硫酸镁废水钙镁资源回收制备硫酸钙和氢氧化镁的工艺研究
2019-12-14范庆忠唐东梅郭小龙
范庆忠，唐东梅，郭小龙
（甘肃稀土新材料股份有限公司，甘肃 白银 730922）
硫酸钙是一种白色单斜结晶或结晶性粉末。无气味，有吸湿性。128℃失去1分子结晶水，163℃全部失水。溶于酸、硫代硫酸钠和铵盐溶液，溶于400份水，在热水中溶解较少，极慢溶于甘油，不溶于乙醇和多数有机溶剂。相对密度2.32。有刺激性。通常含有2个结晶水，自然界中以石膏矿形式存在[1]。
氢氧化镁是镁的氢氧化物，为白色晶体或粉末，难溶于水，广泛用作阻燃剂、抗酸剂和胃酸中和剂。别名苛性镁石，轻烧镁砂等，氢氧化镁在水中的悬浊液称为氢氧化镁乳剂，简称镁乳。氢氧化镁，难溶于水和醇，溶于稀酸和铵盐溶液，水溶液呈弱碱性。在水中的溶解度很小，但溶于水的部分完全电离。饱和水溶液的浓度为1.9mg/L(18℃)。加热到350℃失去水生成氧化镁。
本工艺选用硫酸镁废水为原料，氢氧化钙为中和剂，生产成本较低，工艺简单，易实现工业生产[2]。
1 实验
1.1 试剂、仪器和分析方法
1.1.1 材料
硫酸镁废水：甘肃稀土新材料股份有限公司萃取线产出，约33g/L。
氢氧化钙：工业级。
1.1.2 仪器
电动搅拌器：76-SA型。
聚四氟乙烯搅拌桨：10000型。
PH试纸：0.5～5.0，5.5～9.0，1～14。
烧杯：2L，100mL。
量筒：1L。
1.1.3 分析方法
原子吸收法：CaO、MgO纯度
1.2 工艺流程
图1为硫酸镁废水制备硫酸钙和氢氧化镁工艺流程。
图1 硫酸镁废水制备硫酸钙和氢氧化镁工艺流程
1.3 实验方法
选用甘肃稀土新材料股份有限公司（以下简称稀土公司）硫酸镁废水，采用三步法中和，第一步加入一定量的氢氧化钙中和至pH：1.5～2.5，过滤，获得高纯硫酸钙和硫酸镁滤液一；第二步向硫酸镁滤液一中加入一定量的氢氧化钙，中和至pH：3.0～9.5，获得含杂质的硫酸钙和硫酸镁滤液二，含杂质的硫酸钙可通过水剥法制备高纯硫酸钙；第三步向硫酸镁滤液二中加入一定量的氢氧化钙，中和至pH：10.0～11.0，获得含硫酸钙的氢氧化镁，若含硫酸钙的氢氧化镁产物中的氢氧化镁纯度在80%以上的话，可以直接用于稀土公司萃取线皂化[3]。
1.4 质量标准
表1 建筑石膏化学成分 单位：%
表2 萃取线用氢氧化镁化学成分 单位：%
2 实验结果分析
2.1 第一步中和法制备高纯硫酸钙
采用稀土公司硫酸镁废水，以氢氧化钙为中和剂，中和至pH：1.5～2.5，过滤，获得高纯硫酸钙和硫酸镁滤液一。实验结果见表3。
表3 第一步中和
由表3可知，采用氢氧化钙为中和剂，中和至pH=2时，制备的硫酸钙能达到建筑石膏指标要求。
2.2 第二步中和法制备高纯硫酸钙
2.2.1 第二步中和法制备含杂质的硫酸钙
采用硫酸镁滤液一，以氢氧化钙为中和剂，中和至pH：3.0～9.5，过滤，获得含杂质的硫酸钙和硫酸镁滤液二。实验结果见表4。
表4 第二步中和
由表4可知，采用氢氧化钙为中和剂，中和至pH=7时，制备的硫酸钙较好，但还未达到建筑石膏指标要求[4-6]。
2.2.2 水剥法制备高纯的硫酸钙
第二步中和法制备的含杂质的硫酸钙经过水剥法得到高纯的无镁硫酸钙。每次水剥搅拌10min,静止分层8min。实验结果见表5。
表5 水剥法
由表5可知，采用水剥法，水剥3次以上时，制备的的硫酸钙品质相对最好。
2.3 第三步中和法制备含硫酸钙的氢氧化镁
采用硫酸镁滤液二，以氢氧化钙为中和剂，中和至pH：10.0～12.0，过滤，获得含硫酸钙的氢氧化镁。实验结果见表6。
表6 第三步中和
由表6可知，采用氢氧化钙为中和剂，中和至pH=11时，制备的硫酸钙能达到萃取线用氢氧化镁指标要求。
3 结论
制备硫酸钙和氢氧化镁最佳工艺技术条件：硫酸镁废水浓度33g/l；氢氧化钙固体粉末；三步法中和，第一步中和至pH=2，第二步中和至pH=7和水剥3次，第三步中和至pH=11。
