石灰-卤水法制备高纯氢氧化镁的研究

2010-02-08宋长友崔江丽罗胜铁魏利滨

化学工程师 2010年1期

宋长友,崔江丽,罗胜铁,魏利滨

（1.唐山学院环境与化学工程系，河北唐山 063000；2.滦南县环境保护局,河北滦南 063500）

Mg（OH）2是以卤水为原料制备高纯MgO和高纯镁砂的中间产品，其品质的好坏直接影响到产品的纯度和应用性能。纵观Mg（OH）2的制备方法，采用石灰与卤水反应生成Mg（OH）2，具有成本低、原料充足的优势。但采用该工艺制备的Mg（OH）2晶体颗粒非常细小，常呈絮状或胶体，过滤性能差。尤其是微细的晶体颗粒表面能高，易于团聚，易于吸附夹杂卤水中的杂质，是制备高纯Mg（OH）2和MgO产品的瓶颈因素。本文重点研究了盐田卤水的净化方法和Mg（OH）2制备过程中影响其纯度的各种因素，确定了优惠的工艺条件，为工业化生产提供必要基础。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

DHG-9203A电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；HH-2数显恒温水浴锅（江苏医疗仪器厂）；多功能膜分离装置（天津大学化工实验中心）；电动搅拌器（金坛市荣华仪器制造有限公司）；AJF-2002-P艾科普超纯水机（重庆颐洋企业发展有限公司）。

生石灰（唐山）；盐田卤水（唐山）。

1.2 实验方法

（1）将卤水进行静置沉降，除去大部分机械杂质；然后再在搅拌下加入适量CaCl2和Ca（OH）2悬浮液至出现少量絮状沉淀，离心沉淀，所得清液中进一步加入适量BaCl2，用超滤膜（截留分子量50000）组件进行过滤，得到纯净的MgCl2水溶液。

（2）将一定量的生石灰加入到80～90℃的热水中消化,并陈放8～9h;加水稀释至所需体积,过200目筛,调制成一定浓度的Ca（OH）2乳液。

（3）将MgCl2水溶液调配成至一定浓度，在一定温度和搅拌条件下加入适量Ca（OH）2乳液，控制反应时间在2～3h，得到Mg（OH）2沉淀。反应完毕后，过滤分离并用去离子水充分洗涤沉淀至洗水中无氯离子检出；所得沉淀于120℃下干燥2h后既得Mg（OH）2产品。

2 结果与讨论

2.1 卤水的精制[1，2]

在制备Mg（OH）2的过程中，若卤水中浓度较大，CaSO4的生成在所难免。据文献介绍，用不去除的卤水与石灰乳反应生成的Mg（OH）2含CaSO4高达40%左右。除外，卤水中的、硅酸盐及金属离子Fe3+、Al3+等对产品Mg（OH）2的纯度也有较大影响，通常可通过共沉淀法净化处理。净化的方法是在卤水中预先加入CaCl2溶液，使之生成CaSO4和CaCO3沉淀而除去，加入适量BaCl2可对卤水中的进一步净化。向卤水中加入适量Ca（OH）2乳液调整溶液pH值，可生成少量Mg（OH）2胶体沉淀，该沉淀具有巨大的比表面积，能吸附包裹许各种杂质如Fe（OH）3、Al（OH）3等，同时它又可能被Fe2+、Ni2+、Mn2+等离子同晶置换形成固溶体，故起到了净化卤水的作用。但值得注意的是，上述方法中生成的沉淀物分离难度大，尽管在脱硫、脱碳过程中可通过控制摩尔比以及加料速度、CaCl2浓度等调整CaSO4、CaCO3结晶过程，改善二者的过滤性能，但仍然无法保证分离完全，而Mg（OH）2胶体沉淀的分离则一直是工业生产上的难题，残留的胶体杂质问题制约着Mg（OH）2的纯度提高。本文应用截留分子量为50000的超滤膜组件对经离心沉淀后的清液进行了进一步处理，有效地解决了这个问题。

2.2 卤水浓度对Mg（OH）2纯度的影响[3]

控制反应温度为55℃，反应时间为2h，改变精制卤水中MgCl2浓度，按1.2所述实验方法进行实验结果见表1。

表1 不同MgCl2浓度时Mg（OH）2的纯度Tab.1 Pureness of Mg(OH)2with different concentration of MgCl2

由表1可知，在其他条件完全相同的情况下，卤水中MgCl2浓度对于产物Mg（OH）2的纯度有重要影响。原料起始浓度大，加入沉淀剂后立刻形成大量Mg（OH）2晶核，这些微细的晶核具有极高的表面能，容易团聚而吸附杂质离子；而且随着反应不断进行，这些微小的晶粒由于来不及长大而发生团聚，将吸附的杂质离子包裹于颗粒内部，造成过滤洗涤过程中洗涤水不能或者难以通过而无法除去。研究结果表明原料卤水中MgCl2浓度越低，产品Mg（OH）2的纯度越高。

2.3 反应温度的影响

控制 MgCl2浓度为 0.5 mol·L-1，反应时间为 2h，改变反应温度，按1.2所述实验方法进行实验结果见表2。

表2 不同反应温度下Mg（OH）2的纯度Tab.2 Pureness of Mg(OH)2under different temperatures

研究结果表明：随着反应温度的提高，产物Mg（OH）2的纯度也随之提高。当温度控制大于50℃时，产品纯度均达到98%以上。这主要是由于温度过低，溶液容易达到过饱和状态，形成的Mg（OH）2颗粒较小，甚至凝胶化，从而吸附包裹大量杂质离子，使得其纯度偏低，过滤性能差；温度高，有利于Mg（OH）2晶粒的长大，但温度过高能耗大。

2.4 加料速率的影响

调整卤水中MgCl2浓度为0.8mol·L-1，反应温度为55℃，改变加料时间，其它条件不变，按1.2所述实验方法进行实验，结果如表3。

表3 不同加料时间下Mg（OH）2的纯度Tab.3 Pureness of Mg(OH)2under different charging time

由表3可知，延长加料时间，产物Mg（OH）2的纯度增大。究其原因在于沉淀剂的加料速率直接决定了氢氧化镁生成速率，加料速率小，反应缓慢，体系中Mg（OH）2晶粒生长速度大于成核速度，可获得一次粒径大的产品。而Ca（OH）2乳液的加入速度快，过饱和度大，产物成核速率高于晶核的生长速率低，不利于晶粒的生长，而且容易产生混晶现象，降低了产品纯度。