盐酸法浸取硼泥制备精制氯化镁的研究

杨 梅, 陈启凡, 吴晓杰

(辽东学院 化学工程学院, 辽宁 丹东 118003)



盐酸法浸取硼泥制备精制氯化镁的研究

杨 梅, 陈启凡, 吴晓杰

(辽东学院 化学工程学院, 辽宁 丹东 118003)

以盐酸浸取硼泥实验为基础,研究了浸取过程中的试验条件,最终确定一套经济合理的实验方案。首先,通过X荧光光谱分析对硼泥的化学成分进行了定量定性分析,明确了其中各种氧化物的成分;其次,研究了盐酸用量(30、40、50、60、70 mL)、酸浸温度(50、60、70、80、90、100 ℃)、酸浸时间(15、25、35、45、55 min)对硼泥中氧化镁浸出率的影响。结果表明:最佳工艺条件为1∶1的盐酸加入量为50 mL、酸浸时间为35 min、反应的温度为80 ℃,这种生产工艺的效率最高,氧化镁的溶出率达到了96.07%。

盐酸浸取; 硼泥; 氯化镁; 废弃物再利用

0 引 言

硼泥是以硼镁矿为原料,利用碳碱法生产硼酸、硼砂等硼化工产品时产生的废弃物,一般生产1吨硼砂会产生3～4吨的硼泥。目前我国硼泥的堆积量已达2 500万吨以上,并且以每年200万吨的速度增长。硼泥已成为数量巨大的二次资源,若不充分利用,不仅是一种浪费,而且大量堆积的硼泥,会占用耕地、污染环境等。目前在辽宁、青海、吉林等地区已经出现大量的堆积,造成很严重的环境污染[1]。

硼泥因原料和生产工艺的不同,其物理性质和化学组成会有些差别。硼泥大多呈浅红色,表面为疏松的无规则颗粒,颗粒较细,有约80%的颗粒可以通过200目筛,有较好的可塑性,质硬但有一定黏性,手感细腻润滑,其主要化学组分为MgO(30%～45%)、SiO2(20%～35%)、Fe2O3(10%～20%)、B2O3(1.5%～6%)以及少量CaO、Na2O等[2]。

目前,国内外已对硼泥利用开展了相关研究,主要研究集中在以下几个方面:1)制成镁盐产品,例如制成MgCO3、MgO,与传统的轻质的MgCO3生产方式相比,由于原料硼泥为废弃物,并且符合国家治理“三废”的政策,其产品的价格将具有较强竞争优势;2)制砖,硼泥可以和黄土、炉灰按照一定比例混合进行烧砖;3)制砌筑砂浆及混凝土,用一定量的硼泥和水泥混合制得的硼泥混合砂浆可以在建筑上取代石灰和部分水泥;4)制微量元素肥料;5)制污水处理剂;6)制烧结矿的抗粉化剂;7)制微晶玻璃;8)烧制耐火材料[3-14]等方面,硼泥综合开发利用的关键是溶出其中的氧化镁组分,以生产氢氧化镁、碳酸镁等制品[15-18]。本论文将以辽宁省丹东市某化工厂的硼泥为原料,经过盐酸的浸取和氨水除杂等过程来获得纯度较好的氯化镁。

1 实 验

1.1 实验原料

本研究所用实验原料为硼泥、盐酸、氯化铵、30%过氧化氢,硼泥取自于丹东市某化工厂,其化学成分是通过德国布鲁克公司生产的X光射线荧光光谱仪(SRS-3400型)定量分析而得到的结果,主要化学组成w(MgO)=52.1%;w(SiO2)=27.8%;w(Al2O3)=4.65%;w(B2O3)=4.5%;w(CaO)=5.69%;w(Na2O)=1.41%;w(K2O)=0.56%;w(TiO2)=0.49%,w(其他)=2.8%。

1.2 实验设备

电子分析天平;智能数显恒温水浴锅;集热式恒温加热磁力搅拌棒;热电恒温鼓风干燥箱;循环水真空泵;数显精密增力电动搅拌棒;三口烧瓶;碱式滴定管;漏斗;铁架台;滤纸;pH试纸;玻璃棒;容量瓶;洗耳球;胶头滴管。

1.3 试验方法

一定量硼泥加入去离子水调浆,在适宜的酸浸温度下与盐酸反应一定的时间,反应后的硼泥过滤、洗涤、干燥、称量,分析滤渣中氧化镁含量,具体的操作流程见图1。

图1 精制氯化镁的流程工艺图

根据滤渣质量及氧化镁含量计算不同反应条件下氧化镁的溶出率w:

w=(m1w1-m2w2)/(m1w1)×100%

式中:m1、m2为原矿、酸浸渣质量;w1、w2为原矿氧化镁、酸浸渣氧化镁质量分数。根据硼泥与浓盐酸反应的基本原理和实验过程,确定盐酸用量、酸浸温度、酸浸时间为影响氧化镁溶出率的主要因素,为了考察各主要因素对氧化镁溶出率的影响,分别就上述因素进行了单因素实验。

2 结果与讨论

2.1 盐酸用量对镁浸取率的影响

图2 浸取剂用量对镁浸取率的影响

分别取10 g烘干后的硼泥放入圆底烧瓶中,加入去离子水进行调浆,酸浸温度为80 ℃,酸浸时间为40 min,分别加入不同体积的1∶1盐酸,以加酸体积与硼泥质量比为X轴,x=3、4、5、6、7,氧化镁的浸取率为Y轴作图,考察盐酸用量对氧化镁溶出率的影响,结果见图2。

从图2中可以看出,随着盐酸用量的增加,氧化镁的浸出率在不断的增大,但当比值增加到5以后,再继续增加盐酸的用量对镁的浸取率的影响变化并不大,基本保持不变,因此可以确定当盐酸体积与硼泥的质量比值等于5时,浸取效果为最佳。

2.2 酸浸温度对镁浸取率的影响

不同的反应温度可以影响浸取过程中浸取液对氧化镁的浸取率,通过实验,确定最适合反应温度。分别取10 g烘干后的硼泥放入圆底烧瓶中,加入去离子水进行调浆,分别放入温度为50、60、70、80、90、100 ℃的水浴锅中,加入50 mL盐酸(1∶1),不断搅拌下反应30 min,过滤后收集滤液,测量其中镁的含量,结果如图3所示。

图3 反应温度对镁浸取率的影响

由图可见,在其他反应条件都相同的情况下,镁的浸取率会随着反应温度升高而增大,从50 ℃到80 ℃增加的趋势非常明显,而当温度达到80 ℃之后,增大的速率就很小了,分析认为这主要是因为盐酸在80 ℃以后活性比较大,能够破坏MgSiO4的结构使镁溶解,但随着镁离子浓度的不断增加和盐酸浓度的不断降低,使得反应很难继续向正反应方向进行。综合以上因素考虑,选择最合适的反应温度应为80 ℃。

2.3 酸浸时间对镁浸取率的影响

不同的反应时间可以影响浸取过程中浸取液对氧化镁的浸取率,通过实验,确定最佳反应时间。分别取10 g烘干后的硼泥放入圆底烧瓶中进行调浆,在80 ℃的水浴条件下加入50 mL盐酸(1∶1),分别反应15、25、35、45、55 min,在反应的过程中不断的进行搅拌,过滤后收集滤液,测量其中镁的含量,结果如图4所示。

图4 酸浸时间对镁浸取率的影响

由图4可见,在其他条件都相同的情况下,氧化镁的浸取率的大小与时间存在着明显的线性关系,反应时间为15 min时浸取率为82.23%,时间为55 min则达到最大值,但是当反应时间达到35 min后,浸取率的增长趋势趋于平缓,在35 min和45 min时候的浸取率并无明显变化,所以从降低能源的消耗以及减少反应所用的时间等方面来综合考虑,反应时间选择35 min为最佳。

2.4 浸取液的净化

在硼泥中含有一定量的氧化镁、二氧化硅和少量的氧化铁、氧化铝以及氧化钙、氧化锰等的杂质,经过盐酸的浸取与过滤之后,在所得的浸取液中会含有一定的杂质如铁离子、铝离子、锰离子等,这些离子将会对氯化镁纯度造成一定的影响,所以必须将这些杂质除去。向所得到的浸取液中加入一定量的双氧水,将杂质氧化,再通过氨水来调节溶液的pH值,在pH=2.3～4.7的时候Fe3+和Al3+开始沉淀,进行过滤除去。再继续向溶液中加入氨水,控制溶液的pH=7.8～9.8时Mn4+开始沉淀,将所得沉淀滤去,可以得到精制的氯化镁溶液。

从表1可以看出,Fe2+开始沉淀时pH值较高,并且Mn(OH)2的溶度积KSP=4.5×10-13,Fe2+和Mn2+与Mg(OH)2开始沉淀的pH值接近,而Fe3+和Mn4+开始沉淀的pH值较低,所以先用双氧水对其氧化,采取两步法除去杂质,即先调节pH=2.3～4.7除去铁铝复合氢氧化物,再调节pH=7.8～9.8除去锰杂质。

表1 几种金属氢氧化物的溶度积以及开始沉淀的pH值

3 结 论

本文以辽宁省丹东市某化工厂产生的硼泥作为研究的原料,采用盐酸浸出硼泥中氧化镁组分,最佳工艺条件为1∶1的盐酸加入50 mL、酸浸时间为35 min、反应的温度80 ℃,这种生产工艺的效率最高,氧化镁的溶出率达到了96.07%

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Preparation of refined magnesium oxide from boron sludge by via Hydrochloric acid leaching method

YANGMei,CHENQifan,WUXiaojie

(College of Chemistry and Engineering, Eastern Liaoning University, Dandong 118003, China)

In this paper, magnesium oxide was prepared from boron sludge by based on the experiment of hydrochloric acid leaching method. of boron sludge, Tthe experimental conditions test conditions of the leaching process were optimized studied, and a set of economic and reasonable leaching techniqual process experimental plan was finally developed determined. Magnesium oxide was extracted from boron sludge by via Hydrochloric acid leaching method. Firstly, spectroscopy for the chemical composition including various oxides in boron mud were qualitatively and quantitatively analyzed and chemical composition were analyzed by X-ray fluorescence, clear ingredients which various oxides. Then Secondly, which effect the leaching experimental conditions for rate of magnesium oxide,such as amount of hydrochloric acid(30、40、50、60、70 mL), leaching temperature(50、60、70、80、90、100 ℃), and leaching time (15、25、35、45、55 min) were optimized investigated. The results indicated that The optimum conditions for leaching magnesium oxide from boron sludge were as shown as follows: amount of HCl (1∶1) amount 50 mL, leaching time 35 min, leaching temperature 80 ℃. Under these conditions, the highest leaching efficiency was can be obtained with, and the leaching rate of was 96.07%.

Hydrochloric acid leaching method; boron sludge; magnesium chloride; waste recycling

2015-12-20。

辽宁省教育厅高等学校优秀人才支持计划项目(LJQ2013135)。

杨 梅(1978-),女,辽宁黑山人,辽东学院副教授,博士; 通信作者:陈启凡(1964-),女,辽宁铁岭人,辽东学院教授,博士。

1673-5862(2016)02-0144-04

TQ 132.2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.004