1.本发明涉及白云石煅白的深加工，尤其涉及一种白云石煅白消化分离装置及处理方法。
背景技术：
2.为了完成对白云石中钙镁的分离，目前的主要方法为：将白云石煅白消化后，利用产生的消化乳液进行钙镁分离。其中，工业上主要通过碳化法从白云石中分离钙镁，白云石碳化法的主要作用对象为白云石的消化乳液，白云石于950~1200℃锻烧即制得含氧化镁和氧化钙的煅白，将煅白加水消化除渣精制成浆体即得消化乳液，消化乳液中主要包括ca(oh)2和mg(oh)2。在碳化过程中，通常将消化乳液置于碳化塔内用二氧化碳气体碳化，从而将ca(oh)2转化为caco3，mg(oh)2转变为mg(hco3)2。在碳化完成后，将碳化浆液过滤，滤渣即为含镁碳酸钙，滤液经热解即得到轻质碳酸镁，轻质碳酸镁经热解和再次煅烧可得氧化镁。
3.目前的碳化设备常采用塔式结构，其虽然能对钙镁进行分离，但是，在碳化过程中，由于碳化反应是气-液-固三相反应，过程较为复杂，常会使得二氧化碳的利用率低，钙镁分离不完全，反应过程控制难度大。
4.为解决上述问题，公开号为cn103183369b的中国发明专利公开了一种管道连续碳化钙镁装置和方法，其虽然能够通过局部高速湍流作用实现气体和浆液的接触，从而提高碳化效率，但是，其采用的管式结构为横向排布，无法形成喷射作用，也无法瞬间快速提高二氧化碳与浆液的接触频率，并且，由于其未对二氧化碳预先进行切割处理，缺乏微气泡的基础，会大大降低二氧化碳与浆液的接触面和接触频率，使得钙镁分离并不彻底。
5.此外，有学者在碳化塔的基础上研究了加压碳化法提取氧化镁的工艺，加压碳化法能加大二氧化碳的溶解性，增大液相中碳酸氢镁的含量，提高碳化效率和二氧化碳利用率。但是，加压碳化法对设备要求大，动力能耗增加，同时钙镁分离的效率不稳定，推广较难。还有学者研究了连续喷雾和鼓泡结合的常压二次碳化工艺，二次碳化是将第一次碳化后的含钙重镁水热解得到含钙碳酸镁进行第二次碳化，使含钙碳酸镁中的钙沉淀下来，制备高纯度氧化镁，但是，二次碳化工艺使生产流程变长，能耗增大，且碳化设备投入较高。
6.鉴于此，有必要提供一种白云石煅白消化分离方法与装置，以解决或至少缓解上述分离不彻底和成本高的技术缺陷。
技术实现要素：
7.本发明的主要目的是提供一种白云石煅白消化分离装置及处理方法，旨在解决现有技术中分离不彻底和成本高的技术问题。
8.为实现上述目的，本发明提供一种白云石煅白消化分离装置，包括碳化反应罐、气液混合反应器以及循环泵；其中，所述碳化反应罐的顶部开设有供煅白消化液进入的加料口和气路循环出口，所述碳化反应罐的底部开设有水路循环出口和排流阀；
所述气液混合反应器包括气液混合管、进料管、喷气管和对流混合喷射管；其中，所述进料管的进料口位于所述碳化反应罐外部，所述进料管的出口端从所述气液混合管的顶部插入所述气液混合管的内部；所述气液混合管安装于所述碳化反应罐的内部，所述气液混合管与所述进料管的接口处通过密封件密封，所述气液混合管的侧壁上还开设有进气口；所述喷气管的进气端同时与co2压力供气装置和所述气路循环出口连通，所述喷气管的排气端与所述进气口固定安装；所述进料管的出料口的竖直位置低于所述进气口；所述对流混合喷射管设置于所述气液混合管的下方，在竖向上连通所述气液混合管的出口和所述碳化反应罐，且所述对流混合喷射管自上至下依次设有正向流混合器和反向流混合器；所述正向流混合器包括第一管体和凸设于所述第一管体的管腔内壁的第一螺旋凸起，所述反向流混合器包括第二管体和凸设于所述第二管体的管腔内壁的第二螺旋凸起，所述第一螺旋凸起和所述第二螺旋凸起的螺旋方向相反；所述循环泵的进液口与所述水路循环出口连通，所述循环泵的出液口与所述进料管的进料口连通。
9.进一步地，所述第一螺旋凸起和所述第二螺旋凸起均为双螺旋结构。
10.进一步地，所述喷气管的进气口与所述co2压力供气装置之间设有减压阀，所述喷气管的进气口与所述气路循环出口之间设有气路循环单向阀。
11.进一步地，所述进料管下部的管腔内径逐渐减小。
12.进一步地，所述气液混合管的管径自所述进气口的位置向下逐渐减小。
13.进一步地，所述反向流混合器的出口端还连接有喷管，所述喷管的自由端的位置位于所述碳化反应罐的中部以下。
14.本发明还提供一种白云石煅白消化分离方法，包括步骤：s1，将首批煅白用水消化后获得消化乳液；s2，向所述消化乳液中加入抑制剂，其中，所述抑制剂包括乙二胺四乙酸、六偏磷酸钠、聚丙烯酸、聚顺丁烯二酸、氨三乙酸中的一种或多种；s3，将加入所述抑制剂的所述消化乳液通过所述加料口，以及将具有压力的co2经由所述喷气管送入如上述任意一项所述的白云石煅白消化分离装置中进行碳化反应；s4，当所述碳化反应罐中碳化浆液的ph为7.0-7.8时，取出碳化浆液并进行固液分离，得碳酸钙沉淀和碳酸氢镁溶液。
15.进一步地，还包括步骤：s5，将所述碳酸氢镁溶液进行分解后的分解母液循环与后续批次的煅白混合后作为新的所述消化乳液，返回所述步骤s3。
16.进一步地，首批所述煅白与水的添加比例、以及后续批次的所述煅白与所述分解母液的固液比均为1kg:10~30l。
17.进一步地，所述抑制剂的添加量为所述消化乳液质量分数的0.01~0.05%。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供了一种白云石煅白消化分离装置，能以较低的成本使钙镁分离更加彻底。
19.具体地，通过设置位于所述碳化反应罐内部的所述气液混合管、用于液体循环的
所述进料管、以及用于喷入气体的所述喷气管，在高速液作用下，使机械能转化为气液的表面能，二氧化碳被切割成微气泡。
20.在此基础上，由于所述气液混合管具有较高的喷射力，在喷射力的带动下，气液混合物在竖向上被喷入所述对流混合喷射管中，借助气液混合物的高速流动性和所述对流混合喷射管中的反向对流作用，可以使得二氧化碳与消化乳液在短时间内的接触频率显著提升；且由于所述对流混合喷射管位于所述碳化反应罐的内部，高频接触后的气液混合物可立即进入被喷入所述碳化反应罐内，从而持续保持气液之间的紧密性。
21.更为形象的描述为：所述气液混合管、所述进料管和所述喷气管使得二氧化碳被切割成微气泡，在竖向喷射力和反向对流的作用下，所述微气泡与消化乳液的接触频率可以瞬间提升无数倍。其中，所述气液混合管和所述对流混合管上下设置，可以避免喷射力的减弱；此外，所述气液混合管下部的管径逐渐减小，也可以进一步地保证气液混合物在进入所述对流混合喷射管中的过程中具有更高的喷射速度，以确保气液之间的接触频率能够瞬间提升，从而提高碳化反应的效率。
22.本发明还提供了一种白云石煅白消化分离方法，该方法在基于所述白云石煅白消化分离装置的基础上，对具体的工艺进行了改进，改进后的工艺在操作上更为简单，且能对钙镁进行高效地分离；具体地，通过在碳化过程中向消化乳液加入抑制剂，并控制碳化过程中体系的ph，可以抑制碳酸钙转换为碳酸氢钙，使体系中的钙镁得到彻底分离；同时，后续批次的消化乳液采用分解母液进行消化，可将大部分的抑制剂回收利用，大大降低了生产成本，实现了绿色生产。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明一个实施例中白云石煅白消化分离装置的结构示意图；图2为本发明一个实施例中气液混合反应器的结构示意图；图3为本发明一个实施例中对流混合喷射管的结构示意图；图4为本发明一个实施例中白云石煅白消化分离方法的流程示意图。
25.附图标号说明：碳化反应罐1；加料口2；气路循环出口3；水路循环出口4；排流阀5；温度显示接口6；压力显示接口7；液位显示接口8；检修口9；气液混合反应器10；进料管11；喷气管12；减压阀13；气路循环单向阀14；气液混合管15；对流混合喷射管16；正向流混合器17；反向流混合器18；循环泵19；循环泵进口阀20；循环泵出口阀21。
26.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示（诸如上、下
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
29.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
30.并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.如图1-图3所示，本发明提供了一种白云石煅白消化分离装置，所述装置为利用消化乳液的碳化反应装置，用于完成白云石消化乳液中钙镁的分离，包括碳化反应罐1、气液混合反应器10以及循环泵19；当然，还可以包括多条用于输送消化乳液或二氧化碳的且起连通作用的管路。
32.为了便于消化乳液的投加及气液循环，所述碳化反应罐1的顶部开设有供煅白消化液进入的加料口2和气路循环出口3；所述碳化反应罐1的底部开设有水路循环出口4和排流阀5，所述排流阀5为设有控制阀门的排流口。此外，所述碳化反应罐1上还可以开设温度显示接口6、压力显示接口7、液位显示接口8、以及检修口9，以便于工作人员对碳化反应进行监测和对所述碳化反应罐1进行维护。
33.为了使消化乳液与二氧化碳气体充分地反应，所述气液混合反应器10包括气液混合管15、进料管11以及喷气管12；其中，所述气液混合管15安装于所述碳化反应罐1的内部，具体可以安装在所述碳化反应罐1的上部，从而在所述碳化反应罐1中预留出充分的容置空间，以便于碳化反应的进行；所述进料管11的进料口位于所述碳化反应罐1外部，所述进料管11的出口端从所述气液混合管15的顶部插入所述气液混合管15的内部；所述气液混合管15与所述进料管11的接口处通过密封件（图未标号）密封，即所述气液混合管15的顶部设有密封件，以使所述对流混合喷射管16的顶部密封设置，除此之外，所述气液混合管15的下端与所述碳化反应罐1连通，所述气液混合管15的侧壁上开设有进气口（图未标号）；所述喷气管12的进气端同时与co2压力供气装置和所述气路循环出口3连通，所述喷气管12的排气端与所述进气口固定安装；并且，所述进料管11的出料口的竖直位置低于所述进气口，以使二氧化碳在高速流动的消化乳液的带动下进入所述气液混合管15中，并被所述消化乳液切割成微气泡。
34.为了便于对所述气液混合管15中供气，及对未反应的二氧化碳进行循环利用，所述喷气管12的进气口与所述co2压力供气装置之间设有减压阀13，以对所述co2压力供气装置提供的二氧化碳进行气压调节，所述喷气管12的进气口与所述气路循环出口3之间设有气路循环单向阀14，以防止所述co2压力供气装置提供的二氧化碳在进气过程中产生分流。此外，为了使所述喷气管12能同时接收所述co2压力供气装置提供的二氧化碳和循环中的二氧化碳，所述减压阀13及其对应的管路可以和所述气路循环单向阀14及其对应的管路并联设置。
35.需了解的是，所述碳化反应罐1的正常工作气压为微正压，约20~40kpa，当所述碳
化反应罐1搭配循环泵19连续运行时，所述碳化反应罐1内的消化乳液会不断吸收co2，使反应器内压力降低，因此配备恒压阀可以使得连续作业时一直保持co2的供给及所需压力。在此基础上，所述减压阀13可以与恒压阀搭配使用，所述恒压阀可以设置于所述喷气管12上，也可以设置于所述喷气管12与所述减压阀13的连通管路上。
36.作为对所述气液混合反应器10的结构设计，为了使所述消化乳液、以及所述消化乳液与二氧化碳混合后的气液混合物具有更高的喷射速度，所述进料管11下部的管腔内径逐渐减小；进一步地，所述对气液混合管15下部管腔的内径也可以逐渐减小设置，即所述气液混合管15的管径可以自所述进气口的位置向下逐渐减小，在此基础上，所述进料管11的出料端可以延伸至所述对气液混合管15的下部，且所述进料管11与所述气液混合管15的内壁之间需保持有间隙，以供二氧化碳气体的流动。
37.为了保证消化乳液的高速流动，所述循环泵19的进液口与所述水路循环出口4连通，所述循环泵19的出液口与所述进料管11的进料口连通，以将所述碳化反应罐1中的消化乳液高速地泵入所述进料管11中，从而使得进入所述进料管11中的消化乳液以较高的流速自上至下地进入所述气液混合管15内，并带动二氧化碳气体的流动，然后将二氧化碳气体进行切割。其中，所述循环泵19与所述水路循环出口4之间设有循环泵进口阀20，所述循环泵19与所述进料管11的进料口之间设有循环泵出口阀21，以对循环中的液体进行控制。
38.值得注意的是，所述气液混合反应器10还必须包括在竖向上连通所述气液混合管15的出口和所述碳化反应罐1的对流混合喷射管16，所述对流混合喷射管16设置于所述气液混合管15的下方，且所述对流混合喷射管16自上至下依次设有正向流混合器17和反向流混合器18；所述对流混合喷射管16和所述气液混合管15可以一体设置，也可以固定连接，两者均为竖向排布，所述气液混合管15中得到的气液混合物自所述气液混合管15的下端开口进入所述对流混合管中，并经由所述正向流混合器17和所述反向流混合器18的对流混合后喷射至所述碳化反应罐1中。此外，所述反向流混合器18的出口端也可以连接有喷管，所述喷管的自由端的位置可以位于所述碳化反应罐1的中部以下。
39.作为对所述正向流混合器17和所述反向流混合器18的说明：所述正向流混合器17主要用于使向下流动的气液混合物产生正向旋转，所述反向流混合器18主要用于使向下流动的气液混合物产生反向旋转，所述正向旋转和所述反向旋转为相对的概念，两者之间只需的旋转方向相反即可，一般情况下，所述正向旋转可以理解为顺时针旋转，所述反向旋转可以理解为逆时针旋转。
40.具体地，所述正向流混合器17包括第一管体和凸设于所述第一管体的管腔内壁的第一螺旋凸起，所述反向流混合器18包括第二管体和凸设于所述第二管体的管腔内壁的第二螺旋凸起，所述第一螺旋凸起和所述第二螺旋凸起的螺旋方向相反。所述第一管体和所述第二管体可以一体设置，也可以通过固定件固定连接。作为一种选择，所述第一螺旋凸起的螺旋方向可以为顺时针方向，所述第二螺旋凸起的螺旋方向可以为逆时针方向，且所述第一螺旋凸起和所述第二螺旋凸起均可以为双螺旋结构，当然，也可以为单螺旋结构。此外，需明确的是，所述正向流混合器17和所述反向流混合器18可以使气液形成高速对流，以使混合反应更充分，反应更高效。具体地，在竖向喷射力和反向对流的作用下，所述微气泡与消化乳液的接触频率可以瞬间提升无数倍。
41.上述实施方式的工作方式可以为：置于所述碳化反应罐1内的所述消化乳液通过
所述循环泵19输送至所述进料管11中，并沿所述进料管11的出料口流至所述对气液混合管15内，由于所述循环泵19的泵压作用、以及所述进料管11的结构设计，所述消化乳液在穿过所述进料管11时具有较高的流速，高速流动的消化乳液产生的负压会使二氧化碳气体由所述喷气管12进入所述气液混合管15。在高速液作用下，机械能转化为气液的表面能，二氧化碳被切割成微气泡，且在所述正向流混合器17和所述反向流混合器18的进一步作用下，还会对所述二氧化碳和消化乳液做进一步混合，使得两者高频混合。微小的二氧化碳气泡与消化乳液中的钙镁离子快速混合反应，可以生成碳酸盐沉淀（碳酸镁和碳酸钙），碳酸盐小颗粒在高速液流中，继续与二氧化碳气泡反应，其中的碳酸镁颗粒会生成碳酸氢镁返溶于溶液中，最后控制反应终点ph值7.5-8.0即可实现钙镁的深度分离。此外，未反应的二氧化碳气体上升并通过所述气路循环出口3返回所述喷气管12循环使用。
42.在上述实施方式中，对所述白云石煅白消化分离装置中得到的碳化浆液进行固液分离的方式可以采用已知常规处理方法进行，例如：板框压滤、离心分离等方式。碳化浆液固液分离后得到的重镁水（碳酸氢镁溶液）的后续加工方式也可以采用已知常规处理方法进行，包括高温分解（热解）、真空分解或特殊设备分解等。分解后的分解母液返回消化工序中可以用于消化煅白，以获得用于进行碳化反应的所述消化乳液。
43.为了实现钙镁的彻底分离，本发明还提供了一种白云石煅白消化分离方法，将白云石的消化乳液经由所述加料口2以及将二氧化碳经由所述喷气管12送入如上述任意实施方式所述的白云石煅白消化分离装置中与二氧化碳进行碳化反应，以得到碳酸钙沉淀和碳酸氢镁溶液。
44.具体地，参照图4进行理解，所述白云石煅白消化分离方法可以包括步骤：s1，将首批煅白用水消化后获得消化乳液。首批所述煅白与水的添加比例可以为1kg:10~30l，所述煅白的消化温度一般为30~80℃，消化时间一般为1~3h，消化过程中需要进行搅拌等操作，消化得到的所述消化乳液通常还需进行过滤，以去除不能被充分消化的残渣。
45.s2，向所述消化乳液中加入抑制剂，其中，所述抑制剂包括乙二胺四乙酸、六偏磷酸钠、聚丙烯酸、聚顺丁烯二酸、氨三乙酸中的一种或多种；所述抑制剂的主要作用为在钙镁离子碳化过程抑制生成的碳酸钙沉淀与二氧化碳反应生成碳酸氢钙。作为一种选择，所述抑制剂的添加量可以为所述消化乳液质量分数的0.01~0.05%，优选为0.01~0.02%。
46.s3，将加入所述抑制剂的所述消化乳液通过所述加料口2，以及将具有压力的二氧化碳经由所述喷气管12送入如上述任意实施方式所述的白云石煅白消化分离装置中进行碳化反应；其中，所述碳化反应的反应压力可以为20~40kpa。
47.s4，当所述碳化反应罐中碳化浆液的ph为7.0-7.8时，取出碳化浆液并进行固液分离，得碳酸钙沉淀和碳酸氢镁溶液。需知道的是，在加入所述抑制剂的情况下，因所述抑制剂的存在可以抑制钙的溶出，因此，也可将反应终点ph控制在7.0-7.8，以便在抑制钙溶出的情况下，提高镁的溶出效率。
48.s5，将所述碳酸氢镁溶液进行分解后的分解母液循环与后续批次的煅白混合后作为新的所述消化乳液，返回所述步骤s3。
49.后续批次所述煅白与所述分解母液的固液比也可以为1kg:10~30l；通过采用所述分解母液对煅白进行消化，其目的主要是回收分解母液中的抑制剂及利用所述分解母液中
的热量，在该过程中，也可适当补加所述抑制剂。
50.在上述实施方式中，将碳化后的碳化浆液进行固液分离，即可分离得到碳酸钙和碳酸氢镁溶液，碳酸氢镁溶液经过后续分解工艺（如热解）后得到滤液和碱式碳酸镁，滤液返回消化系统做消化液，实现抑制剂的循环利用，需明确的是，所述分解母液是由碳化反应后的重镁水经过热解分离碱式碳酸镁后得到的清液。
51.作为对上述实施方式的具体说明，本发明主要针对白云石加工过程中的消化和碳化分离，白云石的加工过程通常包括将白云石破碎、高温锻烧得煅白、煅白经消化得消化乳液，对消化乳液进行碳化处理，使钙镁分离，得到具有较低钙离子浓度的碳化浆液，后续经过滤进行固液的分离，得碳酸钙和重镁水，所得的重镁水经热解等工序可得到碱式碳酸镁和循环利用的分解母液。
52.上述实施方式中钙镁分离的原理如下：上述实施方式采用所述气液混合反应器10取代现有技术中的搅拌气液混合和接触塔式混合，通过将所述气液混合反应器10与所述循环泵19搭配，在密闭加压的条件下循环引流碳化，可以使消化乳液与二氧化碳密切接触；并且，通过控制碳化过程中体系的ph值，使白云石消化浆液中的氢氧化镁、氢氧化钙碳化和分离效率更高，得到的碳酸钙产品纯度更好，整体生产产率进一步提升。方便地实现了高效的钙镁分离，且添加的抑制剂可容易地分离回收，大大降低了生产成本。
53.在消化乳液的碳化过程中，随着二氧化碳的通入，体系逐步酸化，体系ph逐渐降低。且随着体系ph值的减小，消化乳液在第一阶段生成碳酸钙和碳酸镁沉淀，第二阶段碳酸镁和碳酸钙与过量二氧化碳进行反应生成碳酸氢镁和碳酸氢钙。抑制剂在碳化的第二阶段与游离的ca
2+
进行配位反应，使游离的ca
2+
不以碳酸氢钙形式出现在溶液中。通过控制反应终点ph值（7.0-7.8）和抑制剂的双重作用，避免在后续分解阶段钙离子形成沉淀进入碱式碳酸镁的产品，实现钙镁离子的深度分离。
54.所述钙镁分离处理方法的一个具体实施例为：在20~40℃条件下，向消化乳液中加入抑制剂，抑制剂的加入总量为消化乳液质量分数的0.01~0.02%，将加入抑制剂的消化乳液打入所述碳化反应罐1中，此时消化乳液ph值为13.1，随后通入二氧化碳，控制所述碳化反应罐1中压力为20~40kpa之间；在二氧化碳与消化乳液充分碳化至ph为7.5时，将碳化后的碳化浆液打入板框压滤机分离，滤渣为轻质碳酸钙，碳酸钙有效含量为97%以上，滤液为重镁水，即碳酸氢镁溶液。将碳酸氢镁溶液在30~70℃条件下热解45min，打入板框压滤机进行分离，滤渣为碱式碳酸镁，其中氧化镁含量为41.52%，氧化钙含量0.15%，达到标准hg/t2959-2010《工业水合碱式碳酸镁》中的优等品要求，实现了乳化液中钙镁的深度分离。
55.本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。