直接沉淀法制備超細氫氧化鎂的實驗研究

楊 桂 芝

（1. 青島科技大學化工學院，中國 青島 266042; 2. 山東理工職業學院， 中國 濟寧 272067）

直接沉淀法制備超細氫氧化鎂的實驗研究

楊 桂 芝1,2

（1. 青島科技大學化工學院，中國 青島 266042; 2. 山東理工職業學院， 中國 濟寧 272067）

設計了以鹵水為主要原料的直接沉淀法生產超細氫氧化鎂的工藝。首先考察了分散劑的種類和用量對產品性能的影響。在此基礎上，系統研究了反應溫度和反應時間對產品的收率、純度、粒徑及顆粒形態等影響，獲得了直接沉淀法制備超細氫氧化鎂的較佳反應條件。

超細氫氧化鎂；老鹵；氫氧化鈉；直接沉淀法

氫氧化鎂作為一種環境友好的阻燃劑在國內外日益受到重視，已成為各國研究的熱點[1-4]。制備超細氫氧化鎂，可使其在橡塑材料中的分散性和相容性大大改善，對材料的加工性能和機械力學性能的影響大為降低[5,6]。超細氫氧化鎂還可以制備超細氧化鎂。超細氧化鎂可用作陶瓷、催化和電子材料[7,8]，也可作為高效解離吸附劑和重金屬脫除劑[9]。

鎂在鹽湖資源中儲量較大，僅有少量的鎂資源用來生產廉價的六水氯化鎂和七水硫酸鎂。目前鉀肥生產過程中產生的大量高鎂鹵水（老鹵）大多采取遠距離排回鹽湖,成為鹽湖開發過程中的“鎂害”。“鎂害”問題己成為制約鹽湖資源綜合開發利用的“瓶頸”。

近年以鹵水制得的鎂鹽正向高純、高附加值和功能化產品方向發展。針對上述問題，本文采用直接沉淀法制備超細氫氧化鎂，以獲得超細氫氧化鎂的較佳合成工藝條件。

1 實驗部分

1.1 主要原料及鹵水組成

實驗所用主要原料和鹵水主要組成分別見表1和表2。

表1 實驗所用主要原料Table 1 Main materials for the experiment

在表2中， Mn、Fe和Al 采用AA-7003原子吸收光譜儀原子吸收法檢測； Li+、Ma+、K+、Mg2+、Cl-、 F-、Br-、NO3-、NH4+、Ca2+和Sr2+采用DIONEX DX-120型離子色譜檢測; HBO3采用化學法分析。

1.2 主要儀器

實驗所用儀器見表3。

表2 鹵水的主要成分Table 2 Main component of the brine

表3 實驗所用儀器Table 3 Main equipments for the present experiment

1.3 直接沉淀法生產工藝

直接沉淀法制備超細氫氧化鎂生產工藝見圖1所示。

（1）將12.5 mL氨水(4 mol/L)，12 mL水和相應的分散劑加入帶攪拌的三口燒瓶中，攪拌均勻，并加熱到80 ℃。

（2）在15~20 min內同步滴加30.25 g鹵水（3 mol/L）和38.70 g NaOH溶液（6 mol/L）。滴加完畢后，在高速攪拌下保溫反應1 h。

（3）反應結束后，轉移到燒杯中，靜置陳化后抽慮。濾餅用乙醇洗滌，干燥得產品。

圖1 直接沉淀法工藝流程圖Fig.1 Flow chart of direct precipitation method

2 結果與討論

2.1 分散劑種類和用量對產品性能的影響

在氯化鎂濃度3 mol/L，水量12 mL，溫度80℃，保溫反應時間1 h的條件下，考察了4種不同類型分散劑對氫氧化鎂顆粒形態的影響。分散劑反應前加入，用量均為3%。實驗結果見圖2，圖中MF表示分散劑。

圖2 分散劑類型對氫氧化鎂顆粒形態的影響Fig.2 Effect of the type of dispersants on the morphology of MgOH particles

由圖2可見，不同類型分散劑對氫氧化鎂的粒度、過濾性能、純度及粒子的分散都有影響。采用各種分散劑，氫氧化鎂的收率均高于90%，其平均粒徑都小于100 nm，晶形以薄片狀為主。采用MF-1型分散劑，盡管產品的純度最低，但產品較易過濾，過濾速度較快，而且氫氧化鎂顆粒分散最好。采用其它幾種分散劑，氫氧化鎂顆粒分散較差，團聚明顯。綜合以上分析，MF-1型分散劑為適宜的分散劑。

圖3 為MF-1型分散劑用量（Wt）對氫氧化鎂顆粒形態的影響圖。由圖可見，隨Wt增加，氫氧化鎂的純度降低，其懸液的過濾更加容易。當Wt= 3.0 %時，過濾較快，分散較好，少量團聚，晶形片狀較多，伴有少量針狀，而且粒徑范圍較小，平均粒徑比較理想。綜合以上結果，Wt= 3.0 %時為較適宜用量。

圖3 MF-1型分散劑用量對MgOH顆粒形態的影響Fig.3 Effect of dosage of MF-1dispersant on the morphology of MgOH particles

2.2 反應溫度對超細氫氧化鎂性能的影響

在氯化鎂濃度3 mol/L, 保溫反應時間為1 h，MF-1型分散劑，其用量Wt= 3.0 %條件下，考察了反應溫度對超細氫氧化鎂性能的影響，實驗結果見表4。

由表4可見，反應溫度對氫氧化鎂的收率、純度影響不大，但對其粒度、過濾性能、純度及粒子的分散都有較大影響。溫度為40 ℃和60 ℃時，過濾速度較慢；溫度為80 ℃和100 ℃時，過濾速度較快。溫度為80 ℃時分散效果最好，少量團聚，晶形片狀較多，伴有少量針狀，而且粒徑范圍較小，平均粒徑也比較理想；溫度為100 ℃時，產品團聚較嚴重，棒狀物較多，粒徑范圍增大，平均粒徑變大。由此可見，反應較適宜溫度為80 ℃。

2.3 反應時間對超細氫氧化鎂性能的影響

應用MF-1型分散劑，其用量Wt= 3.0%，反應溫度為80 ℃條件下考察了反應時間對超細氫氧化鎂性能的影響，實驗結果見表5。

由表5可見，反應時間對氫氧化鎂的收率、純度、粒度、過濾性能及粒子的分散都有較大影響。反應時間4 h，收率最高；反應時間為2 h時，純度為95.86%，比較理想。反應時間增加，過濾速度明顯加快，粒徑范圍、平均粒徑變大。但是分散效果不好，產品針狀晶型增多，而針狀晶型較片狀晶型表面活化能高，易團聚，不太理想。反應時間為1 h ，分散較好，分散性能最好，產品晶形多為六邊形片狀，棱角更為分明，平均粒徑在30 nm左右，大小較為均勻，基本無團聚。綜合以上結果，反應時間為1 h較適宜。

表4 反應溫度對氫氧化鎂性能的影響Table 4 Effect of reaction temperature on properties of MgOH

表5 反應時間對氫氧化鎂性能的影響Table 5 Effect of reaction time on properties of MgOH

3 結 論

（1） 控制超細氫氧化鎂團聚的較理想的方法是加入分散劑。MF-1型分散劑是較理想的分散劑，其用量為3.0%。

（2） 采用直接沉淀法制備取超細氫氧化鎂的較佳反應條件是：n(鹵水)/n(氫氧化鈉)/n(氨水)=1.0:1.9:0.5，鹵水濃度為3 mol/L, 氫氧化鈉濃度為6 mol/L，反應溫度為 80 ℃，反應時間為1 h。氫氧化鎂的收率為93.10%，純度為96.57%，平均粒徑為30 nm，以片狀為主。

［1］司徒杰生, 王光建, 張登高 . 化工產品手冊(無機化工產品, 第四版)[M]. 北京: 化學工業出版社, 2004 .

［2］向蘭, 吳會軍, 金永成. 阻燃型氫氧化鎂制備技術評述[J].海湖鹽與化工, 2001, 30( 5) : 1-4 .

［3］安田直樹. 氫氧化鎂超細粉末、其制備方法及其燃性樹脂組合物,中國發明專利公報: CN, 1356361A[P] .

［4］孫慶國, 肖學英, 宋明禮, 盂瑞英. 高分散氫氧化鎂的制備[J].鹽湖研究, 1999 , 7(2) : 34-42 .

［5］張琦, 胡偉康, 張立群. 納米氫氧化鎂/橡膠復合材料的性能研究[J].橡膠工業, 2004, 51: 14-19.

［6］劉立華, 陳建銘, 宋云華. 納米氫氧化鎂阻燃劑在軟質PVC中的研究應用[J].高校化學工程學報, 2004, 18(3): 45-47.

［7］朱亞先, 曾人杰, 劉新錦. MgO 納米粉制備及表征[J].廈門大學學報(自然科學版) , 2001, 40 (6): 1256- 1259 .

［8］Mitchell P C H, Wass S A. Propane dehydrogenation over molybdenum hydrotalcite catalysts [J].Applied Catalysis A: General, 2002, 225: 153-165.

［9］鄭榮光, 王芳. 氫氧化鎂處理含鉛廢水的研究.無機鹽工業[J]. 2000, 32(1): 26-27.

Experimental Investigation into Preparation of Ultrafine Magnesium Hydroxide by Using Direct Precipitation Method

YANG Gui-zhi1,2
（1. College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266042, China; 2. Shandong Career Development College, Shandong Jining 272067, China）

A new technology of producing ultrafine magnesium hydroxide from brine by using direct precipitation method was designed. The effect of type and dosage of dispersants on production properties was firstly investigated. Then, the effect of reaction temperature and reaction time on yield, purity, particle size and particle morphology was systematically researched. The optimum reaction conditions for preparation of ultrafine magnesium hydroxide by using direct precipitation method were obtained.

Ultrafine magnesium hydroxide; Brine; Sodium hydroxide; Direct precipitation method

TQ 426.94

A

1671-0460（2012）11-1182-03

2012-03-14

楊桂芝（1980-），女，山東濟寧人，助教，2006年畢業于曲阜師范大學化學工程與工藝專業，研究方向：從事化工工藝開發工作。E-mail：yangguizhi2006@163.com。