[发明专利]一种反应塔、使用方法和从含镁和/或钙碳酸盐矿中提取镁和/或钙的方法

说明书

本发明涉及一种反应塔、使用方法和从含镁和/或钙碳酸盐矿中提取镁和/或钙的方法。反应塔包括反应塔本体，反应塔本体内设有本体腔体；进料口、蒸汽进口、出料口和气相出口，设于反应塔本体上且与本体腔体连通；搅拌轴和间隔设于搅拌轴上的若干搅拌桨叶，设于本体腔体内；多层塔板，设于本体腔体内且竖直方向间隔设置，搅拌轴贯穿多层塔板，搅拌轴与塔板之间设有间隙；塔板上还设有降液管。本发明特殊的塔内结构设计使得物料能够按照较为理想的方式接触反应，从而高效地实现含镁和/或钙碳酸盐矿中镁和/或钙的分离，含镁和/或钙碳酸盐矿中镁和/或钙的提取率高达97％，塔顶得到的气相产物中碳铵的浓度可达55wt％。

技术领域

本发明涉及无机化工生产技术领域，具体涉及一种从含镁和/或钙碳酸盐矿中提取镁和/或钙的反应塔、使用方法和从含镁和/或钙碳酸盐矿中提取镁和/或钙的方法。

背景技术

镁化合物产品在国民经济建设中有着举足轻重的作用和地位，并且随着社会的发展，节能、环保和新材料类产品形态愈发成为大的趋势。金属镁是仅次于钢铁和铝的第三大金属材料，镁及镁合金更是凭借其优异的各项性能被成为21世纪绿色工程金属材料。在冶金及耐火材料、橡胶工业和石化等领域中氧化镁有着非常广泛的应用，而以氢氧化镁为代表的无机阻燃剂取代原有的卤素类产品，正在成为一个高速发展的产品品类。

我国的镁资源储量位居世界第一位，但由于历史原因及相对落后的技术水平使得国内对于镁资源的利用显得有些低效、浪费，大量镁资源以低价的矿产或低阶镁盐产品的形式出口，经发达国家进一步加工后又以高附加值的镁盐产品进口回来。

我国生产镁化合物的原料主要有固体矿物和液体矿两种。液体矿以海水、地下卤水、盐湖卤水为主。固体矿则以菱镁矿、白云石矿、水镁石矿为主。针对固体矿镁资源特别是以菱镁矿和白云石矿为代表的碳酸盐类矿石，为获得其中的镁，第一步便是通过煅烧的方式将碳酸镁分解成氧化镁，然后依据不同的产品方向进行不同的工艺处理。煅烧镁盐矿石比较常见的设备有立窑、普通回转窑、隧道窑和沸腾炉等，随着技术的进步又出现了节能型回转窑和套筒窑。随着规模的扩大与降低成本的需求，回转窑成为了主要的煅烧设备。

含镁碳酸盐矿石的分解都需要较高的温度，如菱镁矿在640℃左右开始分解，完全分解则需约900℃，为得到不同的产品类型，煅烧温度更是达到近2000℃。白云石由于含有碳酸钙，相应煅烧温度较菱镁矿会更高，工业上常规的煅烧温度在1100～1250℃，这样对于煅烧设备本身的性能也提出了很高的要求，所以，从矿石中通过煅烧提取镁是一个高能耗的过程。另外，矿石中其它各类杂质如氧化钙、氧化硅、氧化铁、氧化铝、锰等在煅烧过程中易被带入产品氧化镁中，不仅增加了分离提纯的难度，也影响到了产品品质。

传统的煅烧工艺煅烧温度为700-1000℃，甚至更高，生产能耗成本非常高，由于传统煅烧工艺不能选择性的分离镁，使得很多杂质也会进入镁盐产品，从而降低了镁盐产品的品位。但是随着镁盐产品的精细化和市场对更多高附加价值的镁盐产品的需求，采用固相分离难以达到产品要求，研究者们试图通过液相分离含的方式，得到高产质的镁盐产品。

专利CN105347703A介绍了一种采用铵盐溶液分解钙镁碳酸盐矿的方法，所述分解反应在串联的多级反应器或塔式反应器中进行，通过引入多级逆流串联反应釜或塔式反应器，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。但由于该方法单釜反应效率低，必须三个以上的反应釜串联才能达到工艺要求，设备投资大，工艺流程长。其次，由于该反应体系的反应温度有接近200℃，压力1.0Mpa，固液相体系，釜与釜之间很难找到合适的输送设备实现长期连续稳定的运行。

专利CN104843756A介绍了一种类似填料塔方案的液相碳酸盐矿的分解方法，该方法将一定粒径的碳酸盐矿石作为填料/反应物装填到反应塔中，然后用铵盐溶液从塔顶进入反应塔参与反应。该发明在一个反应塔内实现碳酸盐矿的分解和氨的回收同步进行。但该方法铵盐及矿石的转化率偏低，并且作为填料的矿石在反应过程中会板结成块，物料反应不彻底，运行效率低且造成卸料困难。