本發明屬于無機化工產品領域，涉及無機精細化工產品生產，具體涉及一種直接還原硫酸鎂生產氧化鎂的生產工藝。
背景技術：
工業氧化鎂主要用于制造陶瓷、搪瓷、耐火材料等，在人造纖維、橡膠中作促進劑和催化劑，在醫藥上作抗酸劑及輕瀉劑，在食品工業上可作為砂糖精制時的脫色劑，在化學工業中用于制造金屬鎂及鎂化學品，在玻璃、染料、電纜、硅鋼工業、電子工業、絕緣材料工業等都有重要用途。
目前，工業氧化鎂主要有以下幾種制造工藝：
1.鹵水—純堿法：
該法是將鹵水稀釋到密度大約1.16，將純堿用水配成密度1.16的溶液，兩者在55℃反應，將堿式碳酸鎂沉淀經過過濾、水洗、烘干，再在700-900℃進行煅燒，最終獲得氧化鎂產品。
5Na2CO3+5MgCl2+6H2O→4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O+10NaCl+CO2↑
4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O→5MgO+4CO2↑+6H2O
2.鹵水—碳銨法：
將鹵水和碳酸氫銨按適宜比例混合，控制在適當的溫度下進行反應，再經離心脫水、烘干、煅燒得氧化鎂產品。
5MgCl2+10NH4HCO3→4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+10NH4Cl+6CO2↑
4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O→5MgO+4CO2↑+5H2O
3.鹵水—氨法：
鹵水—氨法生產氧化鎂是采用精制過的鹵水與氨水反應生成氫氧化鎂沉淀，后經過濾、洗滌、烘干、煅燒制得氧化鎂產品。
2NH3·H2O+MgCl2→Mg(OH)2↓+2NH4Cl
Mg(OH)2→MgO+H2O
以上三種方法，鹵水也可以用硫酸鎂代替，由此制得的氧化鎂純度相對較高，可達99％以上，然而，鹵水純—堿法，堿消耗量較大，且產生大量的氯化鈉溶液；鹵水—碳銨法，鹵水—氨法產生大量氯化銨溶液，氯化鈉溶液和氯化氨溶液處理費用較高。
除此之外，鹵水石—灰法、菱鎂礦—硫銨法、水鎂石法、蛇紋石酸解法、白云石碳化法也是常用的生產氧化鎂的方法，但這些方法生產的氧化鎂純度較低，且產生大量殘渣，殘渣的處理費用也相對較高。
技術實現要素：
為克服現有技術的缺陷，本發明公開了一種直接還原硫酸鎂生產氧化鎂的生產工藝，采用該工藝制備的氧化鎂純度高，產生的殘渣極少，處理費用較低。
為了實現上述目的，本發明的技術方案為：
一種直接還原硫酸鎂生產氧化鎂的生產工藝，以炭黑、活性炭或焦炭為還原劑，先將還原劑與硫酸鎂升溫至第一溫度，然后在第一溫度至第二溫度之間變化一段時間后，獲得氧化鎂；其中，所述還原劑中的灰分小于8％(質量)，所述第一溫度為800～900℃，所述第二溫度為950～1150℃。
本發明所述的第一溫度至第二溫度之間變化，可以為從第一溫度緩慢升溫至第二溫度的過程，可以為第一溫度緩慢升溫至第二溫度并保持第二溫度的過程，可以為第一溫度緩慢升溫至第二溫度并在第一溫度與第二溫度之間反復波動的過程。
本發明首先對還原劑進行選擇，根據不同純度要求，選擇炭黑、活性炭、焦炭或煤粉為還原劑，經過大量實驗證明以灰分較低的炭黑得到的氧化鎂純度最高，可達99.5％；其次，將還原劑與硫酸鎂升溫至800℃以上時，還原劑還原硫酸鎂并產生氧化鎂，由于采用固相反應，還原劑與硫酸鎂無法完全接觸，需要繼續升溫至950℃以上使得硫酸鎂分解；通過還原劑的選擇和溫度的控制可以制備出不同純度的氧化鎂。
本發明的發明人通過大量實驗證明當反應溫度達到800～900℃時，還原劑還原硫酸鎂并產生氧化鎂，隨著溫度升高，氧化鎂的純度變化不大，但是當溫度升至950℃以上時，硫酸鎂分解使得氧化鎂純度變化明顯，氧化鎂純度可達99.5％以上。
優選的，所述硫酸鎂為無水硫酸鎂。
優選的，以炭黑為還原劑，所述炭黑中的灰分小于0.2％(質量)。采用該還原劑產生的氧化鎂的純度可達99.5％以上。
優選的，第一溫度至第二溫度之間變化的時間為1～10h。
進一步優選的，第一溫度至第二溫度之間變化的時間為2～6h。
優選的，所述還原劑與硫酸鎂的質量比為1:6～20。
優選的，所述還原劑與硫酸鎂的質量比為1:10～15。
一種上述方法在制備硫酸中的應用。
一種上述方法聯產硫酸的生產工藝，以上述方法制備的二氧化硫作為原料，經過催化氧化、吸收生產硫酸。
優選的，所述二氧化硫經過降溫后進行催化氧化。
優選的，二氧化硫催化氧化后得到的三氧化硫經過降溫后進行吸收。
優選的，生產硫酸的濃度為98％硫酸、105％硫酸或115％硫酸。
本發明提供一種優選的直接還原硫酸鎂生產氧化鎂聯產硫酸的生產工藝，以灰分小于2％(質量)的炭黑為還原劑，將所述炭黑與硫酸鎂按照質量比1:10～15進行混合后加熱升溫至800～900℃，然后在2～6h內升溫至950～1150℃，生產出氧化鎂和二氧化硫，所述氧化鎂經過降溫、粉碎、包裝獲得成品氧化鎂，所述二氧化硫經過余熱鍋爐降溫后進行催化氧化生成三氧化硫，所述三氧化硫經過所述余熱鍋爐降溫后進行吸收獲得硫酸，所述余熱鍋爐將二氧化硫和三氧化硫產生蒸汽。
本發明采用的加熱裝置為回轉窯，用電少，能耗低，制備產品性能穩定。
本發明的有益效果為：
1.本發明由還原劑直接還原硫酸鎂生產氧化鎂，工藝簡單、能耗低；該工藝生產的氧化鎂純度高，純度最高可達99.7％。
2.本發明通過選擇不同還原劑和工藝參數能夠制備出純度不同的氧化鎂，從而滿足不同行業對不同純度氧化鎂的需求。
3.本發明生產的氧化鎂的產品質量高于傳統的生產工藝生產的氧化鎂的產品質量。
4.本發明在生產氧化鎂的同時還能夠利用產生副產二氧化硫聯產硫酸，同時聯產蒸汽，每生產1噸氧化鎂，可聯產2.5噸98％硫酸，2噸中壓蒸汽。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
將無水硫酸鎂300份、炭黑(灰分小于0.2％)30份混合均勻后加入至回轉窯內，控制回轉窯溫度為860～1100℃，停留時間4小時，可得到氧化鎂100份，純度為99.56％，鹽酸不溶物0.062％。
實施例2
加熱回轉窯，每小時相回轉窯內加入無水硫酸鎂和炭黑(灰分小于0.2％)混合物(炭黑與硫酸鎂的質量比為1:15)，控制回轉窯溫度800～1100℃，停留時間4小時，每小時可得氧化鎂1.6～1.7噸，純度99.68％，鹽酸不溶物0.068％。產生的二氧化硫氣體，經余熱鍋爐降溫至400℃左右，進二氧化硫催化氧化系統，轉化成三氧化硫，三氧化硫經余熱鍋爐降溫后再用水吸收，每小時可產98％硫酸約4噸，余熱鍋爐每小時產生蒸汽約3～3.5噸。
實施例3
加熱回轉窯，600份無水硫酸鎂，40份活性炭(灰分小于3％)，850～1150℃，反應5小時，得到氧化鎂202份，純度98.86％，鹽酸不溶物0.74％。
實施例4
加熱回轉窯，300份無水硫酸鎂，30份焦炭(灰分小于8％)，900～1150℃反應6小時，得到氧化鎂102.5份，純度97.43％，鹽酸不溶物2.53％。
實施例5
加熱回轉窯，300份無水硫酸鎂，30份煤粉(灰分小于13％)，800～1150℃反應6小時，得到氧化鎂104.8份，純度為95.4％，鹽酸不溶物4.5％。
上述實施例雖然對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍內。