利用硼泥制备氢氧化镁工艺条件研究

杨雪梅，胡 珊，王凌刚，郑 谦，周美珍

（1.中国地质大学材料与化学学院，湖北武汉 430074；2.丹东科漫材料有限公司）

利用硼泥制备氢氧化镁工艺条件研究

杨雪梅1，胡 珊1，王凌刚1，郑 谦2，周美珍2

（1.中国地质大学材料与化学学院，湖北武汉 430074；2.丹东科漫材料有限公司）

以硼泥为镁源，氨水为沉淀剂，采用直接沉淀法制备出超细片状氢氧化镁粉体。通过研究不同反应条件对氢氧化镁产率的影响，最终得到合成氢氧化镁的最佳工艺条件。利用X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）、扫描电镜（SEM）和粒度分析等手段对产物氢氧化镁进行了表征。结果表明：实验所得产物为超细片状氢氧化镁，且晶体比较完善，形貌为六方片状。最佳合成工艺条件：用盐酸在室温下浸出得到镁液，以氨水为沉淀剂，反应终点pH=11、反应温度为60℃，沉降时间为2h、氨水稀释比例（体积比）为1∶1、氨水滴加速度为1滴/s。添加无水乙醇能有效改善氢氧化镁的胶结和分散性。

硼泥；氢氧化镁；产率；粒度；形貌

氢氧化镁是一种重要的化工镁产品，主要应用于环保和阻燃两个方面。由于氢氧化镁具有无毒、无烟、吸热量大、效果持久等特点，因此氢氧化镁是一种非常环保的阻燃剂，应用量非常之大［1-3］。而作为阻燃用的氢氧化镁必须具有规整的形貌，如片状、纤维状或其他形状，这就要求合成氢氧化镁时必须控制氢氧化镁的形貌。张波等［4］利用硫酸镁为原料制备出花球状氢氧化镁阻燃剂；Ding Yi等［5］用不同的镁盐和碱液制备了纳米针状、片状、纤维状、粒状的不同晶型的氢氧化镁；Yan Chenlin等［6］用氯化镁和尿素合成了分布均匀的纳米花瓣状Mg（OH）2。

硼泥是生产硼砂排出的废弃物，每生产1t硼砂要排出4～5t硼泥。硼泥不仅占用土地，而且显碱性，对周围的耕地造成严重污染。硼泥的主要成分为氧化镁和二氧化硅，可以利用硼泥制备氢氧化镁，这样可以有效地利用废弃资源，减少环境污染，提高硼泥的利用率和附加值［7］。

笔者主要以硼泥为原料制备氢氧化镁，研究了温度、时间等工艺条件对氢氧化镁产率的影响，确定了可行的工艺路线。其意义在于有效利用废弃资源，并获得较大的经济效益。

1 实验部分

1.1 实验原料和仪器

原料：硼泥，工业级，丹东科漫材料有限公司；盐酸，质量分数为31％，分析纯；氨水，质量分数为20％，分析纯。

仪器：SZCL-2型数显智能控温磁力搅拌器；HH-ZK2型单孔智控水浴锅；JSM-6390LV型扫描电子显微镜；D/Max 2500型X射线衍射仪；BT-9300H型激光粒度仪；STA449C型综合热分析仪。

1.2 实验过程

将一定量干基硼泥置于圆底烧瓶中，加入等质量的蒸馏水调浆，用盐酸浸出（室温），抽滤得到氯化镁溶液。将氯化镁溶液加热搅拌，达到设定温度后开始滴加氨水，达到反应pH后停止搅拌，过滤得到滤饼。将滤饼放入真空干燥箱中烘干，得到氢氧化镁样品。并且研究了无水乙醇对氢氧化镁的分散作用。

2 结果与讨论

2.1 硼泥渣XRD分析

图1为硼泥浸出反应渣XRD谱图。从图1可以看出，酸浸过后的硼泥渣中只含有少量未浸出的硅酸镁、石英及氧化铁物相，大量Mg2+、Fe2+、Al3+等被浸出，在2θ为10～30°时形成无定形SiO2衍射峰，峰形呈鼓包状［8］。

图1 硼泥浸出渣XRD谱图

2.2 反应条件对氢氧化镁产率的影响（见图2）

图2a为氨水浓度对合成氢氧化镁粉体产率的影响。由图2a可知，随着氨水浓度的的增大，氢氧化镁的产率有所升高，但升高幅度不大，氨水稀释比例（体积比）为1∶3和3∶1时的产率差仅为3％，这说明氨水浓度对产率影响比较小。综上所述，一方面为防止氨水浓度过大造成挥发，另一方面为减少水的用量，实验选用氨水与水的体积比为l∶l。

图2b为氨水滴加速度对氢氧化镁产率的影响。由图2b可知，氢氧化镁的产率随着氨水滴加速度的增加呈现减小的趋势，在氨水滴加速度为每3s滴加1滴时产率最大，达到71.3％。主要原因是，氨水加入速度过快，生成氢氧化镁的反应时间缩短，反应不够完全；而过快的加入速度又加剧了氨水的挥发，使得体系中有效氨水浓度降低，导致氢氧化镁产率的下降。氨水滴加速度为每3s滴加1滴和每1s滴加1滴时产率相差不大，仅为0.9％，为了节省时间选择氨水滴加速度为l滴/s。

图2c为反应终点pH对氢氧化镁产率的影响。由图2c可以看出，随着反应终点pH的升高，氢氧化镁的产率也随之增大。这主要是因为，pH的升高意味着氨水添加量的增加，更多的氨水加入到体系中，提高了氨水的有效浓度，由于氯化铵呈弱酸性，实际上氨水与氯化镁的反应可视为一个可逆反应，氨水的增加使得平衡向右移动，因此使氢氧化镁的产率增加。由图2c还可以看出，当反应终点pH大于10.8以后，氢氧化镁产率的增长幅度变小。考虑到氨水本身是弱碱，更高的pH意味着氨水用量成倍的提高，同时氨水的挥发也会随之加剧而造成不必要的浪费，因此实验只考察了pH=l0.0～11.5。综合考虑，选择反应终点pH为11。

图2 反应条件对合成氢氧化镁产率的影响

图2d为沉降温度对氢氧化镁产率的影响。由图2d可以看出，随着沉降温度的升高，氢氧化镁的产率先升高后降低，沉降温度为60℃时产率最高。这是因为，氢氧化镁的形成需要一定的温度和时间，沉降温度过低不仅不利于氢氧化镁的沉淀造成产率降低，而且还会影响氢氧化镁结晶的完整性。随着沉降温度的升高，氢氧化镁的结晶性能和产率都有较大幅度的提高。但是，沉降温度过高会加剧氨水的挥发，体系中有效氨水的浓度会降低，使得氢氧化镁的产率反而降低。

图2e为沉降时间对氢氧化镁产率的影响。由图2e可以看出，随着沉降时间的增长，氢氧化镁的产率逐渐增大。在沉降时间为0.5h（沉降温度为60℃）时氢氧化镁的产率只有73.98％，而沉降时间为2h时产率增加到82.32％。在沉降时间为2h之后氢氧化镁的产率仍有提高，但是沉降时间过长会使氢氧化镁的粒径增大，因此选择沉降时间为2h。

2.3 氢氧化镁XRD分析

制备的氢氧化镁XRD测试结果如图3所示。由图3可见，样品的XRD谱图中各峰的位置与氢氧化镁标准卡片一致，属于六方晶系。XRD谱图中除了氢氧化镁的特征峰外没有其他特征峰，说明氢氧化镁样品的纯度较高。

图3 合成氢氧化镁XRD谱图

2.4 氢氧化镁TG分析

图4是氢氧化镁的TG曲线。从图4可以看出，氢氧化镁有两个明显的质量损失过程。在200℃左右时，主要是氢氧化镁失去结晶水的过程；在345℃左右，主要是氢氧化镁开始分解生成氧化镁和水的过程。在600℃以后曲线变为直线，说明温度超过600℃以后氢氧化镁没有进一步的热质量损失。氢氧化镁失水过程中的质量损失率为5.32％，氢氧化镁分解过程中的质量损失率为31.09％，这与理论值31.01％相吻合。这进一步说明实验制备的氢氧化镁样品纯度较高。

图4 合成氢氧化镁的TG曲线

2.5 氢氧化镁形貌分析

图5是氢氧化镁扫描电镜照片。从图5可以看出，氢氧化镁的形貌为片状。图5a为不加无水乙醇制备的氢氧化镁样品，有团聚和结块现象。这是因为氢氧化镁颗粒表面亲水疏油，因此不加任何添加剂直接制备的氢氧化镁极易团聚和胶结。图5b为加入无水乙醇制备的氢氧化镁试样，与试样a相比b的分散性更好。这是因为溶液中存在乙醇，一次反应结晶粒子尺寸较大，Mg（OH）2吸附乙醇分子后，降低了表面能，胶结得到抑制，使得氢氧化镁的分散性更好。

图5 氢氧化镁SEM照片

2.6 氢氧化镁的粒度分析

图6 氢氧化镁粒度分布图

氢氧化镁样品粒度分布如图6所示。由图6可以看出，氢氧化镁样品的粒度服从正态分布，中位径为1.15μm，体积平均径为1.67μm，面积平均径为0.63μm，属于超细氢氧化镁粉体。

3 结论

采用硼泥和氨水为原料，控制合适的工艺条件可以制备出超细片状氢氧化镁。产物结晶性能好，形貌较规整，中位径为1.15μm，体积平均径为1.67μm，面积平均径为0.63μm。最佳合成工艺条件：在室温下浸出后，反应终点pH=11，反应温度为60℃，沉降时间为2h，氨水稀释比例（体积比）为1∶1，氨水滴加速度为1滴/s。

［1］吕品，刘景泽，于淑伟.硼泥的综合利用［J］.辽宁化工，2004，33（6）：343-344.

［2］郭如新.美国氢氧化镁生产现状及应用前景［J］.海湖盐与化工，2000，29（3）：35-38.

［3］金陵.无机阻燃剂氢氧化镁发展潜力惊人［N］.中国化工报，2001-10-10（3）.

［4］张波，李丽娟，姬连敏，等.花球状氢氧化镁制备过程中的颗粒形成机理研究［J］.广州化工，2010，38（10）：3-6，28.

［5］Ding Yi，Zhang Guangtao，Wu Hao，et al.Nanoscale magnesium hydroxide and magnesium oxide powder：Control over size，shape，and structure via hydrothermal synthesis［J］.Chem.Mater.，2001，13（2）：435-440.

［6］Yan Chenlin，Xue Dongfeng，Zou Longjiang，et al.Preparation of magnesium hydroxide nanoflowers［J］.Journal of Crystal Growth，2005，282（3/4）：448-454.

［7］周镝，翟玉春，宁志强，等.回收硼泥制备氢氧化镁的研究［J］.科技资讯，2008（28）：85-86.

［8］孙青，侯会丽，郑水林，等.硫酸浸出硼泥制备片状氢氧化镁实验研究［J］.无机盐工业，2013，45（11）：21-24

联系方式：hushan320@sina.com

Research on preparing magnesium hydroxide from boron slurry

Yang Xuemei1，Hu Shan1，Wang Linggang1，Zheng Qian1，Zhou Meizhen2
（1.School of Materials Science and Chemistry，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；2.Dandong Cosman Materials Co.，Ltd.）

The superfine flaky magnesium hydroxide powder was prepared by direct precipitation method，with boron slurry as magnesium source and ammonia as precipitator.Through study on the influences of different reaction conditions on the production rate of magnesium hydroxide，the optimum technological conditions for synthesis of magnesium hydroxide were eventually obtained.The product was characterized by XRD，TG，SEM，and particle-size analyzer.The results showed that the product of the experiment was ultrafine magnesium hydroxide，the crystal was well structured，and the morphology of which was six-party flake.The optimum synthetic process conditions were as follows：leaching with hydrochloric acid at room temperature to get magnesium solution，pH was 11，reaction temperature was 60℃，subsidence time was 2h，ammonia dilution ratio（volume ratio）was 1∶1，and dropping speed of ammonia was 1 drop/s.Adding anhydrous ethanol can effectively improve the binding and dispersity of magnesium hydroxide.

boron slurry；magnesium hydroxide；productivity；particle size；morphology

TQ132.2

A

1006-4990（2014）12-0057-04

2014-06-20

杨雪梅（1989— ），女，在读硕士研究生，主要从事阻燃复合材料的制备与研究。

胡珊