氯化镁-石灰乳法制高纯氧化镁中试工艺条件研究

李波，王树轩，李宁，祁米香

（中国科学院青海盐湖研究所，青海 西宁 810008）

氯化镁-石灰乳法制高纯氧化镁中试工艺条件研究

李波，王树轩，李宁，祁米香

（中国科学院青海盐湖研究所，青海 西宁 810008）

摘 要高纯氧化镁是一种重要的化工原料，在建筑材料、环保领域、农业、化学催化等方面有着广泛的应用。笔者以盐湖氯化镁和生石灰为原料，结合中试试验，对氯化镁-石灰乳法制备高纯氧化镁的生产过程进行了研究，使工艺得到进一步优化。考察了常温下，pH、洗涤次数、陈化等因素对氢氧化镁合成过程的影响，并确定了最佳优化工艺参数：pH约为9.5，洗涤次数3次，料浆无需陈化。该研究对氯化镁-石灰乳法制备高纯氧化镁的工业化生产有一定的指导意义。

关键词：氯化镁-石灰乳法；中试试验；高纯氧化镁

高纯氧化镁是一种重要的化工原料，在环保领域、建筑材料、农业、化学催化等方面有着广泛的应用［1-5］。石灰乳法制备高纯氧化镁因其原料充足，生产成本低，具有良好的竞争优势。中国石灰乳法合成氢氧化镁及氧化镁的工艺研究较多，主要集中在提高氢氧化镁和氧化镁的纯度、表面改性、晶型转变、作为无机阻燃剂的应用以及纳米材料等方面，研究规模绝大多数为实验室规模［6-7］，而根据氯化镁-石灰乳法生产过程、料液性质特点，对工程技术方面的研究甚少，可参考的文献也极为有限。笔者结合中试研究，对氯化镁-石灰乳法制备高纯氧化镁的工艺进行了研究，得到了较好的工艺参数。

1 实验部分

1.1 实验原料

生石灰，取自青海省天峻县某石灰厂，其化学组成（质量分数）：CaO，55.63％；MgO，0.04％；SiO2， 0.35％；Fe2O3，0.07％；Al2O3，0.13％。氯化镁，取自青海省察尔汗盐湖。

1.2 实验方法

取一定量MgCl2·6H2O白色固体，投入自来水中溶解并搅拌均匀。用HCl调整pH为3.8～4.0，剧烈曝气后，静置一段时间，过滤后收集滤液，即得到所需卤水。用EDTA法测定溶液中Mg2+的质量浓度为110.5 g/L。

常温下，取一定量的生石灰，充分消化于脱碳水［8］中，通过旋流分离得到精石灰乳；在反应器内缓慢加入氯化镁溶液和精石灰乳，充分搅拌，调节控制pH；搅拌30 min后制备得到氢氧化镁浆料。将该料浆固液分离后（离心机过滤），再浆洗涤数次，烘干，在850℃下灼烧3 h，冷却至室温得初步产品氧化镁（非最终产品）。用EDTA法（GB/T 5069—2007《镁铝系耐火材料化学分析方法》［9］）测氧化镁中镁、钙含量。

2 实验结果与讨论

2.1 洗涤次数的影响

反应后的Mg（OH）2料浆中有等摩尔副产物CaCl2，过滤分离后，CaCl2大部分随滤液分离出去，少部分可能被吸附在Mg（OH）2固体上，需经洗涤除去。取一定量离心过滤后的Mg（OH）2滤饼，以3倍于湿滤饼质量的脱碳水再浆洗涤。通过测定洗水中的钙、镁等离子浓度和终产物氧化镁中各离子含量来表征洗涤效果。

图1 洗涤次数对钙离子浓度的影响

图2 洗涤次数对氧化镁含量的影响

图3 洗涤次数对氯化钙、氧化钙含量的影响

图1为洗涤次数对钙离子浓度的影响。当洗涤次数为0时，对应的钙离子浓度为氢氧化镁料浆（母液）过滤后滤液中钙离子浓度。由图1可以看出，随着洗涤次数的增加，洗液中钙离子含量逐渐降低，最后趋于平稳。其中氢氧化镁料浆过滤后滤液中的钙离子含量与第一次洗涤后的钙离子量相比，减少幅度比较大；至第四次时洗水中钙离子含量趋于平稳，表明继续增加洗涤次数，对降低钙含量效果不明显。

图2、3分别为洗涤次数对氧化镁含量以及对氯化钙、氧化钙含量的影响。由图2、3可以看出，随着洗涤次数的增加，氧化镁的含量逐渐增加，而氧化钙、氯化钙含量逐渐减少，且至第三、四次洗涤后，三者的含量趋于平稳。这进一步表明，继续增加洗涤次数，对氧化镁纯度的提高和氧化钙、氯化钙含量的减少效果不明显。

由此可以得出结论，当用3倍于氢氧化镁滤饼质量的脱碳水洗涤时，洗涤3次即可保证氢氧化镁滤饼中氯化钙含量充分降低。

2.2 氢氧化镁料浆陈化的影响

将制备好的适量氢氧化镁浆料分为3份，第一份立即洗涤过滤，煅烧成氧化镁；第二份密闭（隔绝空气）放置24 h后洗涤过滤，煅烧成氧化镁；第三份于空气中放置24 h后过滤洗涤，煅烧成氧化镁。测其中各组分含量，结果见表1。

表1 三组氧化镁产品中的化学组成比较％

由表1可知，第一、二份氧化镁产品中各组分含量变化不明显；第三份比第一份产品中的氧化镁含量明显减少，而氧化钙含量则明显多于第一份产品。3份产品中氯化钙含量都没有明显变化。这表明隔绝空气时，陈化对氢氧化镁料浆的质量没有影响；在空气中陈化对氢氧化镁料浆不利，会导致氧化钙含量增加，这可能是由于空气中的二氧化碳与体系中钙离子发生反应，生成的碳酸钙以固相形式进入氢氧化镁中，煅烧后变成氧化钙仍存在于氧化镁中，导致氧化镁纯度降低，无法达到去除杂质的目的。因此在实际生产中，氢氧化镁料浆不需要陈化，反应的料浆最好尽快进行絮凝和分离；如需临时存放，应尽量避免接触空气。

2.3 pH的影响

反应体系的pH是一个非常重要的参数，pH过低或者过高都会使反应不完全，造成原料的损失和浪费，而且pH过高时还会导致氢氧化镁的纯度和质量下降。因此，控制好体系pH非常必要。根据氢氧化镁的溶解度［10］可以得到饱和Mg（OH）2溶液的pH，结果如表2所示。

表2 Mg（OH）2溶解度参数

当反应体系酸度达到氢氧化镁饱和溶液pH时，可以认为反应已经完全。由于反应在常温下进行，由表2可知，反应pH应该控制在9.49左右。

取4份一定量精灰乳与卤水反应，体系pH控制在9.00～10.50。测定滤液、洗水和产物MgO中各组分含量。图4为pH对洗水中镁离子浓度的影响。由图4可以看出，当pH约为9.00时，洗水中镁离子浓度较大，可达1.42×10-4mol/L，说明此时镁离子没有沉淀完全，氯化镁的损失率比较大；随着pH的升高，镁含量减少，镁离子沉淀率不断升高，氯化镁损失率降低，最后趋于平稳，此时滤液中镁离子浓度约为4.35×10-6mol/L。当pH大于9.50时，镁含量变化不是很明显。综合考虑，体系pH控制为9.50左右比较适宜。

图5、6分别为pH对洗水中氯化钙与氧化钙浓度以及氧化镁含量的影响。由图6可以看出，随着pH的升高，氧化镁的含量呈减小趋势。pH为9.00～9.50时，氧化镁质量分数最大（97.8％）且变化幅度较小；但pH约为9.00时，氢氧化镁合成反应时氯化镁不能完全沉淀，造成原料的损失。pH为9.50以后，氧化镁的含量逐渐降低，氧化钙和氯化钙含量逐渐增加（见图5），这可能是随着体系碱性的增强，氢氧化镁料浆更容易包裹未消化完全的氧化钙、碳酸钙和氢氧化钙等物质，导致氧化镁中氧化钙含量增加；氯化钙含量增加可能是因为体系碱性增强，氢氧化镁的强吸附性导致氯化钙不易通过洗涤去除，从而导致氧化镁含量逐渐降低。

图4 pH对洗水中镁离子浓度的影响

图5 pH对洗水中氧化钙、氯化钙浓度的影响

综合洗水和氧化镁中各物质含量的关系，实验选择合成氢氧化镁适宜的pH约为9.50。

3 结论

实验研究了常温下影响氢氧化镁合成的因素，确定了pH、絮凝剂、洗涤次数、陈化等合成工艺参数。对氯化镁-石灰乳法生产高纯氧化镁的工业化生产有一定的指导意义。

参考文献：

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［7］韩海波，赵华，刘润静，等.卤水-石灰乳法制备纳米氢氧化镁新工艺研究［J］.无机盐工业，2008，40（2）：31-32，42.

［8］李波，王树轩，李宁，等.灰乳法生产高纯氧化镁的工艺水的制备［J］.盐业与化工，2011，40（3）：1-2，5.

［9］GB/T 5069—2007镁铝系耐火材料化学分析方法［S］.

［10］实用化学手册编写组.实用化学手册［M］.北京：科学出版社，2001：198.

联系方式：qinliyu85@126.com

中图分类号：TQ132.2

文献标识码：A

文章编号：1006-4990（2013）08-0024-03

收稿日期：2013-02-13

作者简介：李波（1985—），男，硕士，助理研究员，主要从事盐湖资源开发利用工作，已公开发表文章10余篇。

Research on pilot processing parameters of preparation of high-purity magnesium oxide with magnesium chloride-lime milk method

Li Bo，Wang Shuxuan，Li Ning，Qi Mixiang
（Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Scineces，Xining 810008，China）

Abstract：High-purity magnesia is an important chemical raw material，which has a wide application in the fields of building materials，environmental protection，agriculture，chemical catalysis，and so on.Combining with pilot experiment，preparation process of high purity magnesium oxide with salt lake magnesium chloride and lime as the raw materials was studied，and the process conditions were further optimized.The influences of pH，washing times，and aging etc.on the synthesis process of magnesium hydroxide at the room temperature were investigated.The optimum process parameters were confirmed as follows：pH was about 9.5，washed for 3 times，and the slurry without aging.This study is meaningful for guiding the industrial production of high purity magnesium oxide with magnesium chloride-lime milk method.

Key words：magnesium chloride-lime milk method;pilot test;high-purity magnesia