《武汉工程大学学报》  2008年02期 88-90   出版日期：2008-02-28   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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白云石制备氢氧化镁的工艺研究


0引言氢氧化镁是一种弱碱，与较强碱性物料，如石灰、烧碱、纯碱等相比，具有缓冲性大、活性大、吸附能力强、不具腐蚀性、安全可靠、无毒无害等优点［1］.氢氧化镁吸附力强，活性大，料浆状产品流动性好，易输送、贮存，使用和调节方便，在国外广泛用于环保领域，可作为工业含酸废水的中和剂，工矿企业和矿井排放物中重金属的脱除剂，排烟脱硫剂，土地酸雨处理和pH值调节剂［2］.氢氧化镁经特殊处理后又是一种无机添加型无毒阻燃剂，具有阻燃、阻滴、填充等多重性能［3］.有关氢氧化镁的研究开发和生产十分活跃，其应用领域不断开拓，具有广阔的市场前景.白云石的主要成分是MgCO3·CaCO3，分布于我国的各个省区，储量大，具有广泛的应用前景.以白云石为原料生产的镁系列产品在国民经济建设中有着举足轻重的作用， 它主要用作耐火材料、密封材料、化学建材、橡胶、高级陶瓷材料、电气绝缘材料等领域［4］.目前，以白云石为原料制备氢氧化镁的方法主要有石灰法 、氨法以及NaOH法等［56］.氨法和其他制备氢氧化镁的方法相比，技术路线新颖、合理，工艺简单，原料廉价易得，利用率高，生产成本较低，且生产对环境无污染，具有较高的工业价值.但现在常用的氨法都是将白云石分解为氧化镁和氧化钙后进行提取，这样不仅消耗了大量的能源，也造成了氨循环量大的缺点，同时氨泄露也会造成一定的环境污染.本文对氨法工艺进行了改进，首先将白云石分解为碳酸钙和氧化镁，使用流变相反应法提取镁离子［79］，并使用氨水沉淀获得氢氧化镁.本工艺具有能耗低，工艺简单，氨循环量小的优点.1实验1.1实验工艺路线以白云石为原料，利用氨水或液氨生产氢氧化镁系列产品新工艺流程如图1所示.将经过煅烧的白云石粉与硫酸铵按照一定比例混合，经过充分研磨，然后移入反应器中在一定的温度下进行反应（期间产生的氨气可以通入沉淀工序中）.经过几次洗涤、过滤工序后，将滤渣转移出用于生产其他产品.将滤液送去同氨水进行沉淀反应，生成氢氧化镁沉淀.再进行过滤，期间洗涤几次.滤饼为氢氧化镁，滤液送去加热，将产生的氨气通入沉淀工序，滤液循环到反应器中重复利用.图1氨法制备氢氧化镁工艺流程图
Fig.1Procession of preparation magnesium hydroxid by ammnoia method以白云石为原料，利用氨水或液氨生产氢氧化镁系列产品新工艺流程有以下几个关键问题：（1）确定镁提取条件：反应过程采用了流变相反应法，反应能够进行得更加充分，得到更纯净的化合物，且产物产率高.（2）氨循环量：在沉淀过程中有铵盐生成，能使氢氧化镁溶解，确定合适的氨铵比对沉淀反应至关重要.（3）氢氧化镁提取率、纯度与堆积密度：氢氧化镁纯度与堆积密度直接决定了产品的价格，也是本工艺好坏判定的一个重要标准.1.2实验药品和仪器药品：白云石矿（武钢乌龙泉矿生产，氧化镁含量17%以上），（NH4）2SO4（分析纯，西安化学试剂厂生产，99%），氨水（分析纯，武汉联碱厂生产）.仪器：DHG9140A型电热恒温鼓风干燥箱，真空抽滤机，岛津AY220电子分析天平，马福炉，TG209F1热分析仪，原子吸收光谱仪.1.3实验过程
1.3.1白云石的热分解测定白云石TG曲线，在一定温度下将白云石置于马福炉中分解为氧化镁和碳酸钙获得轻烧白云石粉.
1.3.2流变相反应称取轻烧白云石粉20 g，按物质量之比MgO∶（NH4）2SO4为1∶2称取19.8 g （NH4）2SO4，将上述混合物和一定量的水移入研钵中充分研磨至流变态，转入反应器中在一定温度下充分反应.
1.3.3分离将反应后的混合物洗涤，滤液保留备用.
1.3.4沉淀向1.3.3中得到的滤液中通入氨气，调节pH值，使Mg2+沉淀.将得到的混合物过滤洗涤，得到氢氧化镁，然后将其放入烘箱备用.
1.3.5测量氢氧化镁提取率、纯度与堆积密度使用岛津AY220电子分析天平测定氢氧化镁提取率，使用原子吸收光谱测定氢氧化镁纯度，使用量筒测定氢氧化镁堆积密度.第2期张勇，等：白云石制备氢氧化镁的工艺研究
武汉工程大学学报第30卷
2结果与讨论2.1白云石热分解温度图2为白云石TG曲线，从此图可以得出， 白云石的热分解分为两个阶段，第一阶段 540 ～ 700℃，第二阶段为700～840℃，但第一和第二阶段之间的平台很短，这说明第一步和第二步之间的温差很小.白云石的热分解机理［1012］为：
CaCO3·MgCO3=CaCO3+MgO+CO2CaCO3=CaO+CO2根据第一步和第二步的热失重率，可计算白云石中氧化镁含量为20%，杂质含量为3%.从TG曲线可以得出，本实验最佳分解温度为700℃，在此温度下碳酸镁完全分解为氧化镁而碳酸钙未开始分解.图2白云石热重分析TG曲线
Fig. 2TG curve of dolomite2.2氨循环量
2.2.1使Mg2+沉淀的pH值假设最后Mg2+的浓度为0.01 mol·L-1，根据平衡关系：Mg（OH）2=Mg2++2OH-，Ksp-=5.61×10-12=［Mg2+］×［OH-］2，则［OH-］=（5.61×10-12×102）1/2=2.34×10-5，［H+］=10-14/（2.34×10-5），则pH=lg［H+］=lg2.34+9=9.37
2.2.2使Mg2+沉淀的氨铵比根据平衡方程式：NH3·H2O=NH+4+OH-，［NH+4］［OH-］/［NH3·H2O］=1.8×10-5，则［OH-］=［NH3·H2O］ /［NH+4］×1.8×10-5≥2.34×10-5，所以初始氨铵比［NH3·H2O］ /［NH+4］≥1.3， 取氨铵比为1.5可使99%Mg2+沉淀.2.3氢氧化镁提取率、纯度与堆积密度
2.3.1氢氧化镁提取率表1给出了不同提取温度条件下生产出的氢氧化镁的质量以及提取率，表2给出了不同提取时间条件下生产出的氢氧化镁的质量以及提取率（原料中的氧化镁按20%计算）.每组实验都是以20 g轻烧白云石粉为基准.
表1不同温度下反应1 h产出的氢氧化镁质量和提取率
Table 1Mass and distill quotiety of Mg（OH）2 after reacting for one hour at different temperature
t/℃Mg（OH）2质量/gMg（OH）2提取率/%404.1880604.3383804.4986904.50861004.80921104.8092表290℃下不同提取时间产出的氢氧化镁质量和提取率
Table 2Mass and distill quotiety of Mg（OH）2 at different time at 90℃
提取时间/minMg（OH）2质量/gMg（OH）2提取率/%304.5988604.91941204.90941804.49952104.95952404.96952704.9695从表1中可以看出温度越高，反应时间越长，提取率越高，可根据实际工艺中的能耗来调节反应温度和反应时间.
2.3.2氢氧化镁纯度纯度是氢氧化镁质量的重要指标，氢氧化镁产品价格很大程度上由其纯度决定.经原子光谱分析，氢氧化镁的纯度为96%.
2.3.3氢氧化镁堆积密度堆积密度是单位体积的氢氧化镁的质量，其单位为g/cm3.表3给出了不同实验条件下的氢氧化镁的堆积密度，其平均值为0.29 g/cm3.
表3不同实验条件下的氢氧化镁的堆积密度
Table 3Cumulated density of Mg（OH）2in different conditions
提取温度/℃提取时间/minMg（OH）2堆积密度/g·cm-380600.3190600.29901200.29901800.28100600.283结语本文将白云石分解为碳酸钙和氧化镁，使用流变相反应法提取镁，使用氨水沉淀获得氢氧化镁.本工艺具有能耗低，工艺简单，提取率高的优点，可以很好地实现白云石中钙、镁的有效分离，并且由此可得到高纯度氢氧化镁.本文结论如下：a. 700℃为白云石的最佳分解温度，白云石热分解为碳酸钙与氧化镁.b. 流变相反应的最佳温度为100℃和最佳反应时间为60 min.c. 最佳氨循环量为初始氨铵比为1.5∶1.d. 氢氧化镁堆积密度为0.29 g/cm3，纯度为96%.