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卤水中氧化镁的提取探讨
梁伟
（青海民族大学 07应用化学 青海西宁810007）
摘要：氧化镁作为一种重要的化学化工原料广泛应用于橡胶、塑料、电线、电缆染料、油漆、玻璃、陶瓷、化学试剂、医药、食品添加剂等领域。尤其随着环保要求的提高，氧化镁的需求将迅速增长。研究新的工艺，即从卤水中提取氧化镁，是解决目前氧化镁市场供不应求，满足经济快速稳定发展的必要手段。采用卤水-碳酸氢铵法来制备活性氧化镁，从影响卤水制备活性氧化镁产率入手，研究沉淀反应条件如反应物浓度、反应温度、反应时间、陈化时间和煅烧温度等对产品的影响，来确定制备氧化镁的最佳工艺条件。
关键词：卤水；碳酸氢铵；氧化镁
Extraction of magnesium brine
Abstract: MgO as an important chemical widely used in rubber chemicals,plastic,wire,cabledyes,paints,glass,ceramics,chemicals,pharmaceuticals,food additives and other fields. In particular, as the improvement of environmental protection requirements, rapid growth in demand for magnesium oxide.Research new technology, that is extracted from brine magnesium oxide, magnesium oxide is the solution to the current market demand, to meet the fast and stable economic development of the necessary means. By Brine - ammonium bicarbonate method to prepare active magnesium oxide active magnesium oxide prepared from the impact of brine production rate start of precipitation conditions such as reactant concentration, reaction temperature, reaction time, aging time and calcination temperature on the products of to determine the optimum conditions of preparation of magnesium oxide.
Keywords: brine; ammonium bicarbonate; magnesia

作者简介：梁伟 （1988—），男，安徽，应用化学，学士

卤水-碳酸氢铵法以碳酸氢铵和氨水代替纯碱生产轻质氧化镁。在一定浓度氨水中加碳酸氢铵制取碳酸铵沉淀剂, 同卤水中的反应生成碱式碳酸镁,再经煅烧制得活性氧化镁。该方法精制、纯化和质量浓度要求同纯碱法, 控制反应温度为40～50℃ , 既能获得较高的收率, 又能使沉淀过滤完全; 洗涤除去氢氧化镁吸附的杂质; 对母液采用蒸发、冷却、结晶分离出产品, 返回反应釜进行碳化反应, 节约了碳酸氢铵的用量[1] 。
活性氧化镁是制备耐火材料[2]、高功能精细无机材料、电子元件、油墨、有害气体吸附剂的重要原料;也是化学工业用作生产氢氧化镁等镁盐的原料[3];建筑行业中制造含镁特种水泥与保温材板等[4];农业上作镁肥生产原料;作牛、马、羊等畜生的饲料添加剂;环保领域用于烟气脱硫、废酸水中和剂和重金属离子的吸附剂;钢铁工业制作高炉衬里的镁质团球[5]。本研究以卤水为原料，采用碳铵法生产工艺，生产高活性氧化镁，为该镁盐资源的利用提供了一条新途径，可降低生产成本，经济效益显著。
1 实验部分
1.1 仪器试剂
1.1.1 试 剂
碳酸氢铵；次氯酸钠；卤水, 成分分析结果见表1
表1 卤水成分分析结果

组成
Mg2+
Cl-1
SO42-
PH值
Fe3+
Mn2+
质量分数/(g·L-1)
95.43
281.82
10.47
2.45
微量
微量
1.1.2 仪 器
ZK－35ABX型真空干燥箱、KXS－恒温水浴锅、YT27114－真空泵、JJ－1电动搅拌器、SRJX－4－15型马弗炉。
1.2 实验原理
首先配制碳酸铵沉淀剂, 即在一定浓度氨水中加碳酸氢铵制取碳酸铵沉淀剂,生成碳酸铵，然后同卤水中溶液进行反应,生成碱式碳酸镁,再经煅烧制取活性氧化镁。此法反应原理如下:
[6]
[7]
1.3 卤水预处理
将一定量的卤水放入烧杯中，在搅拌下加入适量的次氯酸钠()，使氧化为，以的形式除去，使氧化为，以的形式除去。10min后，有红色固体出现后，再加入经与等摩尔的溶液，过滤。
1.4 活性氧化镁的制备
将沉淀剂碳酸氢铵加入到已处理过的卤水中，形成的碱式碳酸镁沉淀经沉化、过滤、洗涤、烘干、煅烧处理，便可得活性氧化镁。
2 结果与讨论
2.1 反应物()浓度
当反应温度为45℃时，反应物配比(∶物质的量比)为2．1∶1．0，反应时间为50min，陈化时间2 h，煅烧温度为700℃时，反应物浓度对产品收率和活性的影响如表2所示。
表2 反应物浓度与产品收率和活性
反应物浓度/(mol·L-1)
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
产品收率，%
63.46
73.23
72.59
74.53
74.51
73.32
74.65
产品活性/(mol•g-1)
148
167
174
177
169
170
171
一般来说，反应物浓度越高，产品的收率越高，其单位体积的产量就越高，设备利用率也越高，对需外加热的反应来说，热能也越节省，因此希望反应物的浓度高一些。但反应原料的浓度过高则会对沉淀的过滤性带来不利影响。
因此，反应物卤水的浓度必须控制在一定范围内，不能太高也不能太低。通过查阅相关资料及实验结果可知浓度应控制在0．8～1．4 mol/L(以)计为宜，浓度过大很难得到易过滤洗涤、分散性好的产品。
2.2 沉淀反应的时间
当反应温度为45℃时，反应物配比(∶物质的量比)为2．1∶1．0，氯化镁的浓度为1．2 mol/L，陈化时间2 h，煅烧温度为700℃时，反应时间对产品收率和活性的影响如表3所示。
表3 反应时间与产品收率和活性
反应时间/min
35
45
55
65
75
85
95
产品收率，%
66.75
68.21
73.06
74.59
73.23
72.21
73.11
产品活性/(mol•g-1)
141
139
179
168
173
161
159
沉淀反应的程度与反应时间有很大关系，时间越长反应进行的越完全，反应的沉淀得率也越高。但反应时间过长，会延长生产周期，直接影响产量。由实验可知:适宜的反应时间应控制45～75 min。
2．3 沉淀反应温度
当氯化镁的浓度为1．2 mol/L，反应物配比(∶物质的量比)为2．1∶1．0，反应时间为50 min，陈化时间2 h，煅烧温度为700℃时，反应温度对产品收率和活性的影响如表4所示。
表4 反应温度与产品收率和活性
反应温度/℃
30
35
40
45
50
55
60
产品收率，%
66.46
65.65
71.77
73.6
74.9
69.91
59.87
产品活性/(mol·g-1)
135
167
156
177
171
181
174

反应温度不但影响反应的速度、反应进行的深度及原料的利用率，而且影响产品的吸碘值及过滤性能。温度过低，反应较慢，得到的颗粒大，结晶良好的碱式碳酸镁中间体分解后氧化镁活性较低;所以应在较高的温度下反应，但由于碳酸氢铵不稳定不能预先加热，只能在混合后升温且温度不能过高。经实验研究得知最佳反应温度应控制在40～55℃。
2．4 反应物配比
当氯化镁的浓度为1．2 mol/L，反应温度为45℃，反应时间为50 min，陈化时间2 h，煅烧温度为700℃时，反应物配比(∶物质的量比)对产品收率和活性的影响如表5所示。
表5 反应物配比与产品收率和活性

反应配物比
1.8:1.0
1.9:1.0
2.0:1.0
2.1:1.0
2.2:1.0
2.3:1.0
2.4:1.0
产品收率，%
64.94
69.43
74.58
75.5
73.1
74.62
73.69
产品活性/(mol·g-1)
145
167
178
181
173
176
175
由实验可知:反应物配比对产品的收率有较大的影响，控制适宜反应物配比可以节省原料且使所得产物的收率较大。经实验研究可知最佳反应物质的量比应控制在2．0∶1．0～2．3∶1．0之间。
2．5 陈化时间
陈化就是在沉淀定量后，将沉淀和母液一起放置一段时间。当溶液中大小晶体同时存在时，由于微小晶体比大晶体溶解度大，溶液对大晶体已经达到饱和，而对微小晶体尚未达到饱和，因而微小晶体逐渐溶解。溶解到一定程度后，溶液对小晶体为饱和时，对大晶体则是过饱和，于是溶液中的构晶离子就在大晶体上沉积。当溶液浓度降低到对大晶体是饱和溶液时，对小晶体已不饱和，小晶体又要继续溶解。这样继续下去，小晶体逐渐消失，大晶体不断长大，最后获得粗大的晶体。
当氯化镁的浓度为1．2 mol/L，反应温度为45℃，反应时间为50 min，煅烧温度为700℃时，反应物配比(∶物质的量比)为2．1∶1．0时，沉化时间对产品收率与活性的影响如表6所示。
表6 陈化时间与产品收率和活性
陈化时间/h
0.5
1
1.5
2
3
产品收率，%
73.75
74.32
74.29
73.9
74.6
产品活性/(mol·g-1)
168
174
171
179
177
由表6可很明显看出陈化时间对产品的收率和活性影响较小。但陈化作用使沉淀变得更纯净，这是因为大晶体的比表面积小，吸附杂质量少;同时，由于小晶体溶解，原来吸附、吸留或包藏的杂质将重新溶入溶液中，因而提高了沉淀的纯度。一般选择陈化时间为2 h效果较好。
2．6 过滤与洗涤
一般粒径大的产物容易过滤，但产物可能是由小颗粒团聚而成的。由于反应浓度较大，沉淀过程夹带的杂质是很正常的现象，不可能避免。大颗粒中吸附夹带的杂质因扩散慢而需要较长的交换时间，因此，洗涤过程较长，即容易过滤并不意味着容易洗涤。
本实验得到的沉淀碱式碳酸镁过滤性较好，容易过滤，大约需要6～8min。碱式碳酸镁沉淀常吸附着很多杂质离子，其中吸附最多的是、﹑及等离子。这些杂质离子的存在会影响氧化镁的质量，通常采用洗涤的方法除去，用去离子水洗涤4～5次的含量即可达到要求。
2．7 煅烧温度
当氯化镁的浓度为1．2 mol/L，沉淀反应物配比(∶物质的量比)为2．1∶1．0，反应温度为45℃，反应时间为50 min，陈化时间2 h时，煅烧温度对氧化镁活性和收率的影响如表7所示。
表7 煅烧温度与氧化镁活性
煅烧温度/℃
550
600
650
700
750
800
850
产品收率，%
60.81
69.76
72.88
74.3
73.9
70.57
62.66
产品活性/(mol·g-1)
169
178
183
172
174
160
154
煅烧温度对氧化镁的活性和收率有较大的影响。煅烧温度升高，有利于结晶，温度越高，结晶越完全，活性越低。如果在碱式碳酸镁的分解温度附近煅烧，产品活性并不是最高，因为此时分解速度较慢，需要的时间较长，质点可以从容重排，找到自己的最佳位置，得到结晶完好的产品。此外，低温分解时由于水和二氧化碳的扩散速度慢，不能完全冲破碱式碳酸镁原来的外形，容易得到针状或片状的团聚氧化镁，此时氧化镁的颗粒较大，活性也就越低。而适当提高分解温度，也可以加快质点的扩散速度和重排，也可以加快水和二氧化碳的扩散速度，使其容易冲破原来的外形，形成分散均匀的颗粒状氧化镁，增加其比表面积，提高产物活性。所以氧化镁的活性先是随碱式碳酸镁的煅烧温度的提高而升高的，但温度达到一定高度时氧化镁的活性反而降低。经过实验得出在600～750℃下煅烧可得高活性氧化镁，而活性最高时发生在650℃。
3 结论
一般来说，反应物浓度越高，产品的收率越高，但反应原料的浓度过高则会对沉淀的过滤性带来不利影响，故将反应物浓度应控制在0．8～1．4 mol/L；时间越长反应进行的越完全，反应的沉淀得率也越高，但反应时间过长，会延长生产周期，直接影响产量，适宜的反应时间应控制45～75 min；温度越高，产品收率也越高，但由于碳酸氢铵不稳定不能预先加热，只能在混合后升温且温度不能过高，经实验研究得知最佳反应温度应控制在40～55℃；反应物配比对产品的收率有较大的影响，控制适宜反应物配比可以节省原料且使所得产物的收率较大，最佳反应物质的量比应控制在2．0∶1．0～2．3∶1．0之间；氧化镁的活性先是随碱式碳酸镁的煅烧温度的提高而升高的，但温度达到一定高度时氧化镁的活性反而降低，经过实验得出在600～750℃下煅烧可得高活性氧化镁，而活性最高时发生在650℃。
参考文献
[1] 胡庆福, 宋丽英, 胡晓湘. 卤水一碳酸铵法制取活性氧化镁工艺研究[J] .盐业与化工,2007,36(6):17 - 20,37.
[2] 吴万伯．谈菱镁矿的综合开发与应用［J］．破产保护与利用，1994，1:15－18．
[3] 吴万伯．谈菱镁矿生产轻质碳酸镁和氧化镁［J］．非金属矿，1997，4(118):22－25．
[4] 徐玲玲，杨南如．MgO活性对氯镁石材料开裂和耐水性的影响［J］．硅酸盐学报，2003，
31(8):759－762．
[5] 胡庆福．镁化合物生产与应用［M］．北京:化学工业出版社，2004:76－91．
[6] 李广路.球化剂中氧化镁的快速测定.镁盐工业，2000，(1):73-74
[7] 范建萍，张毅安.石棉尾矿酸浸法制微孔二氧化硅和轻质氧化镁的工艺研究[J].山西化工，1996，
(3):29一31