卤水中氧化镁的提取探讨

卤水中氧化镁的提取探讨梁伟（青海民族大学07应用化学青海西宁810007）摘要：氧化镁作为一种重要的化学化工原料广泛应用于橡胶、塑料、电线、电缆染料、油漆、玻璃、陶瓷、化学试剂、医药、食品添加剂等领域。尤其随着环保要求的提高，氧化镁的需求将迅速增长。研究新的工艺，即从卤水中提取氧化镁，是解决目前氧化镁市场供不应求，满足经济快速稳定发展的必要手段。采用卤水-碳酸氢铵法来制备活性氧化镁，从影响卤水制备活性氧化镁产率入手，研究沉淀反应条件如反应物浓度、反应温度、反应时间、陈化时间和煅烧温度等对产品的影响，来确定制备氧化镁的最佳工艺条件。关键词：卤水；碳酸氢铵；氧化镁ExtractionofmagnesiumbrineAbstract:MgOasanimportantchemicalwidelyusedinrubberchemicals,plastic,wire,cabledyes,paints,glass,ceramics,chemicals,pharmaceuticals,foodadditivesandotherfields.Inparticular,astheimprovementofenvironmentalprotectionrequirements,rapidgrowthindemandformagnesiumoxide.Researchnewtechnology,thatisextractedfrombrinemagnesiumoxide,magnesiumoxideisthesolutiontothecurrentmarketdemand,tomeetthefastandstableeconomicdevelopmentofthenecessarymeans.ByBrine-ammoniumbicarbonatemethodtoprepareactivemagnesiumoxide,activemagnesiumoxidepreparedfromtheimpactofbrineproductionratestartofprecipitationconditionssuchasreactantconcentration,reactiontemperature,reactiontime,agingtimeandcalcinationtemperatureontheproductsoftodeterminetheoptimumconditionsofpreparationofmagnesiumoxide.Keywords:brine;ammoniumbicarbonate;magnesia作者简介：梁伟（1988—），男，安徽，应用化学，学士卤水-碳酸氢铵法以碳酸氢铵和氨水代替纯碱生产轻质氧化镁。在一定浓度氨水中加碳酸氢铵制取碳酸铵沉淀剂,同卤水中的2MgCl反应生成碱式碳酸镁,再经煅烧制得活性氧化镁。该方法精制、纯化和质量浓度要求同纯碱法,控制反应温度为40～50℃,既能获得较高的收率,又能使沉淀过滤完全;洗涤除去氢氧化镁吸附的杂质;对ClNH4母液采用蒸发、冷却、结晶分离出ClNH4产品,2CO返回反应釜进行碳化反应,节约了碳酸氢铵的用量[1]。活性氧化镁是制备耐火材料[2]、高功能精细无机材料、电子元件、油墨、有害气体吸附剂的重要原料;也是化学工业用作生产氢氧化镁等镁盐的原料[3];建筑行业中制造含镁特种水泥与保温材板等[4];农业上作镁肥生产原料;作牛、马、羊等畜生的饲料添加剂;环保领域用于烟气脱硫、废酸水中和剂和重金属离子的吸附剂;钢铁工业制作高炉衬里的镁质团球[5]。本研究以卤水为原料，采用碳铵法生产工艺，生产高活性氧化镁，为该镁盐资源的利用提供了一条新途径，可降低生产成本，经济效益显著。1实验部分1.1仪器试剂1.1.1试剂碳酸氢铵；次氯酸钠；卤水,成分分析结果见表1表1卤水成分分析结果组成Mg2+Cl-1SO42-PH值Fe3+Mn2+质量分数/(g·L-1)95.43281.8210.472.45微量微量1.1.2仪器ZK－35ABX型真空干燥箱、KXS－恒温水浴锅、YT27114－真空泵、JJ－1电动搅拌器、SRJX－4－15型马弗炉。1.2实验原理首先配制碳酸铵沉淀剂,即在一定浓度氨水中加碳酸氢铵制取碳酸铵沉淀剂,生成碳酸铵，然后同卤水中2MgCl溶液进行反应,生成碱式碳酸镁,再经煅烧制取活性氧化镁。此法反应原理如下:OHCONHOHNHHCONH23242334)([6]ClNHOHOHMgMgCOOHMgClOHNHCONH42232223324104)(4452)(4OHCOMgOOHOHMgMgCO222235454)(4[7]1.3卤水预处理将一定量的卤水放入烧杯中，在搅拌下加入适量的次氯酸钠(NaClO)，使2Fe氧化为3Fe，以3)(OHFe的形式除去，使2Mn氧化为4Mn，以2)(OHMnO的形式除去。10min后，有红色固体出现后，再加入经与24SO等摩尔的2CaCl溶液，过滤。1.4活性氧化镁的制备将沉淀剂碳酸氢铵加入到已处理过的卤水中，形成的碱式碳酸镁沉淀经沉化、过滤、洗涤、烘干、煅烧处理，便可得活性氧化镁。2结果与讨论2.1反应物(2MgCl)浓度当反应温度为45℃时，反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)为2．1∶1．0，反应时间为50min，陈化时间2h，煅烧温度为700℃时，反应物浓度对产品收率和活性的影响如表2所示。表2反应物浓度与产品收率和活性反应物浓度/(mol·L-1)0.60.811.21.41.61.8产品收率，%63.4673.2372.5974.5374.5173.3274.65产品活性/(mol•g-1)148167174177169170171一般来说，反应物浓度越高，产品的收率越高，其单位体积的产量就越高，设备利用率也越高，对需外加热的反应来说，热能也越节省，因此希望反应物的浓度高一些。但反应原料的浓度过高则会对沉淀的过滤性带来不利影响。因此，反应物卤水的浓度必须控制在一定范围内，不能太高也不能太低。通过查阅相关资料及实验结果可知浓度应控制在0．8～1．4mol/L(以2MgCl)计为宜，浓度过大很难得到易过滤洗涤、分散性好的产品。2.2沉淀反应的时间当反应温度为45℃时，反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)为2．1∶1．0，氯化镁的浓度为1．2mol/L，陈化时间2h，煅烧温度为700℃时，反应时间对产品收率和活性的影响如表3所示。表3反应时间与产品收率和活性反应时间/min35455565758595产品收率，%66.7568.2173.0674.5973.2372.2173.11产品活性/(mol•g-1)141139179168173161159沉淀反应的程度与反应时间有很大关系，时间越长反应进行的越完全，反应的沉淀得率也越高。但反应时间过长，会延长生产周期，直接影响产量。由实验可知:适宜的反应时间应控制45～75min。2．3沉淀反应温度当氯化镁的浓度为1．2mol/L，反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)为2．1∶1．0，反应时间为50min，陈化时间2h，煅烧温度为700℃时，反应温度对产品收率和活性的影响如表4所示。表4反应温度与产品收率和活性反应温度/℃30354045505560产品收率，%66.4665.6571.7773.674.969.9159.87产品活性/(mol·g-1)135167156177171181174反应温度不但影响反应的速度、反应进行的深度及原料的利用率，而且影响产品的吸碘值及过滤性能。温度过低，反应较慢，得到的颗粒大，结晶良好的碱式碳酸镁中间体分解后氧化镁活性较低;所以应在较高的温度下反应，但由于碳酸氢铵不稳定不能预先加热，只能在混合后升温且温度不能过高。经实验研究得知最佳反应温度应控制在40～55℃。2．4反应物配比当氯化镁的浓度为1．2mol/L，反应温度为45℃，反应时间为50min，陈化时间2h，煅烧温度为700℃时，反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)对产品收率和活性的影响如表5所示。表5反应物配比与产品收率和活性反应配物比1.8:1.01.9:1.02.0:1.02.1:1.02.2:1.02.3:1.02.4:1.0产品收率，%64.9469.4374.5875.573.174.6273.69产品活性/(mol·g-1)145167178181173176175由实验可知:反应物配比对产品的收率有较大的影响，控制适宜反应物配比可以节省原料且使所得产物的收率较大。经实验研究可知最佳反应物质的量比应控制在2．0∶1．0～2．3∶1．0之间。2．5陈化时间陈化就是在沉淀定量后，将沉淀和母液一起放置一段时间。当溶液中大小晶体同时存在时，由于微小晶体比大晶体溶解度大，溶液对大晶体已经达到饱和，而对微小晶体尚未达到饱和，因而微小晶体逐渐溶解。溶解到一定程度后，溶液对小晶体为饱和时，对大晶体则是过饱和，于是溶液中的构晶离子就在大晶体上沉积。当溶液浓度降低到对大晶体是饱和溶液时，对小晶体已不饱和，小晶体又要继续溶解。这样继续下去，小晶体逐渐消失，大晶体不断长大，最后获得粗大的晶体。当氯化镁的浓度为1．2mol/L，反应温度为45℃，反应时间为50min，煅烧温度为700℃时，反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)为2．1∶1．0时，沉化时间对产品收率与活性的影响如表6所示。表6陈化时间与产品收率和活性陈化时间/h0.511.523产品收率，%73.7574.3274.2973.974.6产品活性/(mol·g-1)168174171179177由表6可很明显看出陈化时间对产品的收率和活性影响较小。但陈化作用使沉淀变得更纯净，这是因为大晶体的比表面积小，吸附杂质量少;同时，由于小晶体溶解，原来吸附、吸留或包藏的杂质将重新溶入溶液中，因而提高了沉淀的纯度。一般选择陈化时间为2h效果较好。2．6过滤与洗涤一般粒径大的产物容易过滤，但产物可能是由小颗粒团聚而成的。由于反应浓度较大，沉淀过程夹带的杂质是很正常的现象，不可能避免。大颗粒中吸附夹带的杂质因扩散慢而需要较长的交换时间，因此，洗涤过程较长，即容易过滤并不意味着容易洗涤。本实验得到的沉淀碱式碳酸镁过滤性较好，容易过滤，大约需要6～8min。碱式碳酸镁沉淀常吸附着很多杂质离子，其中吸附最多的是Cl、Na﹑4NH及24SO等离子。这些杂质离子的存在会影响氧化镁的质量，通常采用洗涤的方法除去，用去离子水洗涤4～5次Cl的含量即可达到要求。2．7煅烧温度当氯化镁的浓度为1．2mol/L，沉淀反应物配比(34HCONH∶2MgCl物质的量比)为2．1∶1．0，反应温度为45℃，反应时间为50min，陈化时间2h时，煅烧温度对氧化镁活性和收率的影响如表7所示。表7煅烧温度与氧化镁活性煅烧温度/℃550600650700750800850产品收率，%60.8169.7672.8874.373.970.5762.66产品活性/(mol·g-1)169178183172174160154煅烧温度对氧化镁的活性和收率有较大的影响。煅烧温度升高，有利于结晶，温度越高，结晶越完全，活性越低。如果在碱式碳酸镁的分解温度附近煅烧，产品活性并不是最高，因为此时分解速度较慢，需要的时间较长，质点可以从容重排，找到自己的最佳位置，得到结晶完好的产品。此外，低温分解时由于水和二氧化碳的扩散速度慢，不能完全冲破碱式碳酸镁原来的外形，容易得到针状或片状的团聚氧化镁，此时氧化镁的颗粒较大，活性也就越低。而适当提高分解温度，也可以加快质点的扩散速度和重排，也可以加快水和二氧化碳的扩散速度，使其容易冲破原来的外形，形成分散均匀的颗粒状氧化镁，增加其比表面积，提高产物活性。所以氧化镁的活性先是随碱式碳酸镁的煅烧温度的提高而升高的，但温度达到一定高度时氧化镁的活性反而降