磷尾礦制備氫氧化鎂研究進(jìn)展

孫娜 尤彩霞

摘 要：氫氧化鎂在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而大部分磷尾礦中含有豐富的鎂資源。本文系統(tǒng)介紹了通過(guò)磷尾礦回收鎂資源制取氫氧化鎂的途徑和方法，指出了磷尾礦回收利用的社會(huì)價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：磷尾礦;氫氧化鎂;回收利用

中圖分類號(hào)：TQ132.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）10-0126-02

Abstract： Magnesium hydroxide is widely used in industry. Most phosphorus tailings contain abundant magnesium resources. The ways of producing magnesium hydroxide from phosphorus tailings were introduced systematically to recover magnesium resources. The social value and significance of phosphate tailings recovery and utilization were pointed out.

Keywords： phosphorus tailings;magnesium hydroxide;recycling

高分子材料日益發(fā)展，橡膠、塑料及纖維等合成材料廣泛應(yīng)用于建筑、化工、交通等行業(yè)。由于高分子材料具有易燃的特點(diǎn)，因此，其阻燃技術(shù)備受關(guān)注。氫氧化鎂是一種新型環(huán)保的填充型阻燃劑，可作為煙氣脫硫劑，也可代替石灰和燒堿作為含酸廢水的中和劑。氫氧化鎂具有良好的反應(yīng)活性、吸附能力、緩沖性能及熱分解性能等，常用于電子行業(yè)、制藥工業(yè)、日用化工和建筑行業(yè)等。

磷礦石中，鎂是相對(duì)含量較豐富的雜質(zhì)之一。雖然我國(guó)磷礦資源豐富，但80%的磷礦資源為中低品位磷礦。為滿足濕法磷酸工藝要求，必須運(yùn)用選礦技術(shù)對(duì)磷礦進(jìn)行浮選，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的磷尾礦。例如，甕福磷礦浮選后得到的磷尾礦，主要成分為CaMg（CO3）2及Ca5F（PO4）3，其中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)16%～19%，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%～9%，屬高鎂低品位磷礦。低品位磷礦如果不回收利用而任意堆放，一方面占用大量土地資源，造成資源浪費(fèi)，另一方面污染環(huán)境。因此，將高鎂低品位磷礦中的鎂元素回收并制取氫氧化鎂，有利于礦產(chǎn)資源的綜合利用。

1 磷尾礦的產(chǎn)生原因和現(xiàn)狀

磷元素是動(dòng)植物生長(zhǎng)必不可少的元素之一，主要來(lái)源于磷礦。磷礦是磷酸鹽類礦物的總稱，是一種重要的礦產(chǎn)資源，是制取磷肥的主要來(lái)源。由于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，磷肥的需求量越來(lái)越大，需開(kāi)采更多的磷礦。磷尾礦的產(chǎn)生主要是由于現(xiàn)在磷礦原礦開(kāi)采出的品位達(dá)不到生產(chǎn)濕法磷酸的要求，需進(jìn)行選礦。選礦后磷礦分為兩部分：一部分是磷精礦，用于生產(chǎn)磷酸、磷銨等產(chǎn)品;另一部分是磷礦尾礦，一般堆置在磷尾礦庫(kù)。

目前，大部分磷尾礦作為廢棄物直接露天堆放在尾礦庫(kù)，占用大量的土地，且污染周圍環(huán)境。尾礦中含有一定量的藥劑和重金屬，堆放過(guò)程中滲透到土壤和河流，將嚴(yán)重污染地下水資源和地表水資源。如果磷尾礦長(zhǎng)期堆積而無(wú)法有效利用，將導(dǎo)致磷尾礦庫(kù)超負(fù)荷使用，安全隱患極大，因此必須進(jìn)行回收利用。

2 磷尾礦回收制備氫氧化鎂的研究現(xiàn)狀

磷尾礦中鎂含量相對(duì)較高，是一種高鎂低磷礦物。膠磷礦顆粒非常細(xì)，若采用選礦的方法分離鎂，存在能耗高、磷損失大的問(wèn)題;若采用硫酸鹽或弱酸的方法進(jìn)行化學(xué)脫鎂，耗酸量大且成本高。因此，將磷尾礦中的鎂回收，可降低生產(chǎn)成本，并獲得利潤(rùn)。綜合利用鎂的有效途徑是獲取氫氧化鎂。氫氧化鎂作為阻燃劑應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)前景廣闊。

2.1 硝酸酸解制備氫氧化鎂

磷尾礦主要為高鎂鈣白云石，以磷尾礦為原料，利用硝酸復(fù)合溶液將磷尾礦酸解除去雜質(zhì)獲得鎂源，并加入沉淀劑反應(yīng)獲得氫氧化鎂。通過(guò)考察不同沉淀劑和pH值對(duì)產(chǎn)物純度和鎂回收率的影響，最終確定氨水為沉淀劑。優(yōu)化反應(yīng)條件，確定反應(yīng)pH值為11.5時(shí)，將氨水滴加速度調(diào)整為1.5mL/min，沉化時(shí)間為120min，沉淀反應(yīng)溫度控制在45℃，得到鎂的回收率為89.86%，產(chǎn)物氫氧化鎂純度達(dá)到94.03%。通過(guò)XRD衍射表征，確定為氫氧化鎂。經(jīng)掃描電鏡和激光粒度分布測(cè)試發(fā)現(xiàn)，氫氧化鎂晶形較好，但存在二次團(tuán)聚現(xiàn)象，回收鎂的整體效果較好[1]。

采用硝酸對(duì)磷礦進(jìn)行浮選，浮選尾礦與循環(huán)液混合配成液固比為3：1的料漿。通過(guò)條件優(yōu)化，確定酸浸時(shí)間為150min，酸浸體系pH值為2.5，反應(yīng)溫度為50℃，可實(shí)現(xiàn)94.26%的脫鎂率[2]。通過(guò)調(diào)節(jié)pH值可分離酸浸液中的金屬離子，從而制取高純度氫氧化鎂。

2.2 鹽酸酸解制備氫氧化鎂

甕福磷礦區(qū)屬于中低品位磷礦，鎂含量較高。利用鹽酸酸化溶解磷尾礦粉末，當(dāng)控制pH值為1～2時(shí)，磷尾礦中的鈣鎂化合物完全溶解而磷灰石不溶解[3]。通過(guò)條件優(yōu)化，向酸解液中加入氫氧化鈣，控制pH值為9～10時(shí)，鎂離子的置換率最高，并形成氫氧化鎂沉淀，濾渣中鎂含量達(dá)到91.5%。向?yàn)V液中加入碳酸氫鈉溶液，控制pH值為7左右，可進(jìn)一步回收濾液中的鎂離子和鈣離子。

2.3 碳化法制備氫氧化鎂

將磷尾礦煅燒后的粉末加水消化，得到氫氧化鎂和氫氧化鈣的混合溶液。向溶液中通入CO2進(jìn)行碳化，當(dāng)CO2流量為2.0mL/min時(shí)，剛好全部被吸收。碳化過(guò)程中，溶液pH值由12.3降至6.5，并趨于穩(wěn)定，得到的濾液為碳酸氫鎂溶液。向?yàn)V液中加入氨水形成氫氧化鎂沉淀，過(guò)濾干燥得到氫氧化鎂固體，同時(shí)濾液可副產(chǎn)碳酸氫銨。通過(guò)碳化法可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)96%以上的氫氧化鎂[4]。

2.4 水洗-碳化法制備氫氧化鎂

為回收磷尾礦中的鎂，先將磷尾礦烘干粉碎并煅燒，然后將煅燒后的磷尾礦加入蒸餾水水洗并過(guò)濾。將濾渣二次水洗，同時(shí)通入足量的CO2進(jìn)行二次碳化，過(guò)濾得到的濾液為碳酸氫鎂溶液。向溶液中加入氨水，即可生成固體氫氧化鎂，純度可達(dá)到96.33%。二次水洗得到的濾渣為磷礦，同時(shí)有效回收利用了煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的CO2[5]。

2.5 濃硫酸酸解制備氫氧化鎂

采用濃硫酸酸解磷尾礦，過(guò)濾并向?yàn)V液中加入雙氧水除雜，得到濾液為硫酸鎂溶液。向溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值，沉化得到氫氧化鎂沉淀，然后過(guò)濾，并將濾餅置于65℃真空干燥至恒重，即可得到氫氧化鎂[6]。

2.6 氨循環(huán)法制備氫氧化鎂

采用氨循環(huán)法回收磷尾礦中的鎂，制取氫氧化鎂。先將磷尾礦煅燒后加水消解，并向溶液中加入一定量的氯化銨，加熱至無(wú)氨氣放出。過(guò)濾后向?yàn)V液中分多次加入碳酸銨碳化，并多次過(guò)濾。向?yàn)V液中加入濃氨水，以析出氫氧化鎂，得到的氫氧化鎂純度可達(dá)到90%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氨和CO2的循環(huán)利用[7]。

3 結(jié)論

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展提倡綠色化工，需綜合利用各種廢棄物，如磷尾礦。磷尾礦中含有豐富的鎂資源，而氫氧化鎂是一種較好的阻燃劑，廣泛應(yīng)用于高分子材料領(lǐng)域。因此，高效回收磷尾礦中的鎂資源具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

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[7]孫娜，尤彩霞，胡亞偉.磷尾礦氨循環(huán)法分離鈣鎂制取氫氧化鎂碳酸鈣的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2018（3）：57-59.