专利名称：根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法
技术领域：
本发明涉及根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁(MgCO3)的方法。更详细地说，涉及如下所述的制造碳酸镁的方法将氧化镁浆液放入反应器，并向该反应器提供液体二氧化碳，然后，向密闭的反应器徐徐供热，形成超临界流体的状态，然后，进行化学反应，由此制造碳酸镁。
背景技术：
通常，在制药领域中，碳酸镁作为制酸剂成分而广泛地被利用，特别是已变成了对因胃酸过多引起的胃痛现象进行治疗的附加值较高的药剂。另外，人类的活动正导致大气中的二氧化碳增加，这会导致温室效果、海洋水面的酸性化和生态系统的变化。对此，人们期望较大的是，作为可防止这种二氧化碳在大气中浓度增加的二氧化碳贮存槽，通过使用碳酸镁化合物来对环境起到有益作用。
作为用于制造碳酸镁的传统的方法，有如美国专利第3,980,753号那样在将菱镁矿或白云石(dolomite)溶解在浓盐酸中后添加碳酸钠而生产碳酸镁的方法。这种工序因采用有害于环境的化学药品，所以会导致环境问题，并且因存在于原料矿石的各种杂质而在制造高纯度的碳酸镁方面存在各种缺点。另外，目前的状况是，即使是世界上有名的试剂公司的所称的碳酸镁，也并不是合成和销售MgCO3(碳酸镁)，而是合成和销售其合成较为容易的(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O(Magnesium carbonatemagnesium hydroxide pentahydrate碳酸镁四氢氧化镁五水化合物)。这是因为为了合成高纯度的MgCO3(碳酸镁)需要较为苛刻的反应条件。这样的高纯度的MgCO3在满足超临界反应条件时可以合成。有两种方法可以形成超临界反应条件。即，为了形成超临界流体状态而用压缩机将原料以气体状态提供并升高温度来形成超临界状态的方法，和以液体状态利用高压泵提供原料后升高温度的方法。
因此，人们迫切希望出现一种如下所述的基本技术，这种技术能够将高纯度的碳酸镁以有利于环境的方法合成，并将其作为试剂使用，而且，能够解决人类高度关心的地球气候变化问题。
发明内容
因此，本发明为了解决上述问题进行了各种研究，其主要目的是提供一种碳酸镁(MgCO3)的制造方法，其中，使用氧化镁作为反应原料，这与过去的技术不同，并且为了减少用来形成超临界反应条件而提供的能量的重复消耗，使反应工序变得简单，以液体状态将作为温室气体源的二氧化碳提供给反应器，然后，分阶段地使温度上升，由此，通过有利于环境且还可减少能量消耗的合成工序稳定且经济地制造高纯度的碳酸镁(MgCO3)。
图1是示意性地表示根据本发明的碳酸镁的制造工序的图。
具体实施例方式
本发明的碳酸镁的制造方法的特征在于，作为反应原料，在氧化镁浆料中以液体状态提供二氧化碳，并加热，形成超临界流体的反应压力和超临界反应温度，然后进行反应，由此制造碳酸镁。
以下将更详细地说明本发明。
本发明的特征在于，采用均匀并且几乎无杂质的氧化镁来替代现有方法中采用如菱镁矿或白云石等杂质含量较高且不均匀的反应原料，由此使反应后生成的碳酸镁达到高纯度，由此可确保质量达到即使给人体用药也完全没有障碍的高质量的药剂水准。
另外，本发明的特征还在于，为了形成可合成的反应条件，采用与现有方法完全不同的、作为新制造方式的超临界流体的工序。另外，在超临界流体反应中，为了形成超临界流体条件，需要采用压缩机(gasbooster)或者高压泵(supercritical pump)来增加压力并采用加热器使温度上升的双重能量消耗。但是，在本发明中，省略了前者的压缩机以及后者的冷藏用恒温槽和高压泵，使工序变得简单，由此使投资费用和能量费用达到最小化。其采用的满足超临界条件的方式是与现有技术根本不同的特征。
图1是示意性地表示根据本发明的碳酸镁的制造工序的图。根据图1说明本发明如下根据本发明，将作为超临界流体而使用的二氧化碳提供给反应器10。此时，使用内部设有长管的液态二氧化碳贮存汽缸12，但没有压缩机或者泵。通过液态二氧化碳贮存汽缸12的内部压力，例如60～70巴的压力，使达到反应器10所需量的液态二氧化碳经过流量计13提供给反应器10。这是注意到了二氧化碳的临界温度和压力比较低的这一点并且最大程度地利用这一点的结果。
提供给反应器10的液态二氧化碳通过设置在反应器外部的热套14，与如在反应器10左侧用箭头所示那样预先准备好的氧化镁浆液一起被加热，达到超临界流体条件，例如31℃的所需温度和73.8巴的所需压力，并在适当的时间期间进行反应，合成碳酸镁。
上述的温度可以通过控制装置16自动调节。此时，为了与实际所需的反应压力相适应而适用的气体方程式为PV＝zn R T。在此，实际气体中最重要的因子是作为压缩性因子(compressibility factor)的z值，正确的z值可通过表等确认。另外，P表示压力，V表示反应器内部体积，R表示气体常数，T表示反应温度，n表示反应压力所需的二氧化碳的摩尔数。
在图1中没有进行说明的附图标号11是球形阀，15是球阀，17是放泄阀，18是保险(rupture)片。
因此，本发明能够利用液态二氧化碳汽缸内的自身压力，提供所需量的二氧化碳，并且通过借助分阶段上升的反应温度提供的二氧化碳的量，能够使所需的超临界流体的反应压力上升和保持。
将氧化镁与超临界状态的二氧化碳进行反应而合成碳酸镁的化学反应可以细分为三个阶段的反应来进行说明。即，形成下述的反应机制，首先，二氧化碳溶解于水并分解为氢离子(H+)和碳酸氢离子(HCO3-)，氧化镁同样溶解于水并游离出Mg2+阳离子和OH-阴离子。然后，Mg2+阳离子和HCO3-阴离子进行反应，形成碳酸镁而沉淀，并且H+阳离子和OH-阴离子进行反应，再次转换为水。如果将上述的反应过程用一个反应式简单进行表示，则形成下述的反应，由此制造出固态结晶体的碳酸镁。
在本反应的反应条件为如下时，即，使用150μm以下的MgO制成固体浓度为1～70％的浆液而将其投入反应器后，保持温度为70～420℃、压力为80～350巴的超临界二氧化碳状态，然后，进行反应30分钟～10小时，能够有效地制造出纯的碳酸镁(MgCO3)。
在反应温度为比上述的反应温度低时，确认了如下事实可生成世界上有名的试剂公司以碳酸镁为名市售的、其合成较为容易的(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O(碳酸镁四氢氧化镁五水化合物)，并不能生成纯的MgCO3(碳酸镁)。
对于在反应中所消耗的原料的摩尔比，在理论上讲最好是，相对1摩尔氧化镁提供1摩尔二氧化碳，但是，考虑到反应压力的形成和反应效率，在投入二氧化碳至10摩尔的情况下，也能够合成所希望的碳酸镁。
以下，通过实施例，更详细地对本发明进行说明。但是，本发明并不限于下述实施例。
实施例1混合和搅拌30g氧化镁和170g水，制成氧化镁浆液，并将其注入反应器中，然后，将107g液体二氧化碳利用70巴的自身压力投入反应器中，并关闭供给阀进行密闭，之后，使温度上升至140℃，并使压力达到160巴后，反应2小时。
对该反应混合物进行过滤，在烤箱中以110℃干燥24小时，去除水分后，利用X射线衍射仪(XRD)定性分析主要结晶峰值的出现位置(2θ＝30.8°，32.8°，35.8°，42.9°，46.8°，53.7°，70.3°)，利用热重量分析仪(TGA)确认其回收率，结果，得到了纯度为98.2％的碳酸镁(MgCO3)。
比较例1混合和搅拌30g氧化镁和170g水，制成氧化镁浆液，并将其注入反应器中，然后，将139g液体二氧化碳利用70巴的自身压力投入反应器中，并关闭供给阀进行密闭，之后，使温度上升至60℃，并使压力达到160巴后，反应2小时。
对该反应混合物进行过滤，在烤箱中以110℃干燥24小时，去除水分后，利用X射线衍射仪(XRD)进行定性分析。结果，生成了不是碳酸镁(MgCO3)的(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O(碳酸镁四氢氧化镁五水化合物)。
本发明的碳酸镁的制造方法通过使用氧化镁和二氧化碳作为反应原料，并注意到了反应原料的液体二氧化碳的临界点较低这一点，省略了附属的流体压缩设备，使工序变得简单，且以满足制造碳酸镁所需的超临界反应条件的方式进行制造，由此具有使工序所需的投资费用和能耗费用变为最小的效果。
另外，因超临界反应条件的限制而难以制造的高纯度的碳酸镁的制造通过简单的超临界工序和使用无杂质的反应原料变为可能了。制造出来的高纯度的碳酸镁不仅可作为附加值高的制酸剂药剂来使用，而且，具有能够确保温室气体贮存槽的基本技术的效果，这种温室气体贮存槽可防止人类所面临的大气中的温室气体的浓度增加。
权利要求
1.一种根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法，作为反应原料，在氧化镁浆料中以液体状态提供二氧化碳，并加热，形成超临界流体的反应压力和超临界反应温度，然后，进行反应，由此制造碳酸镁。
2.如权利要求1所述的根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法，其特征在于，所述二氧化碳的提供通过二氧化碳的容器自身的内部压力进行，而并不使用另外的气体压缩机或高压泵。
3.如权利要求1所述的根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法，其特征在于，相对1摩尔所述氧化镁，提供1～10摩尔所述二氧化碳。
4.如权利要求1或3所述的根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法，其特征在于，所述氧化镁的粒子大小为150μm以下，且其浆液中的固体浓度为1～70％。
5.如权利要求1所述的根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法，其特征在于，在满足所述超临界流体的反应工序中的温度为70～420℃、且压力为80～350巴的范围内，需要30分钟～10小时的反应时间。
全文摘要
本发明提供一种根据超临界流体的反应工序制造碳酸镁的方法。在将氧化镁和二氧化碳进行混合的反应器中，形成二氧化碳的超临界温度和超临界压力范围的适当反应条件，由此制造高纯度的碳酸镁。本发明的方法不采用为满足超临界流体的反应条件而使用的现有的气体压缩机或高压泵的方式，而采用通过液体二氧化碳容器的自身压力将作为原料的二氧化碳提供给反应器的简单的工序方式，由此减少了设备投资费用和能量消耗，能够有效地制造出高纯度的碳酸镁(MgCO
文档编号C01F5/00GK1854068SQ200510090719
公开日2006年11月1日 申请日期2005年8月11日 优先权日2005年4月19日
发明者李在根, 朴承洙 申请人:韩国电力公社