直接沉淀法制备超细氢氧化镁的实验研究

杨 桂 芝

（1. 青岛科技大学化工学院，中国 青岛 266042; 2. 山东理工职业学院， 中国 济宁 272067）

直接沉淀法制备超细氢氧化镁的实验研究

杨 桂 芝1,2

（1. 青岛科技大学化工学院，中国 青岛 266042; 2. 山东理工职业学院， 中国 济宁 272067）

设计了以卤水为主要原料的直接沉淀法生产超细氢氧化镁的工艺。首先考察了分散剂的种类和用量对产品性能的影响。在此基础上，系统研究了反应温度和反应时间对产品的收率、纯度、粒径及颗粒形态等影响，获得了直接沉淀法制备超细氢氧化镁的较佳反应条件。

超细氢氧化镁；老卤；氢氧化钠；直接沉淀法

氢氧化镁作为一种环境友好的阻燃剂在国内外日益受到重视，已成为各国研究的热点[1-4]。制备超细氢氧化镁，可使其在橡塑材料中的分散性和相容性大大改善，对材料的加工性能和机械力学性能的影响大为降低[5,6]。超细氢氧化镁还可以制备超细氧化镁。超细氧化镁可用作陶瓷、催化和电子材料[7,8]，也可作为高效解离吸附剂和重金属脱除剂[9]。

镁在盐湖资源中储量较大，仅有少量的镁资源用来生产廉价的六水氯化镁和七水硫酸镁。目前钾肥生产过程中产生的大量高镁卤水（老卤）大多采取远距离排回盐湖,成为盐湖开发过程中的“镁害”。“镁害”问题己成为制约盐湖资源综合开发利用的“瓶颈”。

近年以卤水制得的镁盐正向高纯、高附加值和功能化产品方向发展。针对上述问题，本文采用直接沉淀法制备超细氢氧化镁，以获得超细氢氧化镁的较佳合成工艺条件。

1 实验部分

1.1 主要原料及卤水组成

实验所用主要原料和卤水主要组成分别见表1和表2。

表1 实验所用主要原料Table 1 Main materials for the experiment

在表2中， Mn、Fe和Al 采用AA-7003原子吸收光谱仪原子吸收法检测； Li+、Ma+、K+、Mg2+、Cl-、 F-、Br-、NO3-、NH4+、Ca2+和Sr2+采用DIONEX DX-120型离子色谱检测; HBO3采用化学法分析。

1.2 主要仪器

实验所用仪器见表3。

表2 卤水的主要成分Table 2 Main component of the brine

表3 实验所用仪器Table 3 Main equipments for the present experiment

1.3 直接沉淀法生产工艺

直接沉淀法制备超细氢氧化镁生产工艺见图1所示。

（1）将12.5 mL氨水(4 mol/L)，12 mL水和相应的分散剂加入带搅拌的三口烧瓶中，搅拌均匀，并加热到80 ℃。

（2）在15~20 min内同步滴加30.25 g卤水（3 mol/L）和38.70 g NaOH溶液（6 mol/L）。滴加完毕后，在高速搅拌下保温反应1 h。

（3）反应结束后，转移到烧杯中，静置陈化后抽虑。滤饼用乙醇洗涤，干燥得产品。

图1 直接沉淀法工艺流程图Fig.1 Flow chart of direct precipitation method

2 结果与讨论

2.1 分散剂种类和用量对产品性能的影响

在氯化镁浓度3 mol/L，水量12 mL，温度80℃，保温反应时间1 h的条件下，考察了4种不同类型分散剂对氢氧化镁颗粒形态的影响。分散剂反应前加入，用量均为3%。实验结果见图2，图中MF表示分散剂。

图2 分散剂类型对氢氧化镁颗粒形态的影响Fig.2 Effect of the type of dispersants on the morphology of MgOH particles

由图2可见，不同类型分散剂对氢氧化镁的粒度、过滤性能、纯度及粒子的分散都有影响。采用各种分散剂，氢氧化镁的收率均高于90%，其平均粒径都小于100 nm，晶形以薄片状为主。采用MF-1型分散剂，尽管产品的纯度最低，但产品较易过滤，过滤速度较快，而且氢氧化镁颗粒分散最好。采用其它几种分散剂，氢氧化镁颗粒分散较差，团聚明显。综合以上分析，MF-1型分散剂为适宜的分散剂。

图3 为MF-1型分散剂用量（Wt）对氢氧化镁颗粒形态的影响图。由图可见，随Wt增加，氢氧化镁的纯度降低，其悬液的过滤更加容易。当Wt= 3.0 %时，过滤较快，分散较好，少量团聚，晶形片状较多，伴有少量针状，而且粒径范围较小，平均粒径比较理想。综合以上结果，Wt= 3.0 %时为较适宜用量。

图3 MF-1型分散剂用量对MgOH颗粒形态的影响Fig.3 Effect of dosage of MF-1dispersant on the morphology of MgOH particles

2.2 反应温度对超细氢氧化镁性能的影响

在氯化镁浓度3 mol/L, 保温反应时间为1 h，MF-1型分散剂，其用量Wt= 3.0 %条件下，考察了反应温度对超细氢氧化镁性能的影响，实验结果见表4。

由表4可见，反应温度对氢氧化镁的收率、纯度影响不大，但对其粒度、过滤性能、纯度及粒子的分散都有较大影响。温度为40 ℃和60 ℃时，过滤速度较慢；温度为80 ℃和100 ℃时，过滤速度较快。温度为80 ℃时分散效果最好，少量团聚，晶形片状较多，伴有少量针状，而且粒径范围较小，平均粒径也比较理想；温度为100 ℃时，产品团聚较严重，棒状物较多，粒径范围增大，平均粒径变大。由此可见，反应较适宜温度为80 ℃。

2.3 反应时间对超细氢氧化镁性能的影响

应用MF-1型分散剂，其用量Wt= 3.0%，反应温度为80 ℃条件下考察了反应时间对超细氢氧化镁性能的影响，实验结果见表5。

由表5可见，反应时间对氢氧化镁的收率、纯度、粒度、过滤性能及粒子的分散都有较大影响。反应时间4 h，收率最高；反应时间为2 h时，纯度为95.86%，比较理想。反应时间增加，过滤速度明显加快，粒径范围、平均粒径变大。但是分散效果不好，产品针状晶型增多，而针状晶型较片状晶型表面活化能高，易团聚，不太理想。反应时间为1 h ，分散较好，分散性能最好，产品晶形多为六边形片状，棱角更为分明，平均粒径在30 nm左右，大小较为均匀，基本无团聚。综合以上结果，反应时间为1 h较适宜。

表4 反应温度对氢氧化镁性能的影响Table 4 Effect of reaction temperature on properties of MgOH

表5 反应时间对氢氧化镁性能的影响Table 5 Effect of reaction time on properties of MgOH

3 结 论

（1） 控制超细氢氧化镁团聚的较理想的方法是加入分散剂。MF-1型分散剂是较理想的分散剂，其用量为3.0%。

（2） 采用直接沉淀法制备取超细氢氧化镁的较佳反应条件是：n(卤水)/n(氢氧化钠)/n(氨水)=1.0:1.9:0.5，卤水浓度为3 mol/L, 氢氧化钠浓度为6 mol/L，反应温度为 80 ℃，反应时间为1 h。氢氧化镁的收率为93.10%，纯度为96.57%，平均粒径为30 nm，以片状为主。

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Experimental Investigation into Preparation of Ultrafine Magnesium Hydroxide by Using Direct Precipitation Method

YANG Gui-zhi1,2
（1. College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266042, China; 2. Shandong Career Development College, Shandong Jining 272067, China）

A new technology of producing ultrafine magnesium hydroxide from brine by using direct precipitation method was designed. The effect of type and dosage of dispersants on production properties was firstly investigated. Then, the effect of reaction temperature and reaction time on yield, purity, particle size and particle morphology was systematically researched. The optimum reaction conditions for preparation of ultrafine magnesium hydroxide by using direct precipitation method were obtained.

Ultrafine magnesium hydroxide; Brine; Sodium hydroxide; Direct precipitation method

TQ 426.94

A

1671-0460（2012）11-1182-03

2012-03-14

杨桂芝（1980-），女，山东济宁人，助教，2006年毕业于曲阜师范大学化学工程与工艺专业，研究方向：从事化工工艺开发工作。E-mail：yangguizhi2006@163.com。