銨解水鎂石工藝條件研究

趙丹丹，沙聰聰，韓春玉，羅根祥，劉春生

（遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院， 遼寧 撫順 113001）

鎂及鎂合金被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”正被廣泛研究［1,2］。水鎂石是含鎂主要礦石之一，其主要成分為Mg(OH)2，目前應(yīng)用范圍非常廣泛,經(jīng)過超細(xì)粉碎和表面改性后,作為阻燃劑[3,4]廣泛填加于塑料、樹脂、電纜等行業(yè)中,具有優(yōu)越的環(huán)保性能，它同時(shí)是制備氯化鎂[5-7]、氧化鎂[8]的原料之一。我國目前探明的水鎂石礦儲量約2 400萬t，主要分布在東北（遼寧、黑龍江等地）和陜西黑木林等地。與國外相比，國內(nèi)對水鎂石的應(yīng)用研究還處于初級階段，應(yīng)用領(lǐng)域還有一定的局限性，所以開發(fā)和利用好水鎂石的空間很大。目前研究熱點(diǎn)主要集中在如何溶解水鎂石中的鎂，已取得一定的進(jìn)展[9]，但沒有考慮銨鹽種類對水鎂石溶解的影響，也沒有在此基礎(chǔ)上對銨鹽溶解水鎂石工藝條件進(jìn)行深入研究。

本文對銨解水鎂石反應(yīng)條件進(jìn)行了進(jìn)一步研究，考察了銨鹽種類、濃度配比、反應(yīng)溫度、及反應(yīng)時(shí)間等因素對水鎂石溶解的影響，以期尋求最佳的工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

試劑：水鎂石礦粉（遼寧省丹東市寬甸縣慶春水鎂石礦業(yè)有限公司提供）、NH4Cl（分析純）、(NH4)2SO4（分析純）、三乙醇胺、酸性鉻藍(lán) K指示劑（分析純）、奈酚綠 B指示劑（分析純）、EDTA（分析純）。

儀器：L2290083型磁力攪拌器（杭州儀器電機(jī)廠）、AUY120電子分析天平（日本島津公司）、MXL(D)-02馬弗爐(合肥日新高溫技術(shù)有限公司)、HH-SA型超級恒溫油浴（金壇市科析儀器有限公司）。

1.2 銨解過程及分析

1.2.2 浸出液中鎂含量的分析

用移液管準(zhǔn)確量取一定量含有鎂離子的溶液于錐形瓶中，加入一定量水以稀釋溶液，再加入一定量三乙醇胺作為掩蔽劑來排除其中少量鐵、鋁、錳等離子對測定的影響，最后加入氨性緩沖溶液、酸性鉻藍(lán)K溶液及萘酚綠B溶液，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由晴紅色變?yōu)樗{(lán)綠色為止，根據(jù) EDTA的濃度和用量來計(jì)算其中的鎂含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同銨鹽種類對水鎂石溶解度的影響

選擇氯化銨和硫酸銨分別和水鎂石進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 80 ℃，水鎂石和銨鹽的物質(zhì)的量比均為1∶20，反應(yīng)時(shí)間為2 h。按照上述實(shí)驗(yàn)方法測定反應(yīng)后溶液中鎂離子的含量，測定結(jié)果見圖1。

圖1 不同種類的銨鹽對水鎂石溶解度的影響Fig.1 The effect of different ammonium salt on the solubility of brucite

從圖1可以看出，在相同的反應(yīng)條件下，氯化銨溶液中水鎂石的溶解效果最好，反應(yīng)后溶液中鎂離子濃度可以達(dá)到1.805%。因此，本研究選用氯化銨作為最佳的銨鹽來繼續(xù)考察水鎂石在銨鹽溶液中溶解的最佳工藝條件。

2.2 不同配比對水鎂石溶解度的影響

在反應(yīng)溫度為80 ℃、反應(yīng)時(shí)間為2 h的條件下，水鎂石和氯化銨以物質(zhì)的量比分別為1∶16、1∶18、1∶20、1∶22、和 1∶24的配比進(jìn)行反應(yīng)，然后測定溶液中鎂離子的含量，測定結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同配比對水鎂石溶解度的影響Fig.2 The effect of different mixture ratio on the solubility of brucite

由圖2可以看出，在相同溫度、相同反應(yīng)時(shí)間條件下，反應(yīng)溶液中鎂離子濃度隨著氯化銨比例的增大逐漸增大，當(dāng)水鎂石和氯化銨的物質(zhì)的量比為1∶22時(shí)，氯化銨的溶解能力達(dá)到最大，此時(shí)，溶液中鎂離子含量為2.015%。之后再繼續(xù)增加氯化銨的量，溶液中鎂離子的含量基本保持不變，因此，水鎂石在氯化銨溶液中溶解的最佳配比為1∶22。

2.3 不同反應(yīng)溫度對水鎂石溶解度的影響

在水鎂石和氯化銨按物質(zhì)的量比為 1∶22、反應(yīng)時(shí)間為2 h的條件下，分別測定溫度為20，40，60，80，100 ℃條件下溶液中鎂離子的含量，測定結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同反應(yīng)溫度對水鎂石溶解度的影響Fig.3 The effect of different temperature on the solubility of brucite

由圖3可以看出，在水鎂石和氯化銨的物質(zhì)的量比為1︰22、反應(yīng)時(shí)間為2 h的條件下，隨著反應(yīng)溫度的升高，溶液中鎂離子的濃度逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)溫度為 100 ℃時(shí)，溶液中的鎂離子濃度達(dá)到最大，為2.46%，此時(shí)，氯化銨具有良好的溶解能力。因此，水鎂石在氯化銨溶液中溶解的最佳反應(yīng)溫度為100 ℃。

2.4 不同反應(yīng)時(shí)間對水鎂石溶解度的影響

在水鎂石與氯化銨的物質(zhì)的量比為 1︰22、反應(yīng)溫度為 100 ℃的條件下，測定反應(yīng)時(shí)間分別為60，80，100，120，140 min時(shí)溶液中鎂離子的含量，測定結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同反應(yīng)時(shí)間對水鎂石溶解度的影響Fig.4 The effect of different time on the solubility of brucite

由圖4可以看出，在水鎂石和氯化銨的物質(zhì)的量比為1∶22、反應(yīng)溫度為100 ℃的條件下，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，溶液中鎂離子的濃度逐漸增大，在60～100 min時(shí)間段內(nèi)，隨著時(shí)間的延長，溶液中鎂離子的濃度增大較快，反應(yīng)時(shí)間延長至大于100 min后，溶液中鎂離子濃度增加速度變小，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到120 min時(shí)，溶液中鎂離子濃度達(dá)到最大值2.46 %，之后溶液中鎂離子的濃度不再隨反應(yīng)時(shí)間的延長發(fā)生變化。因此，水鎂石在氯化銨溶液中溶解的最佳反應(yīng)時(shí)間為120 min。

3 結(jié) 論

（1）氯化銨較硫酸銨相比能有效溶出水鎂石中的鎂離子，且反應(yīng)中產(chǎn)生的氨氣用水吸收可再利用，該方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，具有良好的應(yīng)用前景。

（2）氯化銨溶出水鎂石中的鎂離子的最佳工藝條件是：水鎂石與氯化銨的物質(zhì)的量配比為1∶22，反應(yīng)溫度為100 ℃，經(jīng)過2 h的反應(yīng)溶液中鎂離子濃度達(dá)到最大值2.46%。

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