具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的第一个方面，提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：

（a）提供含钙轻烧粉经过浸出剂浸钙处理形成的轻烧粉浸钙废水；

（b）将轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液与含CO₂废气在喷射器内混合，脱钙，得到脱钙浆料；

将脱钙浆料进行固液分离，得到脱钙后液；其中，所述脱钙后液包括低盐脱钙后液和高盐脱钙后液；

（c）将脱钙后液经过任选的浓缩处理后，作为含钙轻烧粉的浸出剂和/或含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水进行回用。

具体的，步骤（a）中，采用浸出剂对含钙轻烧粉进行浸钙反应，生成含镁沉淀物（氢氧化镁）和钙盐。以浸出剂采用氯化镁浸出剂为例，浸钙反应所涉及的化学反应如下：

Ca(OH)₂ + MgCl₂ = Mg(OH)₂↓ + CaCl₂

故轻烧粉浸钙废水中主要含有一定浓度的钙离子、镁离子和氯离子。

步骤（b）中，采用含CO₂废气作为沉淀剂对轻烧粉浸钙废水进行脱钙。含CO₂废气主要来自于制备高纯氧化镁工序（例如镁矿煅烧、氢氧化镁煅烧）中产生的含CO₂的废气。需要说明的是，含CO₂废气中除了含有CO₂，还含有其他气体（N₂、O₂和水蒸汽），其他气体对于脱钙过程无不利影响。采用含CO₂废气作为沉淀剂可实现废气的有效利用，同时还能降低生产成本。

采用含钙轻烧粉（主要成分包括氧化镁）作为中和剂以中和脱钙过程中形成的氢离子。采用含钙轻烧粉在不引入其他金属元素的同时，还能有效中和脱钙过程中形成的氢离子，促进反应的进行。步骤（b）脱钙所涉及的化学反应如下：

CaCl₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃↓ + 2HCl

MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O

轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液与含CO₂废气在喷射器内混合，采用喷射器可实现混合液与含CO₂废气的充分混合，提升脱钙效率。

脱钙结束后，将脱钙浆料进行固液分离，得到脱钙后液。固液分离的方式不作限定，可采用本领域常用的分离方式。

步骤（c）中，“任选的浓缩处理”是指脱钙后液可以进行浓缩处理，也可以不进行。浓缩处理进行与否主要根据脱钙后液中氯含量的多少或者高低而定。

当脱钙后液中氯含量较高时，可将脱钙后液直接作为含钙轻烧粉的浸出剂进行回用。当脱钙后液中氯含量较低时，可将脱钙后液进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水。含盐浓水中由于氯含量较高，故可返回至高纯氧化镁制备工序中含钙轻烧粉的浸出剂回用。虽然含盐淡水中氯含量较低，但不满足直接排放标准，可将其作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用。故脱钙后液不论是否进行浓缩处理，均能进行循环再利用，实现废水的零排放。

本发明提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，先将轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液与含CO₂废气在喷射器内混合后脱钙，然后将得到的脱钙浆料进行固液分离，得到脱钙后液，脱钙后液再经任选的浓缩处理后，作为含钙轻烧粉的浸出剂和/或含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水进行回用；其中，通过利用含CO₂废气和含钙轻烧粉分别作为轻烧粉浸钙废水脱钙过程中的沉淀剂和中和剂，实现轻烧粉浸钙废水的脱钙，且采用喷射器实现混合液与含CO₂废气的充分混合，可提高脱钙效率；同时，通过对脱钙后液的处理，实现了轻烧粉浸钙废水的循环利用，废水零排放，使得碳排放和除钙成本均得到了有效降低。

另外，该轻烧粉浸钙废水循环利用方法操作简单，工艺稳定，可适用于工业规模化生产。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（a）中，含钙轻烧粉经镁矿煅烧制得，镁矿包括菱镁矿和/或白云石矿。

此处的“和/或”是指镁矿可以只包括菱镁矿，也可以只包括白云石矿，亦或同时包括菱镁矿和白云石矿。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（a）中，浸出剂包括氯化镁浸出剂和/或卤水浸出剂。

此处的“和/或”是指浸出剂可以只包括氯化镁浸出剂，也可以只包括卤水浸出剂，亦或同时包括氯化镁浸出剂和卤水浸出剂。

需要说明的是，待轻烧粉浸钙废水经过本发明的循环利用方法处理后，浸出剂也可以包括脱钙后液经过任选的浓缩处理后进行回用的物质。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（a）中，轻烧粉浸钙废水中钙含量为2-16g/L，镁含量为0.3-5.0g/L，氯含量为5-45g/L。

轻烧粉浸钙废水中典型但非限制性的钙含量为2.0g/L、2.5g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、8.0g/L、10.0g/L、12.0g/L、14.0g/L、15.0g/L或16.0g/L；典型但非限制性的镁含量为0.3g/L、0.5g/L、1.0g/L、1.0g/L、2.0g/L、2.5g/L、3.0g/L、4.0g/L或5.0g/L。典型但非限制性的氯含量为5.0g/L、6.0g/L、8.0g/L、10.0g/L、15.0g/L、20.0g/L、25.0g/L、30.0g/L、35.0g/L、40.0g/L或45.0g/L。

通过对轻烧粉浸钙废水中钙含量、镁含量和氯含量的进一步限定，使得含钙轻烧粉中的钙被充分浸出。

将轻烧粉浸钙废水中加入含钙轻烧粉和含CO₂废气进行脱钙处理。作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，含钙轻烧粉中钙的质量为轻烧粉浸钙废水中钙的质量的0.5-3倍。

含钙轻烧粉的加入量以钙的质量进行计算。含钙轻烧粉中钙的质量为轻烧粉浸钙废水中钙的质量典型但非限制性的倍数为0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.0倍、2.5倍或3.0倍。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，含CO₂废气包括镁矿在煅烧过程中产生的废气和/或含钙轻烧粉经过浸出剂处理形成的氢氧化镁在煅烧过程中产生的废气。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，含CO₂废气中CO₂的体积分数为1-30%。

含CO₂废气中CO₂的体积分数典型但非限制性的为1%、2%、5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%、22%、25%、28%或30%。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，含CO₂废气的流量按照式（1）进行计算：

Q =(m_Ca×0.56×n)/(V×t) （1）

其中，Q为含CO₂废气的流量，单位为立方米每小时（m³/h）；m_Ca为混合液中钙的质量，单位为千克（kg）；n为倍数，为8-100；V为含CO₂废气中CO₂的体积分数（%）；t为时间，单位为小时（h）。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，脱钙的时间为2-15h，脱钙的温度为20-50℃。

典型但非限制性脱钙的时间为2h、3h、4h、5h、6h、8h、10h、12h、13h、14h或15h。典型但非限制性脱钙的温度为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃。

作为本发明的一种可选实施方式，脱钙pH值为7.0-8.5。典型但非限制性脱钙的pH值为7.0、7.5、8.0或8.5。

脱钙的pH值影响脱钙率，故需要控制在特定的范围内。若pH值过高（高于8.5），则中和剂（含钙轻烧粉）的消耗量较高，钙脱除不完全，若pH值过低（低于7.0），则容易导致钙的反溶。

通过对脱钙的时间、温度以及pH值的进一步限定，使得混合液中的钙得到稳定和有效的脱除。

对进行脱钙的设备不作具体限定。作为本发明的一种可选实施方式，脱钙的装置包括脱钙搅拌槽1、循环泵2和喷射器3，具体结构见图2；

脱钙搅拌槽1的槽顶上设有进料孔11、第一进液孔12、第二进液孔13和排气孔14，槽底设有排料孔15，进料孔11用于向脱钙搅拌槽1中加入含钙轻烧粉，第一进液孔12用于向脱钙搅拌槽1中加入轻烧粉浸钙废水，第二进液孔13用于实现喷射器3与脱钙搅拌槽1的连通，排气孔14用于排出脱钙搅拌槽1脱钙后的废气，排料孔15用于实现循环泵2与脱钙搅拌槽1的连通，脱钙搅拌槽1内还设有折流板。

循环泵2设置于脱钙搅拌槽1的外部，循环泵2的一端通过排料孔15与脱钙搅拌槽1连通，另一端通过管道与喷射器3连通。在循环泵2与喷射器3连接的管道上设置有用于调节液体流量的第一阀门21。

喷射器3设置于脱钙搅拌槽1的槽顶，并通过第二进液孔13与脱钙搅拌槽1连通，喷射器3还与用于输送含CO₂废气的进气管道4连通，进气管道4上设置有第二阀门41，用于调节含CO₂废气的流量。

采用上述设备进行脱钙的工艺流程为：通过第一进液孔12向脱钙搅拌槽1内加入轻烧粉浸钙废水，通过进料孔11向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉，轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉在脱钙搅拌槽1内混合后形成混合液，混合液通过排料孔15进入循环泵2，并通过循环泵2泵入到喷射器3的入口处，利用喷射器3的抽负压功能将进气管道4中的含CO₂废气吸入喷射器3内与混合液充分混合，然后再通过第二进液孔13进入脱钙搅拌槽1内进行脱钙处理。

经过脱钙处理后，轻烧粉浸钙废水中的钙可有效被脱除。作为本发明的一种可选实施方式，步骤（b）中，脱钙后液中的钙含量≤0.3g/L，镁含量为2-14 g/L，氯含量为2-45g/L。

脱钙后液中典型但非限制性的钙含量为0.05g/L、0.1g/L、0.15g/L、0.2g/L、0.25g/L或0.3g/L；典型但非限制性的镁含量为2.0g/L、2.5g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、8.0g/L、10.0g/L、12.0g/L或14.0g/L；典型但非限制性的氯含量为2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、6.0g/L、8.0g/L、10.0g/L、15.0g/L、20.0g/L、25.0g/L、30.0g/L、35.0g/L、40.0g/L或45.0g/L。

脱钙后液中氯含量的不同，直接影响其后续应用。作为本发明的一种可选实施方式，步骤（c）中，当脱钙后液中的氯含量小于20 g/L，例如为0.5g/L、1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L、5.0g/L、8.0g/L、10g/L、15g/L、18g/L、19g/L或19.9g/L时，将脱钙后液进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水；含盐浓水作为含钙轻烧粉的浸出剂回用，含盐淡水作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用；

或，当脱钙后液中的氯含量为20-45g/L，例如为20.0g/L、25.0g/L、30.0g/L、35.0g/L、40.0g/L或45.0g/L时，将脱钙后液作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

作为本发明的一种可选实施方式，将低盐脱钙后液进行浓缩处理。作为本发明的一种可选实施方式，步骤（c）中，采用反渗透膜进行浓缩处理。

对脱钙后液采用反渗透膜进行处理，可有效实现低盐脱钙后液中氯化镁含量的提浓。

经过浓缩处理的含盐淡水中含有较低的盐含量。作为本发明的一种可选实施方式，步骤（c）中，含盐淡水中氯离子含量≤2 g/L，钙含量≤0.2 g/L，镁含量≤0.7 g/L。

根据本发明的第二个方面，还提供了轻烧粉浸钙废水循环利用方法在氧化镁制备领域的应用。

鉴于上述轻烧粉浸钙废水循环利用方法所具有的优势，使得其在氧化镁制备领域有良好的应用。

下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，包括以下步骤：

（a）提供含钙轻烧粉经过氯化镁浸出剂处理形成的轻烧粉浸钙废水；

其中，含钙轻烧粉经甘肃某菱镁矿煅烧制得，轻烧粉浸钙废水的主要元素组成如表1所示：

表1

（b）将轻烧粉浸钙废水10m³泵入脱钙搅拌槽内，向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉230kg，开启脱钙搅拌槽的搅拌装置和循环泵，使轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液通过循环泵泵入至喷射器内，并与流量为1700m³/h的含CO₂废气在喷射器内混合后，进入脱钙搅拌槽内脱钙，脱钙的时间4h，温度为35℃，脱钙的pH值为7.5，得到脱钙浆料；其中，含CO₂废气来源于菱镁矿煅烧并经过除尘降温处理，含CO₂废气中CO₂的体积分数为15%；

将脱钙浆料进行固液分离，具体采用浓密机浓缩，底流采用卧式压滤机过滤、洗涤，得到脱钙后液；

（c）经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为23kg；脱钙后液中钙含量为0.15g/L，镁含量为11.12 g/L，氯含量为33.11g/L，由于氯含量较高，将其作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

实施例2

本实施例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，包括以下步骤：

（a）提供含钙轻烧粉经过氯化镁浸出剂处理形成的轻烧粉浸钙废水；

其中，含钙轻烧粉经辽宁某菱镁矿煅烧制得，轻烧粉浸钙废水的主要元素组成如表2所示：

表2

（b）将轻烧粉浸钙废水10m³泵入脱钙搅拌槽内，向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉49kg，开启脱钙搅拌槽的搅拌装置和循环泵，使轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液通过循环泵泵入至喷射器内，并与流量为2300m³/h的含CO₂废气在喷射器内混合后，进入脱钙搅拌槽脱钙，脱钙的时间6h，温度为30℃，脱钙的pH值为8.0，得到脱钙浆料；其中，含CO₂废气来源于菱镁矿煅烧并经过除尘降温处理，含CO₂废气中CO₂的体积分数为5%；

将脱钙浆料进行固液分离，具体采用浓密机浓缩，底流采用真空胶带过滤机过滤、洗涤，得到脱钙后液；

（c）经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为4.9kg；该脱钙后液中钙含量为0.05g/L，镁含量为1.78g/L，氯含量为5.33g/L，由于氯含量较低，故将脱钙后液泵入反渗透系统通过反渗透膜（大通量型高浓度苦咸水淡化膜）进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水；

含盐淡水中氯离子含量为0.11g/L，钙含量为0.0011g/L，镁含量为0.038g/L，作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用；含盐浓水中氯离子含量为17.50g/L，钙含量为0.16g/L，镁含量为5.84g/L，可作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

实施例3

本实施例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，包括以下步骤：

（a）提供含钙轻烧粉经过卤水浸出剂处理形成的轻烧粉浸钙废水；

其中，含钙轻烧粉经河北某白云石矿煅烧制得，轻烧粉浸钙废水的主要元素组成如表3所示：

表3

（b）将轻烧粉浸钙废水10m³泵入脱钙搅拌槽内，向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉130kg，开启脱钙搅拌槽的搅拌装置和循环泵，使轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液通过循环泵泵入至喷射器内，并与流量为1065m³/h的含CO₂废气在喷射器内混合后，进入脱钙搅拌槽脱钙，脱钙的时间5h，温度为40℃，脱钙的pH值为7.8，得到脱钙浆料；其中，含CO₂废气来源于白云石矿煅烧并经过除尘降温处理，含CO₂废气中CO₂的体积分数为12%；

将脱钙浆料进行固液分离，具体采用浓密机浓缩，底流采用立式压滤机过滤、洗涤，得到脱钙后液；

（c）经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为13kg；该脱钙后液中钙含量为0.10g/L，镁含量为5.80g/L，氯含量为17.16g/L，由于氯含量较低，故将脱钙后液泵入反渗透系统通过反渗透膜进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水；

含盐淡水中氯离子含量为0.49g/L，钙含量为0.003g/L，镁含量为0.17g/L，作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用；含盐浓水中氯离子含量为56.06g/L，钙含量为0.33g/L，镁含量为18.95g/L，可作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

实施例4

本实施例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，除了步骤（b）中含钙轻烧粉为380kg，脱钙的pH值为9.0，其余步骤（a）和步骤（b）与实施例1相同。

步骤（c）：经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为38kg；该脱钙后液中钙含量为0.14g/L，镁含量为12.54 g/L，氯含量为33.09g/L，由于氯含量较高，将其作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

实施例5

本实施例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，除了步骤（b）中含钙轻烧粉为69 kg，脱钙的pH值为9.0，其余步骤（a）和步骤（b）与实施例2相同。

步骤（c）：经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为6.9kg；该脱钙后液中钙含量为0.04g/L，镁含量为1.85g/L，氯含量为5.30g/L，由于氯含量较低，故将脱钙后液泵入反渗透系统通过反渗透膜（大通量型高浓度苦咸水淡化膜）进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水；

含盐淡水中氯离子含量为0.11 g/L，钙含量为0.001 g/L，镁含量为0.04 g/L，作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用；含盐浓水中氯离子含量为17.4 g/L，钙含量为0.13 g/L，镁含量为6.07 g/L，可作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

以上实施例1-实施例5中所采用的脱钙的装置，包括脱钙搅拌槽1、循环泵2和喷射器3，具体结构见图2；

脱钙搅拌槽1的槽顶上设有进料孔11、第一进液孔12、第二进液孔13和排气孔14，槽底设有排料孔15，进料孔11用于向脱钙搅拌槽1中加入含钙轻烧粉，第一进液孔12用于向脱钙搅拌槽1中加入轻烧粉浸钙废水，第二进液孔13用于实现喷射器3与脱钙搅拌槽1的连通，排气孔14用于排出脱钙搅拌槽1的脱钙后的废气，排料孔15用于实现循环泵2与脱钙搅拌槽1的连通，脱钙搅拌槽1内还设有折流板。

循环泵2设置于脱钙搅拌槽1的外部，循环泵2的一端通过排料孔15与脱钙搅拌槽1连通，另一端通过管道与喷射器3连通。在循环泵2与喷射器3连接的管道上设置有用于调节液体流量的第一阀门21。

喷射器3设置于脱钙搅拌槽1的槽顶，并通过第二进液孔13与脱钙搅拌槽1连通，喷射器3还与用于输送含CO₂废气的进气管道4连通，进气管道4上设置有第二阀门41，用于调节含CO₂废气的流量。

对比例1

本对比例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，除了步骤（b）中将轻烧粉浸钙废水10m³泵入脱钙搅拌槽内，向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉230kg，开启脱钙搅拌槽的搅拌装置，并以流量为1700m³/h的含CO₂废气通入搅拌槽内进行脱钙（即轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液与含CO₂废气未在喷射器内进行混合），其余步骤（a）和步骤（b）与实施例1相同。

步骤（c）：经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为23kg；脱钙后液中钙含量为4.60g/L，镁含量为8.45g/L，氯含量为33.14g/L，由于钙含量较高，没有完全脱除，不能作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

对比例2

本对比例提供了一种轻烧粉浸钙废水循环利用方法，除了步骤（b）中将轻烧粉浸钙废水10m³泵入脱钙搅拌槽内，向脱钙搅拌槽内加入含钙轻烧粉130kg，开启脱钙搅拌槽的搅拌装置，并以流量为1065m³/h的含CO₂废气通入脱钙搅拌槽内进行脱钙（即轻烧粉浸钙废水和含钙轻烧粉形成的混合液与含CO₂废气未在喷射器内进行混合），其余步骤（a）和步骤（b）与实施例3相同。

步骤（c）：经检测，每m³轻烧粉浸钙废水所消耗的含钙轻烧粉（中和剂）的用量为13kg；该脱钙后液中钙含量为2.35g/L，镁含量为4.41g/L，氯含量为17.21g/L，由于氯含量较低，故将脱钙后液泵入反渗透系统通过反渗透膜进行浓缩处理，得到含盐浓水和含盐淡水；

含盐淡水中氯离子含量为0.49 g/L，钙含量为0.07 g/L，镁含量为0.13 g/L，作为含钙轻烧粉浸钙处理后固液分离的洗水回用；含盐浓水中氯离子含量为56.22 g/L，钙含量为7.68 g/L，镁含量为14.41 g/L，含盐浓水中钙含量较高，不能作为含钙轻烧粉的浸出剂回用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。