氯化鎂-白云石為原料制備氫氧化鎂的研究

鄭焱，何偉艷

（1.內蒙古化工職業學院化學工程系，內蒙古呼和浩特，010070；2.內蒙古工業大學）

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氯化鎂-白云石為原料制備氫氧化鎂的研究

鄭焱1，何偉艷2

（1.內蒙古化工職業學院化學工程系，內蒙古呼和浩特，010070；2.內蒙古工業大學）

采用分析純氯化鎂為原材料，以白云石經煅燒、消化得到的白云灰乳為沉淀劑制備氫氧化鎂。采用X射線衍射（XRD）、熱重差熱分析（TG-DTA）、掃描電鏡（SEM）等手段對產物做了表征，考察了影響氫氧化鎂質量的主要因素（如加料速率、陳化時間、反應溫度、氯化鎂濃度等）。結果表明，在加料速率為3 mL/min、陳化時間為1.5 h、反應溫度為60℃、氯化鎂濃度為2.0 mol/L時，可以實現鈣鎂的有效分離，得到高純度的氫氧化鎂產品。

氯化鎂；白云石：氫氧化鎂

氫氧化鎂由于具有特殊的性能，因此被廣泛應用于有機體阻燃劑、涂料、廢水處理及醫藥等領域。同時，白云石作為重要的鈣鎂資源，在中國的儲量極其豐富，具有廣泛的應用前景。目前，采用白云石制備氧化鎂的方法主要有碳化法、銨浸法、酸解法、鹵水法［1］等。但是，上述方法具有環境污染大、對酸液消耗量大、工藝復雜、對設備要求較高等缺點。與之相對，采用鹵水-白云石法制備氫氧化鎂擁有經濟環保的優勢［2］。

目前，以豐富廉價的海水、鹵水為原料生產高附加值的鎂鹽產品越來越受到人們的青睞。在美國、日本等發達國家已有商品化的氫氧化鎂產品銷售，如日本的神島化工公司以海水為原料生產了超細氫氧化鎂粉體［3-4］。筆者以氯化鎂-白云石為原料在不同的實驗條件下制備了高純度的氫氧化鎂產品，并考察了其最佳的合成條件，并對其機理做了探討，以期為研究人員提供借鑒。

1　實驗部分

1.1原理

白云石經高溫煅燒，可以得到主要成分為氧化鎂和氧化鈣的白云石灰。經消化反應，將產物與鹵水反應，可得到氫氧化鎂。在一般條件下，因為25℃時Mg（OH）2的平衡常數（5.5×10-12）遠小于Ca（OH）2的平衡常數（3.1×10-5），所以反應會進行得比較完全，濾液中的氯化鈣可作為副產品回收利用。實際過程中遇到的主要困難：1）在沉淀反應中，白云石灰與氫氧化鎂及鐵等雜質分離困難，導致雜質含量超標；2）反應后形成的濾液其過濾性能較差，需加過多的洗滌水，從而導致濾餅一級干燥設備能耗增加。

采用鹵水生產納米氫氧化鎂，工藝中最重要的技術關鍵之一是氫氧化鎂的過濾性能［5-6］。因此，研究工藝條件對納米氫氧化鎂沉降性能的影響，以確定最佳工藝條件，有助于為氫氧化鎂工業化生產提供可靠數據。

1.2實驗

1.2.1原料、試劑與儀器

原料：氯化鎂（分析純）；白云石原礦，實驗所用白云石原礦產于遼寧丹東，其成分見表1。

表1　白云石的主要成分%

試劑：乙二胺四乙酸（AR）、乙醇（AR）。

儀器：電子分析天平、恒溫磁力攪拌器、人工智能電阻爐（馬弗爐）、紫外可見分光光度計、STA 449C型差熱-熱重分析儀、D8 Advance型X射線衍射儀、JL-1166型激光粒度儀、JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡。

1.3實驗方法

破碎白云石至粒徑為100～300 μm，置于馬弗爐中，在1 000℃下煅燒2 h后得到白云石灰，密封防潮備用。稱取30 g白云石灰，用水潤濕，置于恒溫磁力攪拌儀上加熱，控制反應溫度為80～90℃，反應2 h，過篩至粒徑≤53 μm，靜置，去掉上層清液，配制成質量濃度為100 g/L的溶液。

為了使白云石灰乳完全反應，實驗中采用氯化鎂過量進行反應。將一定量的氯化鎂（1 mol/L）置于反應容器中，攪拌、升至一定溫度，按白云石中Ca與氯化鎂中Mg物質的量比為1∶1，滴加含有等物質的量的白云石灰乳。滴加完畢，繼續攪拌一定時間，靜置、過濾、除去上層清液（即CaCl2溶液），所得產物為一次反應沉淀。調配沉淀質量濃度為100 g/L，滴加1/2量的氯化鎂進行二次反應，反應條件同一次反應。除鈣，將制得乳液過濾、洗滌、干燥，即得氫氧化鎂粉體。

2　結果與討論

2.1煅燒溫度的影響

固定時間為2 h，考察了煅燒溫度對質量變化率的影響，結果見圖1。由圖1可見，在900℃時，煅燒溫度過低導致白云石分解不完全，出現欠燒現象，造成鈣的利用率偏低。當煅燒溫度超過950℃時，白云石質量變化率變動不大。這可能是在加熱過程中，由于熱傳導原因會使得顆粒內外溫差變大，造成白云石表面過燒從而降低了氫氧化鎂的活性［15］。綜合考慮，實驗選擇適宜的煅燒溫度為950℃。

圖1　煅燒溫度對白云石質量變化率的影響

2.2實驗條件對氫氧化鎂的影響

1）氯化鎂濃度。圖2為氯化鎂溶液濃度對氫氧化鎂含量的影響。由圖2可知，當氯化鎂濃度為1.0、2.0、3.0、4.0 mol/L時，實驗測得氫氧化鎂質量分數分別為97.5%、98.3%、98.0%和97.2%。在一定范圍內提高氯化鎂溶液的濃度，雖然不利于氫氧化鎂晶體的充分生長，卻有利于提高其純度。然而當氯化鎂濃度過高時，過飽和度也變高，晶體生長速度過快，會導致純度降低。綜合考慮，實驗選擇適宜的氯化鎂濃度為2.0 mol/L。

2）反應溫度。將白云石灰乳滴加到2 mol/L氯化鎂溶液中，在加料速率為3 mL/min、陳化時間為1.5 h的條件下，考察了反應溫度對Mg（OH）2的影響，結果見圖3。

Ca（OH）2溶解度隨溫度升高而降低，從而可使溶液中OH-降低；Mg（OH）2溶解度則隨溫度升高而增大。二者都使Mg（OH）2過飽和度降低，從而晶核生成速度降低。較高溫度時，晶體生長速度快。但高溫時氫氧化鈣的溶解度減小，不利于氫氧化鎂的生成，且會增加氫氧化鎂小顆粒的團聚程度。由圖3實驗可見，可以選擇適宜的反應溫度為60℃。

圖2　氯化鎂溶液濃度對氫氧化鎂純度的影響

圖3　反應溫度對氫氧化鎂純度的影響

3）陳化時間。將白云石灰乳滴加到2 mol/L氯化鎂溶液中，在反應溫度為60℃、加料速率為3 mL/min的條件下，考察了陳化時間對產品質量的影響，結果見圖4。由圖4可以看出，生成的Mg（OH）2在1.5 h時晶種較大，且產品過濾時間縮短，容易洗滌，產品平均粒徑增大，所得產品的沉降性能較好。綜合考慮，實驗選擇適宜的陳化時間為1.5 h。

4）滴加速度。圖5為氯化鎂溶液的滴加速度對氫氧化鎂質量的影響。由圖5可見，隨著滴加速度的增加，氫氧化鎂的純度也相應提高。當氯化鎂滴加速度達到3 mL/min時，氫氧化鎂質量分數達到最大，約為92%。綜合考慮，實驗選擇適宜的滴加速度為3 mL/min。

圖4　陳化時間對制備氫氧化鎂的影響

圖5　氯化鎂溶液滴加速度對氫氧化鎂質量的影響

2.3產品表征

圖6為產物氫氧化鎂的XRD譜圖。由圖6可見，產物的XRD衍射峰與標準卡片（PDF84-2164）一致，證明所得產物均為氫氧化鎂。

圖7為在反應溫度為60℃、氯化鎂濃度為2.0 mol/L、反應時間為2 h、加料時間60 min時，氫氧化鎂的SEM照片。由圖7可見，氫氧化鎂為片狀，平均粒徑為2 μm。

圖6　氫氧化鎂的XRD譜圖

圖7　氫氧化鎂SEM照片

圖8為實驗所得氧化鎂的TG-DTA曲線。由圖8 中DTA曲線可見，室溫～150℃時的吸熱峰是氫氧化鎂脫水的過程；在340～400℃階段的放熱峰是氫氧化鎂分解的過程。由TG曲線可見，氫氧化鎂在340～400℃時分解速度較快，此時的質量損失率約為25%。400℃以后質量不再發生變化，說明此時氫氧化鎂己完全分解為氧化鎂。

圖8　氫氧化鎂的TG-DTA曲線

3　結論

實驗結果表明，在反應溫度為60℃、氯化鎂濃度為2.0 mol/L、加料速率為3 mL/min、陳化時間為1.5 h的條件下，可以實現鈣鎂的有效分離，得到高純度的氫氧化鎂和氯化鈣產品。氫氧化鎂純度高、分散性好、粒徑小，所制備的氫氧化鎂產品為片狀結構。顯著改善了Mg（OH）2料漿的沉降、過濾性能。

［1］肖靜水，周耀輝.鹵水-白云石法制取氧化鎂中雜質鐵、錳的分布［J］.無機鹽工業，2006，38（1）：40-42.

［2］張汪年，鄧寧，梁偉杰，等.白云石制鎂鈣砂消化工藝及成型壓力研究［J］.無機鹽工業，2015，47（11）：42-46.

［3］Chen D，Zhu L，Zhang H．Magnesium hydroxidenanoparticles with controlled morphologies via wetcoprecipitation［J］.Materials Chemistry and Physics，2008，109：224-229.

［4］龐衛鋒，路強，汪瑾，等.超細氫氧化鎂的制備工藝與方法研究進展［J］．化學世界，2005，46（6）：376-380.

［5］張勝男，楊保俊，湯化偉，等.白云石相轉移法分離鈣鎂的工藝條件研究［J］.無機鹽工業，2015，47（11）：42-46.

［6］馮小平，張正文，謝峻林.輕燒白云石的煅燒工藝對活性的影響［J］.礦產綜合利用，2007（1）：13-15，25.

聯系方式：zhyyl2001@163.com

Study on preparation of magnesium hydroxide with magnesium chloride-dolomite as raw materials

Zheng Yan1，He Weiyan2
（1.Department of Chemical Engineering，Inner Mongolia V ocational College of Chemical Engineering，Hohhot 010070，China；2.Inner Mongolia University of Technology）

Magnesium hydroxide was prepared with the analytic-pure magnesium chloride as raw materials，and dolomite lime milk got from the calcination and digestion of dolomite，as the precipitating agent.The products were characterized by the X-ray diffraction（XRD），thermal gravimetric and differential thermal analysis（TG-DTA），and scanning electron microscopy（SEM）etc..The main influencing factors，such as reaction temperature，chloride magnesium concentration，feeding speed，and aging time on the quality of the magnesium hydroxide were investigated.Results showed that under the feed rate of 3 mL/min，aging time of 1.5 h，reaction temperature of 60℃，and magnesium chloride concentration of 2.0 mol/L，the effective separation of calcium and magnesium could be realized and high purity magnesium hydroxide products could be obtained.

magnesium chloride；dolomite；magnesium hydroxide

TQ132.2

A

1006-4990（2016）08-0052-03

2016-02-10

鄭焱（1978—），女，講師，碩士，主要從事無機合成研究及煤化工教學工作。