一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺及系统
阅读说明：本技术 一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺及系统 (Process and system for preparing high-purity magnesium oxide in low-carbon circulation mode ) 是由 谢国威 闫心怡 李山宏 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺及系统,菱镁矿经过塔式复热竖窑一煅烧后生成轻烧镁和CO-(2),CO-(2)经窑气净化装置处理后进入碳化塔内进行碳化反应；轻烧镁粉碎后进入消化池内进行消化反应；消化后的产物进入碳化塔内；碳化完成的溶液送至板框压滤机,预热后打入热解塔中热解,生成悬浮状的碱式碳酸镁和CO-(2)；碱式碳酸镁经过滤器脱水后送入塔式复热竖窑二内进行煅烧,生成高纯氧化镁和CO-(2),CO-(2)送入窑气净化装置；窑气净化装置回收的余热用于预热重镁水和碳酸镁煅烧。本发明克服了现有技术中存在的问题,CO-(2)和热量的回收利用率高,实现低碳环保的目标,且产品纯度高、品质性能可调控。(The invention relates to a process and a system for preparing high-purity magnesium oxide in a low-carbon cycle manner 2 ，CO 2 After being treated by a kiln gas purification device, the mixture enters a carbonization tower for carbonization reaction; crushing the light burned magnesium, and then entering a digestion tank for digestion reaction; feeding the digested product into a carbonization tower; sending the carbonized solution to a plate-and-frame filter press, preheating, and then feeding the solution into a pyrolysis tower for pyrolysis to generate suspended basic magnesium carbonate and CO 2 (ii) a The basic magnesium carbonate is dehydrated by a filter and then sent into a tower reheating shaft kiln II for calcination to generate high-purity magnesium oxide and CO 2 ，CO 2 Feeding into a kiln gas purification device; the waste heat recovered by the kiln gas purification device is used for preheating the heavy magnesium hydrate and calcining the magnesium carbonate. The invention overcomes the problems of the prior art, CO 2 High heat recovery rate, low carbon and environmental protection, high product purity,The quality performance can be regulated and controlled.)
技术领域
本发明涉及菱镁矿碳化法生产技术领域，尤其涉及一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺及系统。
背景技术
我国要力争在2030年前实现碳达峰、在2060年前实现碳中和，而作为二氧化碳排放大户，钢铁行业必须尽早采取有力措施，加大力度推动绿色低碳发展。镁冶炼行业必须采用生产效率高、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好、安全可靠的先进生产工艺系统。其中煅烧系统应采用节能环保型回转窑、以气体为燃料的可控竖窑等先进煅烧设备，确保实现安全高效、节能降耗、绿色循环的发展目标。
我国目前主要采用菱镁矿煅烧法来生产高纯氧化镁，其生产工艺流程如图2所示。
生产过程为：菱镁矿在竖窑内煅烧分解成轻烧镁和CO2，轻烧镁冷却后粉碎、加水消化，然后送至碳化塔内进行碳酸化反应。碳化完成液脱水后在分解塔内进行热解，分解后的悬浮液过滤再经高温焙烧，即生成高纯氧化镁。其过程反应式如下：
煅烧：MgCO3→MgO+CO2↑
消化：MgO+H2O→Mg(OH)2↓
碳化：Mg(OH)2↓+2CO2→Mg(HCO3)2
热解：5Mg(HCO3)3→4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+6CO2↑
焙烧：4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O→5MgO+4CO2↑+5H2O
上述生产工艺的物耗及能耗均较高，并且排放大量的CO2和粉尘，导致生态破坏及环境污染严重；①、②、③三个工艺过程分别在三个工厂进行分段生产，上、下工序之间不能有效衔接，难以控制产品的品质及性能，致使产品质量不稳定，市场适应能力差；另外，普通反射窑的煅烧温度和时间不均衡，产生的MgO活性低、CO2浓度低，不能用于生产高纯氧化镁；普通反射窑采用＞100mm菱镁矿块料进行煅烧，100mm以下矿石资源浪费，菱镁矿资源利用率低。
我国的氧化镁企业生产规模小、设备陈旧、产品单一、经济效益差。随着冶金、塑料、橡胶、油漆、造纸等行业的发展，对高纯氧化镁的需求量和产品种类呈逐年上升趋势。虽然我国是一个镁盐大国，但国内市场需求的精细氧化镁和碳酸镁仍需依赖进口，严重地影响了氧化镁和碳酸镁企业的经济效益。如何充分发挥我国镁资源丰富的优势，在扩大生产规模的同时，引进新技术，解决碳化法污染环境、成本过高等问题，发展高纯、高附加值、功能化产品是近阶段行业发展的目标。
发明内容
本发明提供了一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺及系统，能够克服现有技术中存在的问题，CO2和热量的回收利用率高，实现低碳环保的目标，且产品纯度高、品质性能可调控。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺，包括如下步骤：
1)菱镁矿经过塔式复热竖窑一煅烧后生成轻烧镁和CO2，CO2经窑气净化装置进行除尘、换热冷却处理，处理后的CO2经空压机进入碳化塔内进行碳化反应；
2)步骤1)制得的轻烧镁粉碎后，进入消化池内进行消化反应，消化温度为50～70℃，消化时间为30～60min；
3)步骤2)中经消化后的产物进入碳化塔内，与CO2共同进行碳化反应，碳化温度为30～40℃；
4)碳化完成的溶液放入碳化液存储池，送至板框压滤机进行固液分离，分离出的重镁水放入重镁水存储池；采用窑气净化装置与CO2换热后的余热对重镁水进行预热，预热后的重镁水打入热解塔中热解，生成悬浮状的碱式碳酸镁和CO2；
5)将碱式碳酸镁放入碳酸镁存储池中，再经过滤器进行脱水，脱水后的产物送入塔式复热竖窑二内，通入窑气净化装置与CO2换热后的余热进行煅烧，生成高纯氧化镁和CO2， CO2送入窑气净化装置进行除尘、换热冷却处理后用于碳化反应；经过滤装置过滤后的滤液放入滤液存储池内。
所述步骤1)中，塔式复热竖窑一煅烧菱镁矿时采用富氧燃烧方式。
所述窑气净化装置与CO2换热后的余热通过余热风管收集，并送至重镁水存储池用于预热重镁水，以及送至塔式复热竖窑二用于煅烧脱水后的碱式碳酸镁。
所述消化池内的消化液为水，或者是引自滤液存储池的废液。
一种低碳循环制备高纯氧化镁的系统，包括塔式复热竖窑一、塔式复热竖窑二、窑气净化装置、碳化塔、板框压滤机、热解塔、过滤器、消化池、碳化液存储池、重镁水存储池、碳酸镁存储池及滤液存储池；所述塔式复热竖窑一顶部的CO2出口通过CO2管道一连接窑气净化装置上的CO2入口一，窑气净化装置的CO2出口通过CO2管道二连接碳化塔的CO2入口，CO2管道二上设空压机；所述碳化塔的碳化液出口通过碳化液管道连接板框压滤机的物料入口，碳化液管道上沿碳化液流动方向依次设有碳化液存储池及进料泵一；所述板框压滤机的滤液出口通过重镁水管道连接热解塔的重镁水入口，重镁水管道上沿重镁水流动方向依次设有重镁水存储池及进料泵二；所述热解塔的碳酸镁出口通过碳酸镁管道连接过滤器的物料入口，碳酸镁管道上沿碳酸镁流动方向依次设有碳酸镁存储池及进料泵三；过滤器的脱水产物出口通过管道连接塔式复热竖窑二的物料入口；塔式复热竖窑二的CO2出口通过CO2管道三连接窑气净化装置上的CO2入口二；所述过滤器的滤液出口通过滤液管道连接消化池的消化液入口，滤液管道上沿滤液流动方向依次设有滤液存储池及进料泵四；所述消化池的消化液出口通过消化液管道连接碳化液存储池上游的碳化液管道，消化液管道上设进料泵五。
所述消化池另外设有进水口。
所述窑气净化装置设有气-气换热器，气-气换热器的余热风出口通过余热风管连接重镁水存储池的预热风入口及塔式复热竖窑二的煅烧热风入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)菱镁矿煅烧采用富氧燃烧，向碳化工序提供高浓度的CO2和高活性度的轻烧镁，生成的CO2通过窑气净化装置进行除杂和换热冷却后，直接应用在本发明所述工艺的碳化反应阶段，CO2回收利用率达85％以上，全流程减少53％的CO2排放量；
2)菱镁矿煅烧产生的余热烟气通过窑气净化装置进行余热回收，回收的余热用于预热重镁水和碳酸镁煅烧，使系统内的热量得到有效利用，减少能源的消耗，实现低碳环保的目标；
3)本发明所述工艺流程中的全部工序均在一个工厂内进行，上、下工序互相关联，衔接紧密；可以根据客户的不同需求调控产品的品质、性能，产品适用性更强。
附图说明
图1是本发明所述一种低碳循环制备高纯氧化镁的系统的结构示意图。
图2是目前采用菱镁矿煅烧法生产高纯氧化镁的工艺流程图。
图中：1.塔式复热竖窑一 2.塔式复热竖窑二 3.窑气净化装置 4.碳化塔 5.板框压滤机 6.热解塔 7.过滤器 8.消化池 9.碳化液存储池 10.重镁水存储池 11.碳酸镁存储池 12.滤液存储池 13.空压机 14.进料泵五 15.进料泵一 16.进料泵二 17.进料泵三18.进料泵四 19.余热风管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种低碳循环制备高纯氧化镁的工艺，包括如下步骤：
1)菱镁矿经过塔式复热竖窑一1煅烧后生成轻烧镁和CO2，CO2经窑气净化装置3进行除尘、换热冷却处理，处理后的CO2经空压机13进入碳化塔4内进行碳化反应；
2)步骤1)制得的轻烧镁粉碎后，进入消化池8内进行消化反应，消化温度为50～70℃，消化时间为30～60min；
3)步骤2)中经消化后的产物进入碳化塔4内，与CO2共同进行碳化反应，碳化温度为30～40℃；
4)碳化完成的溶液放入碳化液存储池9，送至板框压滤机5进行固液分离，分离出的重镁水放入重镁水存储池10；采用窑气净化装置3与CO2换热后的余热对重镁水进行预热，预热后的重镁水打入热解塔6中热解，生成悬浮状的碱式碳酸镁和CO2；
5)将碱式碳酸镁放入碳酸镁存储池11中，再经过滤器7进行脱水，脱水后的产物送入塔式复热竖窑二2内，通入窑气净化装置3与CO2换热后的余热进行煅烧，生成高纯氧化镁和CO2，CO2送入窑气净化装置3进行除尘、换热冷却处理后用于碳化反应；经过滤装置过滤后的滤液放入滤液存储池12内。
所述步骤1)中，塔式复热竖窑一1煅烧菱镁矿时采用富氧燃烧方式。
所述窑气净化装置3与CO2换热后的余热通过余热风管19收集，并送至重镁水存储池 10用于预热重镁水，以及送至塔式复热竖窑二2用于煅烧脱水后的碱式碳酸镁。
所述消化池8内的消化液为水，或者是引自滤液存储池12的废液。
一种低碳循环制备高纯氧化镁的系统，包括塔式复热竖窑一1、塔式复热竖窑二2、窑气净化装置3、碳化塔4、板框压滤机5、热解塔6、过滤器7、消化池8、碳化液存储池9、重镁水存储池10、碳酸镁存储池11及滤液存储池12；所述塔式复热竖窑一1顶部的CO2出口通过CO2管道一连接窑气净化装置3上的CO2入口一，窑气净化装置3的CO2出口通过CO2管道二连接碳化塔4的CO2入口，CO2管道二上设空压机13；所述碳化塔4的碳化液出口通过碳化液管道连接板框压滤机5的物料入口，碳化液管道上沿碳化液流动方向依次设有碳化液存储池9及进料泵一15；所述板框压滤机5的滤液出口通过重镁水管道连接热解塔6的重镁水入口，重镁水管道上沿重镁水流动方向依次设有重镁水存储池10 及进料泵二16；所述热解塔6的碳酸镁出口通过碳酸镁管道连接过滤器7的物料入口，碳酸镁管道上沿碳酸镁流动方向依次设有碳酸镁存储池11及进料泵三17；过滤器7的脱水产物出口通过管道连接塔式复热竖窑二2的物料入口；塔式复热竖窑二2的CO2出口通过CO2管道三连接窑气净化装置3上的CO2入口二；所述过滤器7的滤液出口通过滤液管道连接消化池8的消化液入口，滤液管道上沿滤液流动方向依次设有滤液存储池12及进料泵四18；所述消化池8的消化液出口通过消化液管道连接碳化液存储池9上游的碳化液管道，消化液管道上设进料泵五14。
所述消化池8另外设有进水口。
所述窑气净化装置3设有气-气换热器，气-气换热器的余热风出口通过余热风管19 连接重镁水存储池10的预热风入口及塔式复热竖窑二2的煅烧热风入口。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例中，实现低碳循环制备高纯氧化镁的工艺过程如下：
将MgO含量为40％、粒度为10～100mm的菱镁矿，氧气含量为40％的空气送入塔式复热竖窑一内进行煅烧，煅烧时间为2h，反应生成的CO2温度在600～700℃之间。
CO2经过窑气净化装置进行除尘和换热冷却处理，处理后的CO2温度在80～100℃之间，通过空压机进入碳化塔内进行碳化反应；反应生成的轻烧镁粉碎至100～120μm后，将轻烧镁粉按3％的比例加入消化池内进行消化反应，消化温度为50～60℃、消化时间为50min。
消化后生成的Mg(OH)2通过进料泵五进入碳化塔内，与CO2共同进行碳化反应。碳化完成的溶液放入碳化液存储池，再用进料泵一送至板框压滤机进行固液分离，分离后的重镁水放入重镁水存储池，用窑气净化装置回收的余热进行预热。
预热后的重镁水通过进料泵二打入热解塔中进行热解，当温度达到95℃时，分解成悬浮状的碱式碳酸镁和CO2，将碱式碳酸镁放入碳酸镁存储池中，再经进料泵三送入过滤器进行脱水。
脱水后的碱式碳酸镁送入塔式复热竖窑二内，通入窑气净化装置回收的余热进行煅烧，煅烧时间为1h，煅烧温度在900～1000℃之间。过滤器过滤后的废液放入滤液存储池内等待重新回收利用。
锻烧后生成高纯氧化镁产品和CO2，CO2送入窑气净化装置，进行除尘和换热冷却处理后用于碳化反应。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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