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以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统

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1.本实用新型属于海水能源利用技术领域,尤其涉及一种以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统。


背景技术:

2.海水是无机盐的宝库,通常海水含有无机盐量达35

,主要是nacl、mgcl2、mgso4、caso4、k2so4、caco3、mgbr等,每千克海水中按元素计,cl:18980mg/kg,na:10561mg/kg,mg:1272mg/kg,s:884mg/kg,ca:400mg/kg
……
。随着人类生活水平的提高,国民经济发展,气候变暖,对淡水的需求量越来越大,供不应求,为了满足人类生活、经济发展的需求,全球沿海、岛屿国家和地区,均从海水提取淡水,海水淡化技术发展很快。目前利用膜技术提取淡水率达到65%,其浓液中无机盐含量提高1倍以上。从海水中直接回收无机盐因含量低,需要采用热法回收,从而能量消耗较大;现在世界各国均利用太阳能在沿海利用太阳晒盐法回收nacl、mgcl2,沿海海滩设立盐场等,占地面积大,通过盐卤再回收其他无机盐。


技术实现要素:

3.本实用新型的目的是提供一种以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统,旨在解决现有技术中海滩盐场晒盐占地面积大,多种无机盐需要分批回收,回收效率低下的技术问题。
4.为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案是:
5.一种以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统,包括石灰消化装置、溶碱装置、沉镁装置、沉钙装置及用于储存海水淡化装置浓液的浓液储池,所述石灰消化装置的顶部设有石灰进口、下部设有石灰乳出口,所述沉镁装置的顶部设有石灰乳进口及与浓液储池相连的浓液进口,所述沉镁装置的上部清液出口分别与石灰消化装置及沉钙装置相连,所述沉镁装置的底部悬浊液出口与固液分离装置ⅰ相连,所述固液分离装置ⅰ的氢氧化镁滤饼经干燥后得到氢氧化镁产品;
6.所述溶碱装置的顶部设有氢氧化钠进口、下部设有氢氧化钠溶液出口,所述沉钙装置的顶部设有混合滤液进口及氢氧化钠溶液进口,所述混合滤液进口与沉镁装置的上部清液出口相连,所述氢氧化钠溶液进口与溶碱装置的氢氧化钠溶液出口相连,所述沉钙装置的上部清液出口分别连通溶碱装置及晒盐场,分别用于溶解氢氧化钠及回收氯化钠;所述沉钙装置的底部悬浊液出口与固液分离装置ⅱ相连,所述固液分离装置ⅱ的氢氧化钙滤饼经打浆调浓后依次进入碳化装置及过滤装置得到高纯碳酸钙产品。
7.优选的,还包括石灰储仓和烧碱储仓,所述石灰储仓通过计量输送装置与石灰消化装置的石灰进口相连,所述石灰消化装置的石灰乳出口连通石灰乳储槽;所述烧碱储仓通过计量输送装置与溶碱装置的氢氧化钠进口相连。
8.优选的,所述石灰消化装置的内部设有搅拌器,所述石灰消化装置的浆液出口与筛选机相连,所述筛选机的筛网为100目,用于筛除大于100目的石灰渣;所述筛选机的料液
出口与旋液分离器相连,用于分离小于100目的细渣。
9.优选的,所述旋液分离器的料液出口与储浆池相连,所述储浆池的出口与沉镁装置的进料口相连。
10.优选的,所述固液分离装置ⅰ及固液分离装置ⅱ均采用压滤机。
11.优选的,所述沉镁装置及沉钙装置的结构相同,内部均设有搅拌器;所述沉镁装置的石灰乳进口及浓液进口分别设有流量计;所述沉钙装置的氢氧化钠溶液进口设有流量计。
12.优选的,所述固液分离装置ⅱ的氢氧化钙滤饼依次进入打浆机及过滤器,用于对氢氧化钙滤饼打浆、洗涤、过滤。
13.优选的,所述碳化装置与二氧化碳管路相连,所述二氧化碳管路上设有流量计,所述碳化装置为鼓泡碳化塔、喷雾碳化塔、搅拌式碳化塔或干法改性混合机,所述鼓泡碳化塔用于生产轻质碳酸钙,所述喷雾碳化塔或搅拌式碳化塔用于生产超细碳酸钙的,所述干法改性混合机用于生产活性高纯碳酸钙。
14.采用上述技术方案所产生的有益效果在于:与现有技术相比,本实用新型通过利用海水淡化装置产生的浓液与石灰乳在沉镁装置中反应生成氢氧化镁沉淀,经固液分离、干燥得到氢氧化镁产品,上部清液再与氢氧化钠溶液在沉钙装置中反应生成氢氧化钙沉淀,经固液分离后再与二氧化碳在碳化装置中反应生成高纯碳酸钙产品。利用本实用新型能够从海水淡化浓液中提取镁、钙产品,可以实现工业化生产,减少了海水淡化浓液排回大海的数量,降低近海水质化学成分变化及对海生动植物生存造成的影响,使海水淡化的环境保护也得到解决。本实用新型以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙、副产氢氧化镁、经晒盐处理回收nacl海盐,经济效益、环境效益均很显著。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例提供的一种以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统流程示意图;
16.图2是实施例1中以海水淡化浓液为原料生产50kt/a高纯碳酸钙的物料平衡图;
17.图3是实施例2中以海水淡化浓液为原料生产20.0kt/a活性高纯碳酸钙的物料平衡图。
具体实施方式
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
19.随着海水淡化技术发展,海水淡化过程中产生的浓液中含量高的元素,如镁、钙等元素,浓液可将其含盐比例提高1~2倍,这就为采用化工技术提取mg、ca等产品提供了方便条件。本实用新型采用石灰乳沉镁工艺,可以回收镁产品,同时浓液中等摩尔增加了钙元素,提高钙浓度为制取钙产品提供了原料条件。以氢氧化钠沉钙、过滤、洗涤、调浓、以纯co2进行碳化工艺制取高纯碳酸钙产品,再过滤、干燥、分级、包装。
20.经检测,海水淡化装置的浓液中含氯化镁浓度在10kg/t~15kg/t范围内、氯化钙浓度在2.0kg/t~3.0kg/t范围内。本实用新型利用海水淡化装置的浓液中mgcl2、cacl2分别同石灰乳(ca(oh)2)进行沉镁反应,反应方程式如下:
21.消化反应:cao + h2o
ꢀ→
ca(oh)222.沉镁反应:mgcl
2 + ca(oh)2→ꢀ
mg(oh)2↓ꢀ
+ cacl223.沉钙反应:cacl
2 + 2naoh
ꢀ→ꢀ
ca(oh)2↓ꢀ
+ 2nacl
24.碳化反应:ca(oh)
2 + co2→ꢀ
caco
3 + h2o
25.如图1所示,本实用新型提供的一种以海水淡化浓液为原料制取高纯碳酸钙的系统,包括如下设备:
26.(1)原料及辅助原料储存池及仓
27.a. 浓液储池:海水淡化装置排出浓液储存于浓液储池内缓存,提供镁、钙原料;
28.b.石灰储仓:外购石灰储存仓,存放沉镁剂辅助原料;
29.c. 烧碱仓:外购烧碱储存仓,存放沉钙剂辅助原料。
30.(2)石灰消化装置:石灰储仓通过计量输送装置与石灰消化装置的石灰进口相连,可将石灰输送至石灰消化装置,同时沉镁装置的上部清液经计量进入石灰消化装置,灰、水比例为1:4;再闷灰1~2h后,启动内部搅拌器充分搅拌。搅拌过程中加水调浆浓度大约为10%~20%,混合消化时间1~2h,形成粗浆液。石灰消化装置的浆液出口与筛选机相连,粗浆液经筛选机内的100目筛网粗筛后,筛除大于100目的石灰渣;料液再进入旋液分离器,排除小于100目的细渣后,送入石灰乳储槽备用。根据工艺要求制取石灰乳,经除渣、调浓,制取氢氧化钙重量浓度为3%~12%,送入沉镁装置中进行沉镁反应。石灰消化装置可采用现有技术中的石灰消化机。
31.(3)沉镁装置:该设备属于主要设备,数量较多,体积大,占地面积大,结构较复杂,沉镁装置的内部设有大型慢速搅拌器,分别设有浓液、石灰乳进口,上部设有清液出口、下部设有悬浊液出口,搅拌器有利于浓液与石灰乳混合均匀,mgcl2与ca(oh)2接触进行化学反应生成mg(oh)2沉淀、晶体长大,悬浮液从下部悬浊液出口排出送固液分离装置ⅰ过滤分离;清液从上部清液出口排出,一部分送石灰消化装置用于消化石灰,大部分送至沉钙装置继续反应。
32.在沉镁装置中,浓液和碱剂石灰乳反应时间控制在24~48h之间,经过反应、晶体成长、逐渐下沉到沉镁装置的下半部,液体浓度增加,上半部逐渐变成清液,分别从上下部排出,上层清液一部分用于石灰消化用水,一部分排入滤液槽;下半部氢氧化镁悬浊液经固液分离装置ⅰ分离过滤。
33.(4)固液分离装置ⅰ:沉镁装置下部形成的氢氧化镁悬浊液排出进入固液分离装置ⅰ进行固液分离:
34.a.滤饼送氢氧化镁制取工序,滤饼含水量为30%~40%,经干燥得到氢氧化镁产品,干燥温度为200℃~300℃;再经粉碎分级后,制取氢氧化镁粉体产品,包装待销。
35.b.滤液进入滤液池,同沉镁装置排出清液混合一并送入沉钙装置。
36.(5)溶碱装置:烧碱与沉钙装置上部清液经计量进入溶碱装置进行溶解,制取3%~5%浓度的氢氧化钠溶液,经计量送入沉钙装置与滤液池计量送来的滤液(含沉钙装置的上层清液)进行反应,生成氢氧化钙悬浊液,经沉淀增浓。
37.沉钙装置:是cacl2与naoh进行化学反应生成ca(oh) 2
和nacl的设备。
38.沉钙装置的结构与沉镁装置大致相同,有混合滤液进口、氢氧化钠溶液进口、上清液出口、下悬浊液出口等,上清液少部分用于烧碱溶解制取氢氧化钠溶液,下部排出悬浊液送固液分离装置ⅱ分离过滤,大部分清液同下部固液分离装置ⅱ的滤液混合,送晒盐场回收nacl产品。
39.(6)固液分离装置ⅱ:沉钙装置排出的悬浊液中ca(oh)2沉淀在固液分离装置ⅱ中过滤分离出来。氢氧化钙滤饼含水30%~40%,依次进入打浆机及过滤器,进行1~2次打浆洗涤过滤后,滤液排出放掉;添加纯化水重现打浆调浓到浓度达7%~10%,输送至碳化装置进行碳化处理。
40.(7)碳化装置:
41.根据制取不同品种的高纯碳酸钙产品,选取合适的碳化装置如生产普通轻质碳酸钙选用鼓泡碳化塔等,生产超细碳酸钙可选用喷雾碳化塔、搅拌式碳化塔等,如果生产活性高纯碳酸钙产品,碳化熟浆液经过活化处理,采用湿法或干法活化工艺等。
42.以上工艺中滤饼重新打浆至一定浓度形成的ca(oh)2悬浊液计量送入碳化装置,同co2储罐排出co2经减压装置减压后控制在2~3mpa ,co2在碳化装置内气

液充分接触进行碳化反应生成caco3悬浊液。一般控制碳化反应时间1~3h后,熟浆液排出碳化装置,进入熟浆池中存放一定时间后,送过滤装置进行固液分离等。其中,碳化反应温度根据所制高纯碳酸钙品种不同,控制温度不同:
43.生产普通轻质碳酸钙碳化反应温度控制在50~80℃;生产超细碳酸钙碳化反应温度控制在20~30℃。碳化时间:气

液接触时间1~3h。反应后的熟浆液经储存、过滤、干燥、分级、包装、待销。
44.(8)过滤装置:熟浆液送入过滤装置进行固液分离,滤饼经干燥、粉碎、分级、包装制取高纯碳酸钙产品。
45.其中,所述固液分离装置ⅰ及固液分离装置ⅱ均采用压滤机实现固液分离。
46.采用湿法或干法活化工艺对碳酸钙进行改性,具体工艺如下:
47.干法改性:对于有些改性剂不能遇水,遇水发生分解等,只能用干法改性。干法改性比较简单,一般在高速混合机或专用干法改性机中将碳酸钙粉体加入或连续送入,按要求改性剂加入量一般1%~3%,加入到改性机中或连续加入,搅拌混合一定时间,一般10~15min,即改性完毕。
48.湿法改性:比较复杂,但改性均匀,效果较好。湿法改性是将改性工艺融于碳酸钙工艺之中,改性剂首先制成一定浓度的溶液后,根据不同要求,可以加到ca(oh)2悬浊液中或加在碳化后熟浆液中保持一定温度、一定时间,充分搅拌混合后,进行过滤、干燥,注意干燥温度不能过高,不同活化剂受热温度都有要求,使用不同活性剂要严格按活化剂产品说明书执行,否则活化效果差或失效。湿法改性对滤液经过处理才可排放,需要达到排放要求。
49.以下为两个具体实施例:
50.本实施例1:以生产镁钙产品能力为准,然后计算所需原辅材料。
51.(1)以海水淡化装置浓液为钙产品原料,回收浓液中镁、钙元素,生产高纯碳酸钙系列产品:生产量为50kt/a高纯碳酸钙,年工作日为300d/a,即7200h/a,小时产量7t/h。
52.(2)海水淡化装置浓液含镁2.6kg/m3,折算成mgcl2为10.3kg/m3;钙0.800kg/m3,折算成cacl2为2.22kg/m3。
53.(3)沉镁碱剂选用石灰乳,石灰利用率为90%(石灰中生烧、过烧率≤5%,含硅等杂质≤3%;石灰消化或过程损失约2%)。其中,添加cao为4.62t/h,ca(oh)2为5.50t/h,沉镁装置排出的悬浊液中mgoh为4.31t/h;固液分离、干燥后得到4.22 t/h氢氧化镁产品 。
54.(4)沉钙选用烧碱为沉钙剂,烧碱溶解等损失为1%;氯化钠溶液送晒盐场,nacl回收率为95%。进入沉钙装置的cacl2为8.35t/h,烧碱添加量为5.95t/h,溶碱后进入沉钙装置,沉淀后经固液分离的滤饼经过滤、洗涤、打浆,进入碳化装置的ca(oh)2为5.45t/h。
55.(5)碳化所用co2利用率为98%。co2添加为3.14 t/h,碳化装置的碳化液中caco37.0t/h,最后干燥、分级得到50.4kt/a高纯碳酸钙产品。
56.以海水淡化装置浓液为镁、钙来源,生产50kt/a高纯碳酸钙的物料平衡详见图2。
57.实施例2:
58.(1)以海水淡化装置的浓液为镁、钙的原料,以石灰乳为沉镁碱剂,烧碱为沉钙碱剂,co2为碳化等辅助原料,生产活性高纯碳酸钙产品,副产氢氧化镁和氯化钠等产品。年生产能力:生产活性高纯碳酸钙产品为20.0kt/a,即小时产量2.8t/h,年工作300天,即7200h/a。
59.(2)~(5)同实施例1。
60.(6)活化剂选用水用偶联剂,采用湿法改性,添加量为1%~3%。
61.以海水淡化装置浓液为镁、钙来源,生产20.0kt/a活性高纯碳酸钙产品主要物料平衡详见图3。
62.综上所述,本实用新型通过选择石灰乳、烧碱为沉镁和沉钙碱剂,首先回收浓液中镁元素,制取氢氧化镁。海水中镁元素得以回收利用,但同时产生同等摩尔量的钙元素,溶解在浓液中,即浓液中减少了镁元素,增加了钙元素。为了将原有钙元素和新增加的钙元素一起回收制取高纯碳酸钙产品,同时生成nacl海盐,将其海水淡化的浓液经过以石灰乳为沉镁剂,提取镁元素生成氢氧化镁系列产品;再以烧碱为沉钙剂,制取氢氧化钙,进一步利用co2进行碳化生成高纯碳酸钙系列产品。经过二次沉镁、沉钙反应,制取氢氧化镁和高纯碳酸钙两种系列产品,原浓液中镁、钙得以回收利用,同时副产物nacl的废水可以送晒盐池,生产nacl海盐产品。海水淡化浓液中含量最多的na、cl、mg、ca得以回收利用,其中,浓液中mg、ca全部回收,cl回收大部分,na回收一部分,故本实用新型能够以海水淡化装置的浓液为制取镁、钙、海盐产品的原料,既解决缺镁资源的国家和地区的困难,又减轻含钙废水对海洋的污染,一举多得!
63.本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

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