由制盐母液制取碱式碳酸镁和氧化镁

张士航

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

由制盐母液制取碱式碳酸镁和氧化镁

张士航

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

首先采用化学分析法测定制盐母液中各个离子的浓度，通过单因素实验来确定制备碱式碳酸镁的适宜反应温度。在确定的实验条件下制备出碱式碳酸镁，用XRD分析碱式碳酸镁的晶体结构、以SEM图分析其表面形貌。进一步实验可制备出氧化镁晶须，以SEM分析其结构和形貌。

制盐母液；碱式碳酸镁；氧化镁

制盐母液又称苦卤，即晒盐以后产生的母液。母液中含有大量的钠、镁、钾等无机盐，是极具价值的资源宝库[1]，如何合理利用制盐母液、制备出适宜的产品是值得探讨和研究的课题。我国于二十世纪六十年代开发出兑卤法制盐母液综合利用技术，此后很多学者进行了制盐母液制备镁盐、钾盐等产品的研究，王蕾、邵明浩、吴键松、朱国材、程文婷等对碳酸镁、碱式碳酸镁的制备、结构和表征等进行了研究[1-5]，王在华，朱国材等对氧化镁的制备条件等进行了探索[1,4]。

本文以制盐母液(苦卤)为主要原料，制备出碱式碳酸镁和氧化镁晶须，对制备条件等进行了研究。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器设备

实验试剂：四苯硼钠、氧化锌、氢氧化钠、氨水、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钾、盐酸、氯化钠、氯化钡、硝酸汞、氯化铵、EDTA等化学试剂均为分析纯试剂，制盐母液取自潍坊羊口盐场，密度1.261 g/mL(25℃)，去离子水。

实验仪器设备：T-1200NT真空管式炉，郑州天纵电气设备有限公司；S-4800高分辨场发射扫描电子显微镜，德国Eppendorf公司；D/max-rA型X射线衍射仪，日本理学公司；SHA-C恒温震荡器，常州智博瑞仪器制造有限公司；Nano-ZS90型纳米粒度及ZETA电位分析仪，英国马尔文公司；CRY-2P差热分析仪，上海天平仪器厂。

1.2 分析方法

制盐母液中含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-等组分，实验对各离子采用化学分析法测定：采用四苯硼酸钾重量法测定母液中K+含量；采用EDTA络合滴定法测定Mg2+和Ca2+含量(分别测定钙离子含量、钙镁离子总量计算得到)；采用汞量法测定Cl-含量；采用硫酸钡重量法测定SO42-含量，最后用差减法计算Na+含量。

1.3 碱式碳酸镁的制备

将取自潍坊羊口盐场的制盐母液(即苦卤)沉降过滤除去悬浮物，用去离子水将制盐母液稀释到一定浓度，然后用配好的pH值=10.24的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液调节制盐母液的pH值，把pH值调到8～9左右，(如果含有Ca2+，会在该阶段生成白色沉淀CaCO3，过滤除去CaCO3)，加入一定浓度的碳酸钠溶液，在不断搅拌条件下于一定温度下反应，反应一段时间后保温陈化，然后过滤、干燥至恒重，可制得碱式碳酸镁。母液可以去其它工序制备钾盐、钠盐等。

本实验是通过向pH值和浓度一定的制盐母液中加入碳酸钠制备碱式碳酸镁，其对碱式碳酸镁的产率影响因素：(1)制盐母液浓度(以水与制盐母液的体积比表示)；(2)碳酸钠用量，根据初步实验结果确定用浓度为1.00mol/L碳酸钠溶液为反应时加入的原料(碳酸钠溶液与制盐母液的体积比表示实验用量)；(3)反应时间(单位：h)；(4)反应温度(单位：℃)。

在预实验基础上，可以确定制盐母液制取碱式碳酸镁的实验条件：(1)浓度取水∶制盐母液=0.6∶1(体积比)，(2)碳酸钠∶制盐母液=2.6∶1(体积比)，(3)反应时间取70 h。然而，反应温度对实验结果的影响较大需要做单因素实验，分别取40、50、60、70、80、90℃下进行实验。以反应温度为横坐标，碱式碳酸镁的收率为纵坐标作图，确定制备碱式碳酸镁的适宜反应温度。

在上述实验条件都确定情况下制备碱式碳酸镁，并用XRD和SEM对其进行表征。

1.4 氧化镁的制备

将制备的碱式碳酸镁在一定的温度下升温焙烧制备出氧化镁。称取一定质量的碱式碳酸镁置于瓷坩埚中，在T-1200NT型管式炉中，通过程序升温灼烧制备氧化镁，升温程序设定为室温-100℃/25min、100℃/20min、100～350℃/50min、350℃/30min、350～550℃/40min、550℃/60min。对制得的产物通过SEM电镜分析。

2 实验结果与分析

2.1 制盐母液的分析结果

采用上述分析方法对实验原料中各类离子进行分析，其制盐母液的组成如表1所示。

表1 制盐母液组成Table 1 Themain components of the bitter brine

由表1可知，Mg2+在制盐母液中的浓度为1.9136 mol/L，从而为制备碱式碳酸镁中计算产率提供实验数据。

2.2 反应温度对碱式碳酸镁收率的影响

在其他实验因素不变的情况下，对反应温度做单因素实验,碱式碳酸镁的收率与温度关系如图1所示。

图1 反应温度对镁离子收率的影响Fig.1 The effect of reaction temperature on the yield of magnesium ion

由图1可以看出，随着反应温度的升高，制盐母液中镁离子的收率呈先上升后下降的趋势。当反应温度为70℃时，碱式碳酸镁的收率最高，达到98.4(wt)%。从图中可知在其他实验因素不变的情况下，温度对镁离子的收率影响很大。为使回收较多的镁离子，应选择选择最佳反应温度为70℃。

2.3 碱式碳酸镁的表征

由上述实验可知制备碱式碳酸镁的适宜条件为：反应时间为70 h，反应温度70℃，水：制盐母液(体积比)为0.6∶1，碳酸钠：制盐母液(体积比)为2.6∶1。

碱式碳酸镁的SEM图如图2所示。

图2 碱式碳酸镁的SEM图Fig. 2 The magnesium carbonate SEM

由图2可以看出，实验制备的碱式碳酸镁为规则球形，其大小均一，其球体颗粒的直径为10～30μm，表面光滑，而且其他杂质较少，物质比较纯净。

由图3为实验条下制备的产物XRD图，由图可以看出产物结晶较好，其与碱式碳酸镁4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O粉末的标准衍射图基本一致，而且其衍射峰强度较高、峰型较尖锐，说明杂质较少，符合进一步实验的要求。

图3 碱式碳酸镁的XRD图

Fig.3 The magnesium carbonate XRD2.4 氧化镁晶须的制备

制备氧化镁的SEM如图4所示。

图4 氧化镁产品的SEM图Fig.4 The SEM map of magnesium oxide products

由图4可以看出，焙烧制成的氧化镁晶须长度在20～200μm之间，长径比为4～30，大多分布在10～20之间。

3 结论

(1)对制盐母液中各个离子浓度进行化学分析，得到各个组分的浓度。

(2)对制备碱式碳酸镁的反应温度做单因素实验，得到实验条件下产率最大的适宜温度。从而确定由制盐母液制备碱式碳酸镁的适宜条件为：反应时间为70 h，反应温度70℃，水：制盐母液(体积比)为0.6∶1，碳酸钠：制盐母液(体积比)为2.6∶1。制备的碱式碳酸镁为球形，直径10～30μm。

(3)氧化镁晶须长度在20～200μm之间，长径比为4～30，大多分布在10～20之间。

[1] 王 蕾,王胜国.碱式碳酸镁热解机理研究进展[J].化学工程师,2009,13(2):42-45.

[2] 王在华,冯 刚,孙庆国,等.碱式氯化镁和氧化镁晶须的制备与表征[J].盐湖研究,2007,15(4)：40-43.

[3] 邵明浩，史永刚，胡泽善.碳酸镁晶须的制备、表征与分析方法[J].后勤工程学院学报,2008，24(1)：37-40.

[4] 吴键松,梁海群,黄雪清.徐闻盐场苦卤制备Mg2(OH)2CO3·3H2O晶须[J].人工晶体学报,2015,44(6):1713-1716.

[5] 朱国材,孟广州,袁少刚.碱式碳酸镁的形成过程及氧化镁含量控制[J].非金属矿,2002,25(3):16-18．

[6] 程文婷,李志宝,柯家骏.MgCO3·H2O 晶体生长及晶形的影响因素[J].中国有色金属学报，2008,18(1):231-235.

(本文文献格式：张士航.由制盐母液制取碱式碳酸镁和氧化镁[J].山东化工,2017,46(15):23-24,27.)

Preparation of Basic Magnesium Carbonate and Magnesium Oxide from Mother Liquor of Salt Production

ZhangShihang

(College of Chemical Engineering,Qingdao University of Science&Technology,Qingdao 266042,China)

Firstly,the concentration of each ion in the mother liquor of salt production was determined by chemical analysis. The optimum reaction temperature for preparing basic magnesium carbonate was determined by single factor experiment. Basic magnesium carbonate was prepared under certain experimental conditions. The crystal structure of basic magnesium carbonate was analyzed by XRD,and its surface morphology was analyzed by SEM diagram. The Magnesium Oxide whiskers can be prepared by further experiments and their structures and morphologies are analyzed by SEM.

mother liquor for salt production;basic magnesium carbonate;magnesium oxide

2017-05-22

张士航(1982—)，男，山东青岛人，在读研究生，工程师，研究方向：化工材料与分离工程。

TQ132.2

A

1008-021X(2017)15-0023-02