一種製備氫氧化鎂的方法
2023-10-08 19:56:29 2
一種製備氫氧化鎂的方法
【專利摘要】本發明公開了一種製備氫氧化鎂的方法，包括如下步驟：(1)將煅燒後的生石灰加入至消化介質溶液中，於30～95℃進行消化反應得到石灰乳，所述消化介質溶液中的陰離子包括Cl-、Br-、I-、NO3-中的一種或多種；（2）將製備好的石灰乳加入至水氯鎂石溶液中，於20～80℃反應，然後進行固液分離得到氫氧化鎂一次固體和一次濾液。本發明製備高純氫氧化鎂的方法，解決了以石灰為原料製備出的氫氧化鎂產品純度過低的難題，成功實現了以一種低成本的工藝方法製備出高純度的氫氧化鎂產品；並通過對熟石灰結構的調控，降低了石灰乳的pH值，減緩了沉澱反應速率，使得氫氧化鎂晶核能夠在與其他晶核聚集之前得到充分的生長，減少了反應產物夾帶雜質的機率。
【專利說明】一種製備氫氧化鎂的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鹽湖化學領域，具體涉及一種石灰法製備高純氫氧化鎂的方法。
【背景技術】
[0002]氫氧化鎂是鎂資源深加工的主要鎂化合物產品，其主要用途是廢水處理、煙氣脫硫、工程材料阻燃劑。現階段，氫氧化鎂的製備主要有以下兩種途徑:一是利用天然水鎂石資源，經精製製取氫氧化鎂；二是由含鎂原料通過化學合成法製得，其中常用的含鎂原料有菱苦土、海水、齒水等。
[0003]我國是鎂資源大國，僅青海柴達木盆地的鹽湖滷水中鎂鹽儲量達48.1億噸，其中察爾汗鹽湖的氯化鎂儲量高達27億噸。鹽湖老滷經過簡單的鹽田自然蒸髮結晶，可獲得純度較高的水氯鎂石，作為含鎂原料製備氫氧化鎂其成本將非常低，具有非常明顯的市場前
[0004]目前以鹽湖滷水為原料,製備氫氧化鎂的方法主要有:
[0005](I)氫氧化鈉法:
[0006]由於氫氧化鈉本身純度較高，不會在反應產物中引入雜質，所以利用該方法可以得到高純度氫氧化鎂產品。但是由於氫氧化鈉鹼性太強，與含鎂原料反應速度快、氫氧化鎂晶體得不到充分的生長，使得氫氧化鎂顆粒過細，反應生成物固液分離較難實現。此外，氫氧化鈉昂貴，導致該法 製備出的高純氫氧化鎂成本較高。
[0007](2)氨法:
[0008]本方法使用氨水替代氫氧化鈉作為沉澱劑進行氫氧化鎂的製備,但是氨水存在強揮發性，導致操作環境惡劣，存在收率低和較為突出的環保問題，並且氨原料成本較高，這也將增加氫氧化鎂產品的成本。
[0009](3)石灰法:
[0010]石灰法即氫氧化鈣法，此法工藝流程與氫氧化鈉法較為相似，與其他方法相比，具有非常明顯的成本優勢。但是由於石灰純度不高，一般含有許多雜質，容易造成產生的氫氧化鎂沉澱吸附或夾帶雜質，導致該法製備出高純度的氫氧化鎂產品比較困難。傳統的石灰法製備得到的產品純度一般只有90%左右，其中雜質氧化鈣含量為2%左右。此外傳統的石
灰消化一般採用水作為消化介質，消化產物-石灰乳的pH較高(25°C下一般為12.3~
12.8)、與含鎂溶液之間的反應速度較快,氫氧化鎂晶核形成之後來不及生長完全就與其他晶核聚集，在聚集的過程中難免會有一定量的未反應的CaO以及其他雜質夾帶到氫氧化鎂產品中，從而較難獲得高純度氫氧化鎂產品。專利文獻US4472370公開了一種製備石灰乳的方法，其通過向的技術效果側重點在於提高氫氧化鎂晶體比表面積和粒度，雖然可以利用該申請的方法製備獲得較常規方法製備獲得的氫氧化鈣鹼性變弱的石灰乳，但是將其應用於氫氧化鎂的製備時，仍然面臨著氫氧化鎂純度待提高的問題。
【發明內容】
[0011]為了解決石灰法製備高純氫氧化鎂存在的上述技術問題，本發明提供了一種石灰法製備高純氫氧化鎂的方法。
[0012]本發明提供的石灰法製備高純氫氧化鎂的方法包括如下步驟:
[0013]⑴石灰消化
[0014]將煅燒後的生石灰加入至消化介質溶液中，於30~95°C進行消化反應得到石灰乳，所述消化介質溶液中的陰離子包括Cl'Br' I-、Ν03_中的一種或多種.
[0015]優選的，所述消化介質溶液中陰離子濃度為0.2~3.0moI/L.
[0016]優選的，所述生石灰和消化介質溶液中陰離子的摩爾比為I~10:1。
[0017]優選的，消化反應時間為0.5~4h。
[0018]優選的，所述步驟還包括對石灰乳進行純化處理，所述純化處理為將石灰乳液趁熱過60~300目篩，去除其中的不溶物。
[0019]優選的，所述生石灰的製備方法為將生石灰原料在800~1200°C的管式高溫爐中進行煅燒，煅燒時間為I~8小時，至生石灰重量不再變化時煅燒結束。
[0020]優選的，本步驟消化製得的石灰乳pH為11.2~11.9。
[0021](2)沉澱反應
[0022]將製備好的石灰乳加入至水氯鎂石溶液中，於20~80°C反應，然後進行固液分離得到氫氧化鎂一次固體和一次濾液。
[0023]優選的，所述石灰乳中Ca(OH)2的加入量與水氯鎂石溶液中Mg2+摩爾比為0.2:1~0.95:1 ο
[0024]優選的，所述步驟2)還包括將反應產物陳化I~4小時的步驟，然後再進行固液分離。本領域技術人員可以根據需要選擇陳化的時間，也可以不陳化直接進行反應的後處理。
[0025]優選的，所述石灰乳通過滴加方式加入至水氯鎂石溶液，滴加時間優選5~60mino
[0026]優選的，本步驟反應時間為0.5~4h。
[0027]優選的，所述步驟還包括後處理步驟:
[0028](3)氫氧化鎂一次固體經多次水洗純化，得到氫氧化鎂二次固體；所述水洗純化為將步驟(2)得到的氫氧化鎂固體分散於10~50倍體積的水中，之後進行固液分離得到固體和水洗濾液。優選的，水洗純化步驟重複I~5次。水洗純化後得到氫氧化鎂二次固體，之後在80~120°C下將氫氧化鎂溼基幹燥烘乾後得到高純氫氧化鎂產品。
[0029]優選的，所述方法還包括使用水洗濾液和一次濾液溶解水氯鎂石。這些濾液可以經過分析Mg2+含量之後，重新配製成一定濃度的水氯鎂石溶液，循環用於步驟2)，進而實現鎂離子和水的循環利用，減少用水量及鎂資源的浪費。
[0030]本發明具有如下的優點:
[0031](I)本發明製備高純氫氧化鎂的方法，解決了以石灰為原料製備出的氫氧化鎂產品純度過低的難題，成功實現了以一種低成本的工藝方法製備出高純度的氫氧化鎂產品。
[0032](2)本發明通過對熟石灰結構的調控，降低了消化產物——石灰乳的pH值，減緩了沉澱反應速率，使得氫氧化鎂晶核能夠在與其他晶核聚集之前得到充分的生長，減少了反應產物夾帶雜質的機率，從而可以製備出較高純度的氫氧化鎂產品。【具體實施方式】
[0033]以下為本申請的優選實施例，其僅用作對本申請的解釋而不是限制。
[0034]實施例1
[0035](I)石灰煅燒
[0036]取100g生石灰原料(氧化鈣含量85.2%)，於1000°C管式高溫爐中煅燒，煅燒6小時後發現其重量為88.5g且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨為約Icm的顆粒後備用。
[0037](2)石灰消化
[0038]配製0.5mol/L氯化鈉溶液500mL，加入到反應容器中並開始攪拌，控制溫度為60°C，攪拌速度為150r/min ;在攪拌條件下混入上述(I)步驟中煅燒得到的88.5g生石灰，攪拌1.5小時之後停止消化，並將反應乳液趁熱過120目篩，後經過旋流分離器分離提純之後重新配製成石灰乳，其pH為11.58。
[0039](3)沉澱反應
[0040]在攪拌條件下，取製備好的石灰乳IOOmL滴加到400mL Mg2+濃度為2mol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣 與溶液中鎂的摩爾比為0.39:1)，控制反應溫度為40°C，石灰乳滴加時間為10分鐘，反應2小時之後停止攪拌；保溫陳化2小時之後進行過濾(乳液pH為
8.84)，分別得到氫氧化鎂一次固體45.1g和一次濾液400mL。
[0041](4)水洗乾燥
[0042]將上述(3)中得到的氫氧化鎂一次固體在500mL去離子水中打漿洗滌、過濾純化得到氫氧化鎂二次固體37.9g，水洗濾液505mL。其中氫氧化鎂二次固體在鼓風乾燥機中進行乾燥得到氫氧化鎂產品30.4g，產品中氫氧化鎂含量為96.2%，平均粒徑為0.8 μ m，產品收率為63% ;水洗濾液用於溶解水氯鎂石配製水氯鎂石溶液。
[0043]實施例2
[0044](I)石灰煅燒
[0045]取100g生石灰原料(氧化鈣含量87.9%)，於1100°C管式高溫爐中煅燒，煅燒3小時後發現其重量為89.3g且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨後得到粒徑為5mm的顆粒備用。
[0046](2)石灰消化
[0047]配製l.0mol/L氯化鈣溶液800mL，加入到反應容器中並開始攪拌，控制溫度為80°C，攪拌速度為200r/min ;在攪拌條件下混入上述(I)步驟中煅燒得到的89.3g生石灰，攪拌2小時之後停止消化,並將反應乳液趁熱過140目篩,得到石灰乳液,其pH為11.41。
[0048](3)沉澱反應
[0049]在攪拌條件下(攪拌轉速為100r/min)，取上述步驟⑵中製備好的石灰乳80mL滴加到400mL Mg2+濃度為lmol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣與溶液中鎂的摩爾比為0.40:1)，控制反應溫度為30°C，石灰乳滴加時間為30分鐘，反應3小時之後停止攪拌；保溫陳化4小時之後進行過濾 ，分別得到氫氧化鎂一次固體24.5g和一次濾液387mL。
[0050](4)水洗乾燥
[0051]將上述(3)中得到的氫氧化鎂溼基I在500mL去離子水中打漿洗滌、過濾純化3次後，得到氫氧化鎂二次固體22.8g和水洗濾液1497mL。將氫氧化鎂二次固體在鼓風乾燥機中進行乾燥，得到氫氧化鎂產品18.7g，產品中氫氧化鎂含量為98.3%，其平均粒徑為1.0微米，產品收率為79%。
[0052]實施例3
[0053](I)石灰煅燒
[0054]取20g生石灰原料(氧化鈣含量80.5%)，於800°C管式高溫爐中煅燒，煅燒6小時後發現其重量為16.Sg且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨至5mm後備用。
[0055](2)石灰消化
[0056]配製l.0mol/L溴化鈣溶液200mL，加入到反應容器中並開始攪拌，控制溫度為30°C，攪拌速度為300r/min ;在攪拌條件下混入上述(I)步驟中煅燒得到的16.Sg生石灰，攪拌1.0小時之後停止消化，並將反應乳液趁熱過200目篩、後經過旋流分離器分離提純之後重新配製成石灰乳，其pH為11.98。
[0057](3)沉澱反應
[0058]在攪拌條件下(攪拌轉速為200r/min)，取上述步驟(2)中製備好的石灰乳40mL滴加到200mL Mg2+濃度為lmol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣與溶液中鎂的摩爾比為0.30:1)，控制反應溫度為80°C，石灰乳滴加時間為15分鐘，反應0.5小時之後停止攪拌，此時乳液的PH為8.78 ;保溫陳化I小時之後進行過濾，得到的乳液pH為8.78，分別得到氫氧化鎂一次固體15.7g和一次濾液230mL。
[0059](4)水洗乾燥
[0060]將上述(3)中得到的氫氧化鎂溼基I在300mL去離子水中打漿洗滌、過濾純化3次，得到氫氧化鎂二次固體14.Sg、水洗濾液525mL;將氫氧化鎂溼基在鼓風乾燥機中進行乾燥得到氫氧化鎂產品9.Sg，產品中氫氧化鎂含量為96.4%，平均粒徑為0.7微米，產品收率為81%。
[0061]實施例4
[0062](I)石灰煅燒
[0063]取20g生石灰原料(氧化鈣含量86.5%),於1000°C管式高溫爐中煅燒,煅燒6小時後發現其重量為17.7g且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨後備用。
[0064](2)石灰消化
[0065]配製1.0mol/L氯化鈣和氯化鈉溶液(其中氯化鈉:氯化鈣摩爾比為1:1)200mL,加入到反應容器中並開始攪拌，控制溫度為80°C，攪拌速度為lOOr/min ;在攪拌條件下混入上述(I)步驟中煅燒得到的17.7g生石灰，攪拌3.0小時之後停止消化，並將反應乳液趁熱過200目篩、後經過旋流分離器分離提純之後重新配製成石灰乳液，該乳液的pH為11.40。。
[0066](3)沉澱反應
[0067]在攪拌條件下(攪拌轉速為60r/min)，取上述步驟(2)中製備好的石灰乳40mL滴加到200mL Mg2+濃度為lmol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣與溶液中鎂的摩爾比為0.32:1)，控制反應溫度為30°C，石灰乳滴加時間為30分鐘，反應1.5小時之後停止攪拌；保溫陳化3小時之後進行過濾(乳液pH為8.57)，分別得到氫氧化鎂一次固體16.3g和一次濾液220mL。
[0068](4)水洗乾燥[0069]將上述(3)中得到的氫氧化鎂溼基I在500mL去離子水中打漿洗滌、過濾純化3次，得到氫氧化鎂二次固體12.5g、水洗濾液515mL;將氫氧化鎂溼基在鼓風乾燥機中進行乾燥得到氫氧化鎂產品9.51g，產品中氫氧化鎂含量為98.7%，平均粒徑為1.0微米，產品收率為80.5%ο
[0070]對比實施例1
[0071 ] 本實施例中用於消化的溶液中的陰離子濃度大於前述的三個實施例。
[0072](I)石灰煅燒
[0073]取100g生石灰原料(氧化鈣含量85.2%)，於1000°C管式高溫爐中煅燒，煅燒6小時後發現其重量為88.5g且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨後備用。
[0074](2)石灰消化
[0075]在500mL水中(含有4mol/L的Cl_)，混入上述⑴步驟中煅燒得到的88.5g生石灰，控制溫度為60°C，攪拌速度為150r/min，攪拌1.5小時之後停止消化，並將反應乳液趁熱過120目篩、後經過旋流分離器分離提純之後備用。
[0076](3)沉澱反應
[0077]在攪拌條件下(攪拌轉速為80r/min)，取上述步驟⑵中製備好的石灰乳IOOmL滴加到400mL Mg2+濃度為2mol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣與溶液中鎂的摩爾比為0.39:1)，控制反應溫度為40°C，石灰乳滴加時間為10分鐘，反應2小時之後停止攪拌；保溫陳化2小時之後進行過濾，分別得到氫氧化鎂溼基I 40.6g和濾液410mL。
[0078](4)水洗乾燥
[0079]將上述(3)中得到的氫氧化鎂溼基I在500mL去離子水中打漿洗滌後過濾，得到氫氧化鎂溼基II 38.7g、洗液489mL;將氫氧化鎂溼基II在鼓風乾燥機中進行乾燥得到氫氧化鎂產品30.2g，產品中氫氧化鎂含量為90.5%，平均粒徑為0.5微米，產品收率為58%。由於消化介質中的陰離子濃度過大，導致終產物的產率以及純度大大降低了。
[0080]對比實施例2
[0081 ] 在本實施例中，直接使用去離子水進行消化。
[0082](I)石灰煅燒
[0083]取100g生石灰原料(氧化鈣含量87.9%)，於1100°C管式高溫爐中煅燒，煅燒3小時後發現其重量為89.3g且不再變化，停止煅燒後冷卻，並將煅燒產物研磨後備用。
[0084](2)石灰消化
[0085]在SOOmL去離子水中，混入上述(I)步驟中煅燒得到的88.5g生石灰，控制溫度為600C，攪拌速度為150r/min，攪拌1.5小時之後停止消化，並將反應乳液趁熱過120目篩、後經過旋流分離器分離提純之後備用。
[0086](3)沉澱反應
[0087]在攪拌條件下(攪拌轉速為100r/min)，取上述步驟⑵中製備好的石灰乳80mL滴加到400mL Mg2+濃度為lmol/L的水氯鎂石溶液中(氫氧化鈣與溶液中鎂的摩爾比為
0.39:1 )，控制反應溫度為30°C，石灰乳滴加時間為30分鐘，反應3小時之後停止攪拌；保溫陳化4小時之後進行過濾，分別得到氫氧化鎂溼基I 25.6g和濾液390mL。
[0088](4)水洗乾燥
[0089]將上述(3)中得到的氫氧化鎂溼基I在500mL去離子水中打漿洗滌後過濾，得到氫氧化鎂溼基II和洗液；重複上述水洗過程3遍，最終獲得氫氧化鎂溼基21.7g，洗液1480mL，將氫氧化鎂溼基，在鼓風乾燥機中進行乾燥得到氫氧化鎂產品16.5g，產品中氫氧化鎂含量為89.3%，其平均粒徑為0.7微米，產品收率為63%。即不使用指定的消化介質，得到的氫氧化鎂產品的純度和收率都降低了。當陰離子濃度過低時，其和對比實施例2類似，均無法得到高純度的產品。
[0090]從實施例1~3以及對比例I~2來看，當選擇過大的離子濃度或者不加入指定濃度的陰離子或不加入這些陰離子進行消化反應時，後續反應生成的氫氧化鎂的純度明顯降低；而按照本反應的條件加入了陰離子溶液進行石灰消化及製備氫氧化鎂，得到的氫氧化鎂純度很高，並且其粒徑分布均一，具有很好的產業應用性。
【權利要求】
1.一種製備氫氧化鎂的方法，包括如下步驟: (O將煅燒後的生石灰加入至消化介質溶液中，於30~95°C進行消化反應得到石灰乳，所述消化介質溶液中的陰離子包括Cl'Br' 、Ν03_中的一種或多種； (2)將製備好的石灰乳加入至水氯鎂石溶液中，於20~80°C反應，然後進行固液分離得到氫氧化鎂一次固體和一次濾液。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述消化介質溶液中陰離子濃度為0.2~3.0mol/Lo
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述生石灰和消化介質溶液中陰離子的摩爾比為I~10:1。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟I)中的消化時間為0.5~4h。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)中的石灰乳中Ca(OH)2的加入量與水氯鎂石溶液中Mg2+摩爾比為0.2:1~0.95:1。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)還包括將反應產物陳化I~4小時的步驟，然後再進行固液分離。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括如下步驟: (3)將氫氧化鎂一次固體經多次水洗純化，得到氫氧化鎂二次固體；所述水洗純化為將步驟(2)得到的氫氧化鎂固體分散於10~50倍體積的水中，之後進行固液分離得到固體和水洗濾液。
8.根據權利要求1或7所 述的方法，其特徵在於，所述方法還包括使用水洗濾液和一次濾液配製水氯鎂石溶液。
【文檔編號】C01F5/22GK103601224SQ201310632891
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】王敏, 趙有璟, 張宏韜, 時歷傑, 李法強, 黃培錦 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所