由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂

張士航

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂

張士航

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

首先采用化學分析法測定制鹽母液中各個離子的濃度，通過單因素實驗來確定制備堿式碳酸鎂的適宜反應溫度。在確定的實驗條件下制備出堿式碳酸鎂，用XRD分析堿式碳酸鎂的晶體結構、以SEM圖分析其表面形貌。進一步實驗可制備出氧化鎂晶須，以SEM分析其結構和形貌。

制鹽母液；堿式碳酸鎂；氧化鎂

制鹽母液又稱苦鹵，即曬鹽以后產生的母液。母液中含有大量的鈉、鎂、鉀等無機鹽，是極具價值的資源寶庫[1]，如何合理利用制鹽母液、制備出適宜的產品是值得探討和研究的課題。我國于二十世紀六十年代開發出兌鹵法制鹽母液綜合利用技術，此后很多學者進行了制鹽母液制備鎂鹽、鉀鹽等產品的研究，王蕾、邵明浩、吳鍵松、朱國材、程文婷等對碳酸鎂、堿式碳酸鎂的制備、結構和表征等進行了研究[1-5]，王在華，朱國材等對氧化鎂的制備條件等進行了探索[1,4]。

本文以制鹽母液(苦鹵)為主要原料，制備出堿式碳酸鎂和氧化鎂晶須，對制備條件等進行了研究。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器設備

實驗試劑：四苯硼鈉、氧化鋅、氫氧化鈉、氨水、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氯化鉀、鹽酸、氯化鈉、氯化鋇、硝酸汞、氯化銨、EDTA等化學試劑均為分析純試劑，制鹽母液取自濰坊羊口鹽場，密度1.261 g/mL(25℃)，去離子水。

實驗儀器設備：T-1200NT真空管式爐，鄭州天縱電氣設備有限公司；S-4800高分辨場發射掃描電子顯微鏡，德國Eppendorf公司；D/max-rA型X射線衍射儀，日本理學公司；SHA-C恒溫震蕩器，常州智博瑞儀器制造有限公司；Nano-ZS90型納米粒度及ZETA電位分析儀，英國馬爾文公司；CRY-2P差熱分析儀，上海天平儀器廠。

1.2 分析方法

制鹽母液中含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-等組分，實驗對各離子采用化學分析法測定：采用四苯硼酸鉀重量法測定母液中K+含量；采用EDTA絡合滴定法測定Mg2+和Ca2+含量(分別測定鈣離子含量、鈣鎂離子總量計算得到)；采用汞量法測定Cl-含量；采用硫酸鋇重量法測定SO42-含量，最后用差減法計算Na+含量。

1.3 堿式碳酸鎂的制備

將取自濰坊羊口鹽場的制鹽母液(即苦鹵)沉降過濾除去懸浮物，用去離子水將制鹽母液稀釋到一定濃度，然后用配好的pH值=10.24的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液調節制鹽母液的pH值，把pH值調到8～9左右，(如果含有Ca2+，會在該階段生成白色沉淀CaCO3，過濾除去CaCO3)，加入一定濃度的碳酸鈉溶液，在不斷攪拌條件下于一定溫度下反應，反應一段時間后保溫陳化，然后過濾、干燥至恒重，可制得堿式碳酸鎂。母液可以去其它工序制備鉀鹽、鈉鹽等。

本實驗是通過向pH值和濃度一定的制鹽母液中加入碳酸鈉制備堿式碳酸鎂，其對堿式碳酸鎂的產率影響因素：(1)制鹽母液濃度(以水與制鹽母液的體積比表示)；(2)碳酸鈉用量，根據初步實驗結果確定用濃度為1.00mol/L碳酸鈉溶液為反應時加入的原料(碳酸鈉溶液與制鹽母液的體積比表示實驗用量)；(3)反應時間(單位：h)；(4)反應溫度(單位：℃)。

在預實驗基礎上，可以確定制鹽母液制取堿式碳酸鎂的實驗條件：(1)濃度取水∶制鹽母液=0.6∶1(體積比)，(2)碳酸鈉∶制鹽母液=2.6∶1(體積比)，(3)反應時間取70 h。然而，反應溫度對實驗結果的影響較大需要做單因素實驗，分別取40、50、60、70、80、90℃下進行實驗。以反應溫度為橫坐標，堿式碳酸鎂的收率為縱坐標作圖，確定制備堿式碳酸鎂的適宜反應溫度。

在上述實驗條件都確定情況下制備堿式碳酸鎂，并用XRD和SEM對其進行表征。

1.4 氧化鎂的制備

將制備的堿式碳酸鎂在一定的溫度下升溫焙燒制備出氧化鎂。稱取一定質量的堿式碳酸鎂置于瓷坩堝中，在T-1200NT型管式爐中，通過程序升溫灼燒制備氧化鎂，升溫程序設定為室溫-100℃/25min、100℃/20min、100～350℃/50min、350℃/30min、350～550℃/40min、550℃/60min。對制得的產物通過SEM電鏡分析。

2 實驗結果與分析

2.1 制鹽母液的分析結果

采用上述分析方法對實驗原料中各類離子進行分析，其制鹽母液的組成如表1所示。

表1 制鹽母液組成Table 1 Themain components of the bitter brine

由表1可知，Mg2+在制鹽母液中的濃度為1.9136 mol/L，從而為制備堿式碳酸鎂中計算產率提供實驗數據。

2.2 反應溫度對堿式碳酸鎂收率的影響

在其他實驗因素不變的情況下，對反應溫度做單因素實驗,堿式碳酸鎂的收率與溫度關系如圖1所示。

圖1 反應溫度對鎂離子收率的影響Fig.1 The effect of reaction temperature on the yield of magnesium ion

由圖1可以看出，隨著反應溫度的升高，制鹽母液中鎂離子的收率呈先上升后下降的趨勢。當反應溫度為70℃時，堿式碳酸鎂的收率最高，達到98.4(wt)%。從圖中可知在其他實驗因素不變的情況下，溫度對鎂離子的收率影響很大。為使回收較多的鎂離子，應選擇選擇最佳反應溫度為70℃。

2.3 堿式碳酸鎂的表征

由上述實驗可知制備堿式碳酸鎂的適宜條件為：反應時間為70 h，反應溫度70℃，水：制鹽母液(體積比)為0.6∶1，碳酸鈉：制鹽母液(體積比)為2.6∶1。

堿式碳酸鎂的SEM圖如圖2所示。

圖2 堿式碳酸鎂的SEM圖Fig. 2 The magnesium carbonate SEM

由圖2可以看出，實驗制備的堿式碳酸鎂為規則球形，其大小均一，其球體顆粒的直徑為10～30μm，表面光滑，而且其他雜質較少，物質比較純凈。

由圖3為實驗條下制備的產物XRD圖，由圖可以看出產物結晶較好，其與堿式碳酸鎂4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O粉末的標準衍射圖基本一致，而且其衍射峰強度較高、峰型較尖銳，說明雜質較少，符合進一步實驗的要求。

圖3 堿式碳酸鎂的XRD圖

Fig.3 The magnesium carbonate XRD2.4 氧化鎂晶須的制備

制備氧化鎂的SEM如圖4所示。

圖4 氧化鎂產品的SEM圖Fig.4 The SEM map of magnesium oxide products

由圖4可以看出，焙燒制成的氧化鎂晶須長度在20～200μm之間，長徑比為4～30，大多分布在10～20之間。

3 結論

(1)對制鹽母液中各個離子濃度進行化學分析，得到各個組分的濃度。

(2)對制備堿式碳酸鎂的反應溫度做單因素實驗，得到實驗條件下產率最大的適宜溫度。從而確定由制鹽母液制備堿式碳酸鎂的適宜條件為：反應時間為70 h，反應溫度70℃，水：制鹽母液(體積比)為0.6∶1，碳酸鈉：制鹽母液(體積比)為2.6∶1。制備的堿式碳酸鎂為球形，直徑10～30μm。

(3)氧化鎂晶須長度在20～200μm之間，長徑比為4～30，大多分布在10～20之間。

[1] 王 蕾,王勝國.堿式碳酸鎂熱解機理研究進展[J].化學工程師,2009,13(2):42-45.

[2] 王在華,馮 剛,孫慶國,等.堿式氯化鎂和氧化鎂晶須的制備與表征[J].鹽湖研究,2007,15(4)：40-43.

[3] 邵明浩，史永剛，胡澤善.碳酸鎂晶須的制備、表征與分析方法[J].后勤工程學院學報,2008，24(1)：37-40.

[4] 吳鍵松,梁海群,黃雪清.徐聞鹽場苦鹵制備Mg2(OH)2CO3·3H2O晶須[J].人工晶體學報,2015,44(6):1713-1716.

[5] 朱國材,孟廣州,袁少剛.堿式碳酸鎂的形成過程及氧化鎂含量控制[J].非金屬礦,2002,25(3):16-18．

[6] 程文婷,李志寶,柯家駿.MgCO3·H2O 晶體生長及晶形的影響因素[J].中國有色金屬學報，2008,18(1):231-235.

(本文文獻格式：張士航.由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂[J].山東化工,2017,46(15):23-24,27.)

Preparation of Basic Magnesium Carbonate and Magnesium Oxide from Mother Liquor of Salt Production

ZhangShihang

(College of Chemical Engineering,Qingdao University of Science&Technology,Qingdao 266042,China)

Firstly,the concentration of each ion in the mother liquor of salt production was determined by chemical analysis. The optimum reaction temperature for preparing basic magnesium carbonate was determined by single factor experiment. Basic magnesium carbonate was prepared under certain experimental conditions. The crystal structure of basic magnesium carbonate was analyzed by XRD,and its surface morphology was analyzed by SEM diagram. The Magnesium Oxide whiskers can be prepared by further experiments and their structures and morphologies are analyzed by SEM.

mother liquor for salt production;basic magnesium carbonate;magnesium oxide

2017-05-22

張士航(1982—)，男，山東青島人，在讀研究生，工程師，研究方向：化工材料與分離工程。

TQ132.2

A

1008-021X(2017)15-0023-02