水氯镁石-石灰乳沉淀法制备氢氧化镁工艺优化

水氯镁石-石灰乳沉淀法制备氢氧化镁优化 水氯镁石-石灰乳沉淀法制备氢氧化镁工艺 优化 第16卷第2期 2008年6月 盐湖研究 JOURNALOFsALTLAKERESEARCH Vo1.16No.2 Jun.2008 水氯镁石一石灰乳沉淀法制备氢氧化镁工艺优化 侯殿保,一,李海民 (1.中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘要:就石灰乳一水氯镁石沉淀法制备氢氧化镁工艺进行了,在前人研究工作的基础上, 探讨了沉淀 反应温度,晶种添加量,沉淀反应搅拌速度等工艺条件对氢氧化镁沉淀品质及性能的影响,给 出了试验结 果;并对已有工艺条件进行了优化,使得到的氢氧化镁具有较好的粒度和纯度,改进后的工 艺有较好的工业 前景和利用价值. 关键词:氧化钙;石灰乳;水氯镁石;氢氧化镁 中图分类号:TQ132,2文献标识码:A文章编号:1008—858x(zoos)o2—0045—05 引言 氢氧化镁是一种弱碱,性质比较温和,与较 强的碱性物料相比,具有活性大,吸附能力强, 无腐蚀性,安全可靠,无毒无害等优点.在烟道 气脱硫,酸性废水处理以及重金属脱除等环保 领域有广泛应用.此外,氢氧化镁具有分解温 度高,热稳定性好,无毒无烟等特点,在阻燃,纳 米材料等行业也有广泛应用.鉴于氢氧化镁的 用途广泛,所以对其制备方法的研究备受关注. 综览有关资料,氢氧化镁的常见制备方法-2主 要有苦卤一石灰乳法,卤水一氨沉淀法,电解卤 水法,硫氢化物一水热法等.石灰乳法是一种 传统的制备方法,该法的优点是原料廉价易得, 生产工艺简单,有较高的应用价值.但因工艺 方法所限,此法所得到的氢氧化镁产品存在粒 度小(可达0.5tan以下),产品纯度低等缺点, 使产品的用途受到限制.此外,本法生产的氢 氧化镁因沉淀过细还存在过滤困难等工艺问 题,限制了此工艺的应用和发展.本研究的目 的是对影响氢氧化镁沉淀的因素进行分析,提 出改进氢氧化镁沉淀性能的工艺方法,使这一 方法的工艺条件更加完善实用,更利于实际生 产的需要. 1实验 1.1实验仪器及试剂 501型超级恒温器(上海市实验仪器厂); 78HW一1磁力加热搅拌器(杭州仪电机厂); PHS一3C酸度计(上海雷磁仪器厂);$312数显 搅拌器(上海申生科技有限公司);CSYF台式干 燥箱(中国重庆);AB104一N电子分析天平;方 空筛(100目);氧化钙cP(西安教学仪器厂);水 氯镁石(察尔汗盐湖);氢氧化镁AR(上海山浦 化工有限公司);乙二胺四乙酸二钠AR(国药集 团化学试剂有限公司);硝酸汞AR(国药集团化 学试剂有限公司). 1.2实验原理 CaO+H20—一Ca(0H)2(1) 收稿日期:20a7.11-09 作者简介:侯殿保(1980一),男,硕士研究生,主要从事盐湖卤水资源的综合利用以及高纯氧 化镁,氢氧化镁研发工作. 联系方式:feitian2100@163.c0ln 46盐湖研究第16卷 Ca(OH)2+Ml2—一 Mg(OH):+CaCl2(2) ?G1=一896.96+237.191+604.2 =一 55.569kJ/mol ?rG2=一833.74—750.2+529.38+896.96 =一157.6kJ/mol 说明常温下.此反应可以自发进行. 1.3试验原料及处理 试验所用主要原料为西安教学仪器厂生产 的氧化钙(CP);取自青海要的关系.根据已有文献,制备过 程中反应温度(A),氯化镁溶液浓度(B),石灰 乳浓度(C),晶种添加量(D),沉淀反应搅拌速 度(E),灰乳滴加速度(F)等工艺条件对所得沉 淀的质量影响很大,因此,取上述6个因素作为 本工艺试验因素,参考已有文献,上述每个 试验影响因素的影响水平,通过正交试验设计 法(3)求取最佳试验条件组合,见表1. 4 1.分液漏斗;2.三颈烧瓶;3.超级恒温器; 4.数显搅拌器;5.温度计;6.酸度计 图l实验装置图 1.separatoryfunnel2.threeneckedflask3.super thermostat4.agitator5.themamr~ter6.acidrneter rag.1Experimentaldevicediagnun 由表2可知此6因素对氢氧化镁纯度影响 显着性顺序为E>D>A>C>B=F,其中 A3BDF2为该正交试验最佳组合. 2.2搅拌速度对沉淀反应结果的影响 溶液搅拌,可改善溶液中各组分的传质过 程,使结晶成核速率加快H】.晶种的存在可降 低晶体成核速率和成核数量,有利于晶核生长. 从正交试验结果分析中可以看出,搅拌速度对 氢氧化镁纯度影响最大,氯化镁与石灰乳混和 的均匀程度由搅拌速度决定.因此,在保持其 它各因素水平A3BDF2不变的前提下,调 整搅拌速度分别为200r/min,250r/min, 300r/min,350r/min,400r/min,考察搅拌速度 对氢氧化镁纯度的影响,试验结果见表3.其 影响程度由图2可以看出,随着搅拌速度的加 快,氢氧化镁的纯度先增大,后减小,再次增大, 在400r/min时达到最大值. 2.3晶种添加对产品质量的影响 晶种的存在可使相变加快.因为在晶体表 面上生成晶核的功小于在溶液本体内成核的 第2期侯殿保,李海民:水氯镁石一石灰乳沉淀法制备氢氧化镁工艺优化47 功,使新的晶体更容易在已有晶体成核利于晶 体长大,大晶体的形成有利于沉淀过滤性能进 一 步得到改善. 控制晶种量为6.98—20.6g/kgMg(OH). 在保持A3Bll:2F2不变的前提下,根据所取原 料质量调整晶种量为O.05g,0.10g,0.15g, O.20g.0.25g,0.30g.考察不同晶种量对所形 成氢氧化镁纯度的影响,试验结果见表4,其影 响见图3.随着晶种量增加,氢氧化镁纯度先 增大后减小,在晶种量为0.25g即l7.28g/kg 时,氢氧化镁纯度最高96.79%,此时母液Mg 纯度为O.003%,原料利用率最高. 表1正交因素,水平表 Table1Thetableoforthogonalfactors 表2正交试验数据处理 Table2Thedataprocessingoforthogonaltest 表3搅拌速度对反应结果的影响 Table3EffectofmixingspeedOilreactionresult 48盐湖研究第l6卷 表4品种对反应结果的影响 Table4Effectofseedc1Tstalonreactionresult 搅拌速度,(r/mln) 图2搅拌速度对氢氧化镁纯度的影响 Fig.2EffectofmixingspIeedonpurityof magnesiumhydroxide 晶种加入量,g 图3晶种添加量对氢氧化镁纯度的影响 Fig.3Effectofseedcrystalreactiononpurityof magnesiumhydroxide 2.4沉淀反应温度影响 从热力学角度分析可知,离子水化过程是 放热过程,减小水化离子半径是吸热过程.升 高温度可提高水合离子的动能,有利于克服成 核位垒.由于分子运动加剧,离子水化减弱,晶 体周围水化层变薄,有利于形成粒径大含水低 的结晶. 图4温度对氢氧化镁纯度的影响 rig.4Effectofreactiontemperatttreonpl1rit),of magnesiumhydroxide 在其它因素水平BC2DE3F2不变的前提 下,调整反应温度为3O?,45?,60?,75?, 85?,9o?考察沉淀反应温度变化对氢氧化镁 表5反应温度对结果的影响 Table5Effectofreactiontemperatureonreactionresult 第2期侯殿保,李海民:水氯镁石一石灰乳沉淀法制备氢氧化镁工艺优化49 沉淀质量的影响,试验结果见表5,图4.由表 5,图4可以看出,随着反应温度的升高产品纯 度先增加后减小,在75?时达到最大值 96.23%.而此时母液Md纯度为0.085%. 随着反应温度的升高[5],Ca(OH):溶解度降低, 从而使溶液中OH,降低,Mg(OH):的溶解度随 温度升高而增大,即Ksp增大,两者都使氢氧化 镁过饱和度降低,有利于晶体的成长而得到粒 径相对较大的晶体;提高反应温度还能使离子 扩散速率加快,小晶体溶解,向大晶体转移.另 外,提高反应温度能加快反应速度,使晶体团聚 夹带的未反应物减少,沉淀中残留钙少,产物纯 度得到提高. 3结论 通过本项试验研究,在与前人工作结合的 基础上,我们得出当反应温度为85~C,水氯镁 石浓度为1.0mol/L,石灰乳浓度为0.9omol/L, 晶种添加量为0.25g氢氧化镁,搅拌速度为 300r/min,石灰乳滴加速度为10mL/min时,石 灰乳沉淀法所制备氢氧化镁的纯度可达 96.79%,母液中M剩余量为0.003%,表明 此时所得产品氢氧化镁纯度最高,产品收率最 高. 参考文献: [1]方裕勋,罗新.卤水一自云石法制备氢氧化镁过程试验 和研究[j].无机盐工业,1998(2):9—11. [2]韩利华,芮玉兰,梁英华,等.苦卤提镁制备氢氧化镁工 业中的问题与对策[j].无机盐工业,9.oo6(1):32,33,42. [3]胡庆福.镁化合物与生产与应用[M].北京:化学工业出 版社,2OO4:321—322. [4]叶铁林.化工结晶过程原理及应用[M].北京:北京工业 大学出版社,2006:27—70 [5]张勇,袁建军.石灰卤水法制备氢氧化镁的反应条件探 讨[J].天津大学科技学报,2006(6):82—85. OptimizationTechniqueforPreparationofMagnesiumHydroxide fromlkofLimeandBischofite HOUDian—bao1’. UHal—rain1 (1QinghaiInstituteofSaltLakes,ChineseAcademyofSciences,Xining,810008,China; 2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,&曙,100039,China) Abstract:PreparationofnlagnesiuInhydroxidewithmilkoflimeandbischofiteWaSstudied.Throughut ilizing othemwork,somefactorssuchasreactiontemperature,seedcrystaladdition,mixingspeedofprecipitati onre actioninthecour$~ofproducingMg(OH)2Wereresearched,andoptionalconditionsWeregiven.These option alconditionscouldsynthesizeMg(OH)2whichhascertaingranularityandpurityquotient,so,ithadwide fu— tureprospects Keywords:Calciumde:Milkoflime;Bischofite;Magnesiumhydroxide