1397g/l，當(dāng)加入Ca(OH)2時(shí)，HCO3-可與之反應(yīng)生成CaCO3沉淀，從而對(duì)Mg(OH)2構(gòu)成污染。為了阻止上述反應(yīng)，必須預(yù)先除去HCO3-或CO32-。預(yù)先在海水中加入硫酸(酸法)或石灰乳(堿法)可達(dá)到脫碳目的。酸法更為常用。②盡量減少石灰中不溶于水的鈣鹽和殘留CO2作為沉淀劑使用的石灰過燒時(shí)，CaO會(huì)與燃料灰分中的SiO2、Al2O3等形成不溶性鹽，與Mg(OH)2—起沉淀，增加鎂砂中的雜質(zhì)含量。為提高石灰活性，應(yīng)避免過燒，保留微量CO2(0.15%~0.3%)，但這部分CO2難以排除，一般均帶入成晶鎂砂中，增加CaO量0.25%~0.50%左右。③洗滌水軟化洗滌Mg(OH)2濾餅用的淡水中也含有一定量的鈣鹽，特別是其中的Ca(HCO3)2也會(huì)反應(yīng)生成CaCO3沉淀，增加鎂砂中CaO含量，故淡水使用前要加硫酸處理。

03脫硅(SiO2)

海水鎂砂中SiO2來自石灰石和海水。降低石灰石中SiO2含量的主要措施是稍選石灰石，限制SiO2含量，根據(jù)SiO2在石灰石中的賦存狀態(tài)，有的可以在反應(yīng)過程中脫除一部分。海水中的SiO2主要賦存于固體懸浮物中，脫除方法是從酸化海水預(yù)處理器底部加入一定量的石灰乳，先生成一部分Mg(OH)2沉淀在底部形成一個(gè)膠體濾層，海水通過時(shí)懸浮的SiO2質(zhì)粘附在濾層上而被脫除。

04脫硼(B2O3)

在鎂砂中B2O3的危害最為嚴(yán)重，在本站文章"B2O3對(duì)鎂砂質(zhì)量的影響及其脫除”將詳細(xì)介紹。

05Mg(OH)2的生成反應(yīng)及沉淀

Mg(OH)2生成反應(yīng)是海水鎂砂生產(chǎn)的重要階段。要求生成粒度大小合適、沉淀性能這好的Mg(OH)2沉淀，力求石灰反應(yīng)完全，防止其它物質(zhì)與Mg(OH)2—起沉淀。

06洗滌與過濾

對(duì)Mg(OH)2沉淀進(jìn)行過濾脫水。洗滌的目的在于洗除料漿中夾帶的鹽份MgCl2、NaCl等。

鹵水鎂砂

鹵水是指礦化度大于50g/l的湖水、海水或地下水。鹽場曬鹽時(shí)鹽析晶后的廢液是一種濃度很高的鹵水，它的鎂離子含量遠(yuǎn)比海水高(約高50倍)，約為55g/l，用于生產(chǎn)鎂砂時(shí)其處理量遠(yuǎn)比海水小?，F(xiàn)今鹵水鎂砂廠所用鹵水多直接取自鹽湖，其中以色列與約旦交界處的死海中的鹵水最為著名，其可溶性鎂鹽含量可達(dá)到30%。我國的鹵水資源也很豐富，如青海、湖北、四川等地。表2為一般鹽湖鹵水(水氯鎂石)的化學(xué)成分，若鹵水進(jìn)一步提取KCl和Na2SO4之后，其Mg2+含量更高。由鹵水生產(chǎn)鎂砂的方法常用的有沉淀法和熱分解法。

01沉淀法制取鹵水鎂砂

鹵水鎂砂由沉淀法制取的原理與海水鎂砂相同。海水鎂砂的工業(yè)化生產(chǎn)歷史己有六十多年，但鹵水鎂砂卻因存在一些難點(diǎn)而發(fā)展較遲。沉淀法由鹵水制取Mg(OH)2的主要困難是;高濃度鹵水同消石灰Ca(OH)2反應(yīng)易形成膠狀沉淀，難以過濾分離，而且Mg(OH)2夾帶和吸附雜質(zhì)較多，純度難以保證。

通過多年的研究，克服了鹵水鎂砂工藝中的一些困難，七十年代世界沉淀法鹵水鎂砂工業(yè)迅速發(fā)展，MartinMarieta公司在美國密執(zhí)安州，Billiton公司在荷蘭Veendam分別擴(kuò)建和新建了沉淀法鹵水鎂砂工廠。

九十年代初，我國采用沉淀法以濃CaCl2介質(zhì)、高濃度鹵水原料、高分散石灰乳、控制pH值、洗滌水回收等工藝措施，經(jīng)小規(guī)模試制取得了較好的結(jié)果，工藝過程簡化、Mg(OH)2沉降性能好且極易過濾分離，濾餅含水率低，淡水用量少，得到的鹵水鎂砂含量MgO98.97%，CaO/SiO2比值3.62，B2O3含量是0.017%，體積密度達(dá)到3.48g/cm3。

02熱分解法制取鹵水鎂砂

熱分解法制取鹵水鎂砂就是將鹵水濃縮液(MgCl2)噴入1000℃的熱解塔中使MgCl2與蒸汽反應(yīng)生成MgO與鹽酸，經(jīng)洗滌脫除可溶性鹽，制成Mg(OH)2，再經(jīng)過與海水鎂砂相似的工藝處理即可制得純度極高的鎂砂。

上述工藝過程也稱作阿曼工藝，是由以色列死海方鎂石公司在二十世紀(jì)七十年代初建立并投入工業(yè)化生產(chǎn)的，目前生產(chǎn)能力為每年7萬噸。阿曼工藝主要得益于死海鹵水中的高M(jìn)g2+含量。

阿曼工藝的核心是噴霧焙燒系統(tǒng)對(duì)MgCl2的熱分解。這種水解反應(yīng)僅需要一種原料：濃縮的鹵水(死海海水)，利用干凈的能源可生產(chǎn)兩種產(chǎn)品：鎂砂和鹽酸，而傳統(tǒng)的沉淀法工藝霈要兩種原料：鹵水(或海水)和石灰(或輕燒白云石)。石灰石或白云石為礦物原料，含有相關(guān)雜質(zhì)SiO2、Fe2O3和CaO;海水中的B2O3不可避免地污染鎂砂，但阿曼工藝生產(chǎn)的鎂砂產(chǎn)晶不含這些雜質(zhì)，Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量—般為100ppm~200ppm，總的含量為500ppm，CaO的含量在0.4%~0.6%范圍內(nèi)變化，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，因此鎂砂的純度可達(dá)到MgO99.5%，總的純度(MgO+CaO)為99.95%，是目前世界市場上最高純的鎂砂。產(chǎn)晶中不含硼并幾乎測不出SiO2，減少了海水鎂砂中常見的晶界雜質(zhì)相，直接結(jié)合程度極高。表3為阿曼工藝制取的燒結(jié)和電熔鹵水鎂砂的典型性能。