直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂的實(shí)驗(yàn)研究

楊 桂 芝

（1. 青島科技大學(xué)化工學(xué)院，中國(guó) 青島 266042; 2. 山東理工職業(yè)學(xué)院， 中國(guó) 濟(jì)寧 272067）

直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂的實(shí)驗(yàn)研究

楊 桂 芝1,2

（1. 青島科技大學(xué)化工學(xué)院，中國(guó) 青島 266042; 2. 山東理工職業(yè)學(xué)院， 中國(guó) 濟(jì)寧 272067）

設(shè)計(jì)了以鹵水為主要原料的直接沉淀法生產(chǎn)超細(xì)氫氧化鎂的工藝。首先考察了分散劑的種類和用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的收率、純度、粒徑及顆粒形態(tài)等影響，獲得了直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂的較佳反應(yīng)條件。

超細(xì)氫氧化鎂；老鹵；氫氧化鈉；直接沉淀法

氫氧化鎂作為一種環(huán)境友好的阻燃劑在國(guó)內(nèi)外日益受到重視，已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)[1-4]。制備超細(xì)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(duì)材料的加工性能和機(jī)械力學(xué)性能的影響大為降低[5,6]。超細(xì)氫氧化鎂還可以制備超細(xì)氧化鎂。超細(xì)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(chǔ)量較大，僅有少量的鎂資源用來(lái)生產(chǎn)廉價(jià)的六水氯化鎂和七水硫酸鎂。目前鉀肥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量高鎂鹵水（老鹵）大多采取遠(yuǎn)距離排回鹽湖,成為鹽湖開發(fā)過(guò)程中的“鎂害”。“鎂害”問(wèn)題己成為制約鹽湖資源綜合開發(fā)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(chǎn)品方向發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題，本文采用直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂，以獲得超細(xì)氫氧化鎂的較佳合成工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及鹵水組成

實(shí)驗(yàn)所用主要原料和鹵水主要組成分別見表1和表2。

表1 實(shí)驗(yàn)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(cè)； Li+、Ma+、K+、Mg2+、Cl-、 F-、Br-、NO3-、NH4+、Ca2+和Sr2+采用DIONEX DX-120型離子色譜檢測(cè); HBO3采用化學(xué)法分析。

1.2 主要儀器

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所用儀器Table 3 Main equipments for the present experiment

1.3 直接沉淀法生產(chǎn)工藝

直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂生產(chǎn)工藝見圖1所示。

（1）將12.5 mL氨水(4 mol/L)，12 mL水和相應(yīng)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(nèi)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(yīng)1 h。

（3）反應(yīng)結(jié)束后，轉(zhuǎn)移到燒杯中，靜置陳化后抽慮。濾餅用乙醇洗滌，干燥得產(chǎn)品。

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

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑種類和用量對(duì)產(chǎn)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(yīng)時(shí)間1 h的條件下，考察了4種不同類型分散劑對(duì)氫氧化鎂顆粒形態(tài)的影響。分散劑反應(yīng)前加入，用量均為3%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2，圖中MF表示分散劑。

圖2 分散劑類型對(duì)氫氧化鎂顆粒形態(tài)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(duì)氫氧化鎂的粒度、過(guò)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(chǎn)品的純度最低，但產(chǎn)品較易過(guò)濾，過(guò)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(tuán)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(duì)氫氧化鎂顆粒形態(tài)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(guò)濾更加容易。當(dāng)Wt= 3.0 %時(shí)，過(guò)濾較快，分散較好，少量團(tuán)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(jié)果，Wt= 3.0 %時(shí)為較適宜用量。

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

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)超細(xì)氫氧化鎂性能的影響

在氯化鎂濃度3 mol/L, 保溫反應(yīng)時(shí)間為1 h，MF-1型分散劑，其用量Wt= 3.0 %條件下，考察了反應(yīng)溫度對(duì)超細(xì)氫氧化鎂性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可見，反應(yīng)溫度對(duì)氫氧化鎂的收率、純度影響不大，但對(duì)其粒度、過(guò)濾性能、純度及粒子的分散都有較大影響。溫度為40 ℃和60 ℃時(shí)，過(guò)濾速度較慢；溫度為80 ℃和100 ℃時(shí)，過(guò)濾速度較快。溫度為80 ℃時(shí)分散效果最好，少量團(tuán)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(shí)，產(chǎn)品團(tuán)聚較嚴(yán)重，棒狀物較多，粒徑范圍增大，平均粒徑變大。由此可見，反應(yīng)較適宜溫度為80 ℃。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)超細(xì)氫氧化鎂性能的影響

應(yīng)用MF-1型分散劑，其用量Wt= 3.0%，反應(yīng)溫度為80 ℃條件下考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)超細(xì)氫氧化鎂性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可見，反應(yīng)時(shí)間對(duì)氫氧化鎂的收率、純度、粒度、過(guò)濾性能及粒子的分散都有較大影響。反應(yīng)時(shí)間4 h，收率最高；反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)，純度為95.86%，比較理想。反應(yīng)時(shí)間增加，過(guò)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(chǎn)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(tuán)聚，不太理想。反應(yīng)時(shí)間為1 h ，分散較好，分散性能最好，產(chǎn)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(wú)團(tuán)聚。綜合以上結(jié)果，反應(yīng)時(shí)間為1 h較適宜。

表4 反應(yīng)溫度對(duì)氫氧化鎂性能的影響Table 4 Effect of reaction temperature on properties of MgOH

表5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氫氧化鎂性能的影響Table 5 Effect of reaction time on properties of MgOH

3 結(jié) 論

（1） 控制超細(xì)氫氧化鎂團(tuán)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(xì)氫氧化鎂的較佳反應(yīng)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(yīng)溫度為 80 ℃，反應(yīng)時(shí)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(chǎn)品手冊(cè)(無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品, 第四版)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004 .

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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(jì)寧人，助教，2006年畢業(yè)于曲阜師范大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：從事化工工藝開發(fā)工作。E-mail：yangguizhi2006@163.com。