一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法与流程

本发明属于镁冶炼领域，尤其涉及一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法。

背景技术：

1、金属镁是目前应用最广泛的轻质结构金属，具有密度小、比强度高、阻尼减震性好、导热导电性能优良、易于回收利用等突出优点，被广泛应用于航空航天、新能源汽车、动力电池、3c电子结构件、铝合金合金化、冶金脱硫等战略性新兴产业，是支撑高端制造与轻量化发展的关键基础原材料。白云石（camg(co3)2）是自然界储量最丰富、成本最低的镁资源之一，分布广泛、易开采、易加工，是工业生产金属镁、碳酸镁、氢氧化镁等镁盐产品的最主要矿物原料。以白云石为原料制备金属镁及镁系化合物，已成为镁行业的核心技术路线。

2、目前，以白云石为原料工业化生产金属镁的技术主要分为皮江法（硅热还原法）和碳化法（湿法+火法冶金路线）。皮江法是当前占比最高的镁冶炼工艺，其核心流程为：白云石煅烧→破碎→配硅铁→压球→真空还原→结晶→精炼→金属镁。该方法工艺成熟、设备简单、建设周期短，但存在先天缺陷：（1）高温真空还原，能耗极高；（2）间歇式生产，自动化程度低、劳动强度大；（3）还原渣量大、难以高值利用，环保压力巨大；（4）单炉产量小，难以实现大型化、连续化、低碳化生产。

3、碳化法被公认为是皮江法的绿色替代方向，其典型公开流程为：白云石→煅烧→消化→碳化→重镁水（碳酸氢镁溶液）→热解→碱式碳酸镁→煅烧→氧化镁→硅热还原金属镁。但碳化法仍存在重大短板：（1）流程冗长、工序繁琐必须经过“重镁水热解→碱式碳酸镁→高温煅烧→氧化镁”的转换，设备多、投资大、占地面积大、生产周期长；（2）能耗居高不下，热解、煅烧均为高温强吸热反应，热能多次重复消耗，热利用率低；（3）镁元素损失严重、回收率偏低，多次固液分离、高温煅烧、物料转运会造成机械损失+化学损失。

4、鉴于此，有必要提供一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，以至少解决如何短流程联产得到金属镁与轻质碳酸钙的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，旨在解决如何短流程联产得到金属镁与轻质碳酸钙的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，包括步骤：

3、s1，将白云石依次进行煅烧、消化、碳化，固液分离后得钙渣和碳酸氢镁溶液；所述钙渣用于生产轻质碳酸钙产品；

4、s2，向所述碳酸氢镁溶液中加入盐酸溶液进行酸解，得氯化镁溶液；

5、s3，将所述氯化镁溶液进行脱水，得无水氯化镁；

6、s4，将所述无水氯化镁进行熔盐电解，得金属镁。

7、进一步地，盐酸溶液中盐酸和所述碳酸氢镁溶液中碳酸氢镁的摩尔比为2-3:1；盐酸在盐酸溶液中的质量浓度为18-22%。

8、进一步地，所述酸解的终点ph为4.5-5.0；所述酸解过程中产生二氧化碳，二氧化碳用于碳化；

9、所述酸解的过程包括第一阶段酸解、第二阶段酸解、第三阶段酸解；

10、所述第一阶段酸解中，所述酸解的温度为38-42℃，盐酸溶液的滴加速率为5-8ml/min，所述第一阶段酸解所用盐酸溶液占所述酸解中总盐酸溶液的28-32%；

11、所述第二阶段酸解中，所述酸解的温度为43-47℃，盐酸溶液的滴加速率为8-10ml/min，所述第二阶段酸解所用盐酸溶液占所述酸解中总盐酸溶液的38-42%；

12、所述第三阶段酸解中，所述酸解的温度为48-52℃，盐酸溶液的滴加速率为5-8ml/min，所述第三阶段酸解所用盐酸溶液为所述酸解中剩余的盐酸溶液。

13、进一步地，所述脱水的过程包括：在全程通入干燥hcl的条件下，将所述氯化镁溶液进行真空脱水，得所述无水氯化镁；hcl的体积分数为5-8%；所述无水氯化镁中，mgcl2含量≥99.0%，mgo含量≤0.3%。

14、进一步地，所述真空脱水包括依次进行的第一段脱水和第二段脱水；

15、所述第一段脱水的温度80-120℃，真空度为-0.06~-0.08mpa，时间为1-2h；

16、所述第二段脱水的温度为130-160℃，真空度为-0.07~-0.09mpa，时间为2-3h。

17、进一步地，所述熔盐电解采用的电解温度为680-720℃；

18、所述熔盐电解采用的阴极电流密度为0.5-1.0a/cm2；

19、所述熔盐电解采用的极距为5-8cm；

20、所述熔盐电解采用的槽压为5.0-6.5v；

21、所述熔盐电解采用的三元电解质为licl-nacl-cacl2，所述无水氯化镁和所述三元电解质的质量比为1:2.5-3.5。

22、进一步地，在所述熔盐电解的过程中，收集生成的氯气和氢气；使氯气与氢气反应生成hcl后用于所述酸解和/或所述脱水。

23、进一步地，所述轻质碳酸钙产品的制备过程包括：将所述钙渣依次进行洗涤、过滤、烘干、粉碎，得所述轻质碳酸钙产品。

24、进一步地，所述煅烧包括：将白云石粉体进行流态化煅烧，得煅白；所述煅烧过程产生二氧化碳，二氧化碳用于碳化；

25、在所述流态化煅烧的过程中，底部布风区的温度为650-700℃，中部反应区的温度为850-920℃，上部冷却区的温度为600-650℃，白云石粉体在底部布风区的停留时间为4-6min，在中部反应区的停留时间为25-30min，在上部冷却区的停留时间为6-8min；

26、所述消化包括：将所述煅白和水进行混合，得镁钙乳浊液；水和所述煅白的质量比为4-6:1，混合的转速为150-200r/min，所述消化的温度为55-65℃，所述消化的时间为30-60min。

27、进一步地，所述碳化包括：向所述镁钙乳浊液中通入二氧化碳气体；终点ph为ph=7.8-8.5；在达到终点ph后停止通气；所述碳化的温度为30-40℃，所述碳化过程中的搅拌转速为150-200r/min。

28、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

29、本发明能够短流程联产得到金属镁与轻质碳酸钙；本发明通过煅烧-消化-碳化-分离-酸解-脱水-熔盐电解的连续化工艺，并采用流态化煅烧与碳化联动、温和酸解加控温控酸，跳过传统热解、碱式碳酸镁煅烧等工序，直接由碳酸氢镁溶液制备高纯氯化镁并电解得到金属镁，同时联产高纯度轻质碳酸钙。

30、本发明属于耦合式短流程、参数联动匹配的炼镁新工艺，且煅烧和酸解过程中产生的二氧化碳可用于碳化环节，熔盐电解产生的氯气和氢气反应后可用于酸解和脱水的环节。本发明中在调整工艺流程的基础上，还使得流态化煅烧参数与碳化ph=7.8-8.5窄窗口联动，碳酸氢镁直接酸解与hcl气氛分段脱水协同控杂，突破了现有技术单元独立、无协同、资源利用率低的核心瓶颈，实现了短流程、低能耗、高纯度、高收率、全资源利用的协同突破。

1.一种白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，盐酸溶液中盐酸和所述碳酸氢镁溶液中碳酸氢镁的摩尔比为2-3:1；盐酸在盐酸溶液中的质量浓度为18-22%。

3.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述酸解的终点ph为4.5-5.0；所述酸解过程中产生二氧化碳，二氧化碳用于碳化；

4.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述脱水的过程包括：在全程通入干燥hcl的条件下，将所述氯化镁溶液进行真空脱水，得所述无水氯化镁；hcl的体积分数为5-8%；所述无水氯化镁中，mgcl2含量≥99.0%，mgo含量≤0.3%。

5.根据权利要求4所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述真空脱水包括依次进行的第一段脱水和第二段脱水；

6.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述熔盐电解采用的电解温度为680-720℃；

7.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，在所述熔盐电解的过程中，收集生成的氯气和氢气；使氯气与氢气反应生成hcl后用于所述酸解和/或所述脱水。

8.根据权利要求1所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述轻质碳酸钙产品的制备过程包括：将所述钙渣依次进行洗涤、过滤、烘干、粉碎，得所述轻质碳酸钙产品。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述煅烧包括：将白云石粉体进行流态化煅烧，得煅白；所述煅烧过程产生二氧化碳，二氧化碳用于碳化；

10.根据权利要求9所述的白云石短流程联产金属镁与轻质碳酸钙的方法，其特征在于，所述碳化包括：向所述镁钙乳浊液中通入二氧化碳气体；终点ph为ph=7.8-8.5；在达到终点ph后停止通气；所述碳化的温度为30-40℃，所述碳化过程中的搅拌转速为150-200r/min。