由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂

張士航

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂

張士航

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

首先采用化學(xué)分析法測(cè)定制鹽母液中各個(gè)離子的濃度，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)來(lái)確定制備堿式碳酸鎂的適宜反應(yīng)溫度。在確定的實(shí)驗(yàn)條件下制備出堿式碳酸鎂，用XRD分析堿式碳酸鎂的晶體結(jié)構(gòu)、以SEM圖分析其表面形貌。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)可制備出氧化鎂晶須，以SEM分析其結(jié)構(gòu)和形貌。

制鹽母液；堿式碳酸鎂；氧化鎂

制鹽母液又稱苦鹵，即曬鹽以后產(chǎn)生的母液。母液中含有大量的鈉、鎂、鉀等無(wú)機(jī)鹽，是極具價(jià)值的資源寶庫(kù)[1]，如何合理利用制鹽母液、制備出適宜的產(chǎn)品是值得探討和研究的課題。我國(guó)于二十世紀(jì)六十年代開(kāi)發(fā)出兌鹵法制鹽母液綜合利用技術(shù)，此后很多學(xué)者進(jìn)行了制鹽母液制備鎂鹽、鉀鹽等產(chǎn)品的研究，王蕾、邵明浩、吳鍵松、朱國(guó)材、程文婷等對(duì)碳酸鎂、堿式碳酸鎂的制備、結(jié)構(gòu)和表征等進(jìn)行了研究[1-5]，王在華，朱國(guó)材等對(duì)氧化鎂的制備條件等進(jìn)行了探索[1,4]。

本文以制鹽母液(苦鹵)為主要原料，制備出堿式碳酸鎂和氧化鎂晶須，對(duì)制備條件等進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)試劑：四苯硼鈉、氧化鋅、氫氧化鈉、氨水、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氯化鉀、鹽酸、氯化鈉、氯化鋇、硝酸汞、氯化銨、EDTA等化學(xué)試劑均為分析純?cè)噭汽}母液取自濰坊羊口鹽場(chǎng)，密度1.261 g/mL(25℃)，去離子水。

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：T-1200NT真空管式爐，鄭州天縱電氣設(shè)備有限公司；S-4800高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，德國(guó)Eppendorf公司；D/max-rA型X射線衍射儀，日本理學(xué)公司；SHA-C恒溫震蕩器，常州智博瑞儀器制造有限公司；Nano-ZS90型納米粒度及ZETA電位分析儀，英國(guó)馬爾文公司；CRY-2P差熱分析儀，上海天平儀器廠。

1.2 分析方法

制鹽母液中含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-等組分，實(shí)驗(yàn)對(duì)各離子采用化學(xué)分析法測(cè)定：采用四苯硼酸鉀重量法測(cè)定母液中K+含量；采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定Mg2+和Ca2+含量(分別測(cè)定鈣離子含量、鈣鎂離子總量計(jì)算得到)；采用汞量法測(cè)定Cl-含量；采用硫酸鋇重量法測(cè)定SO42-含量，最后用差減法計(jì)算Na+含量。

1.3 堿式碳酸鎂的制備

將取自濰坊羊口鹽場(chǎng)的制鹽母液(即苦鹵)沉降過(guò)濾除去懸浮物，用去離子水將制鹽母液稀釋到一定濃度，然后用配好的pH值=10.24的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)制鹽母液的pH值，把pH值調(diào)到8～9左右，(如果含有Ca2+，會(huì)在該階段生成白色沉淀CaCO3，過(guò)濾除去CaCO3)，加入一定濃度的碳酸鈉溶液，在不斷攪拌條件下于一定溫度下反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后保溫陳化，然后過(guò)濾、干燥至恒重，可制得堿式碳酸鎂。母液可以去其它工序制備鉀鹽、鈉鹽等。

本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)向pH值和濃度一定的制鹽母液中加入碳酸鈉制備堿式碳酸鎂，其對(duì)堿式碳酸鎂的產(chǎn)率影響因素：(1)制鹽母液濃度(以水與制鹽母液的體積比表示)；(2)碳酸鈉用量，根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定用濃度為1.00mol/L碳酸鈉溶液為反應(yīng)時(shí)加入的原料(碳酸鈉溶液與制鹽母液的體積比表示實(shí)驗(yàn)用量)；(3)反應(yīng)時(shí)間(單位：h)；(4)反應(yīng)溫度(單位：℃)。

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以確定制鹽母液制取堿式碳酸鎂的實(shí)驗(yàn)條件：(1)濃度取水∶制鹽母液=0.6∶1(體積比)，(2)碳酸鈉∶制鹽母液=2.6∶1(體積比)，(3)反應(yīng)時(shí)間取70 h。然而，反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較大需要做單因素實(shí)驗(yàn)，分別取40、50、60、70、80、90℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以反應(yīng)溫度為橫坐標(biāo)，堿式碳酸鎂的收率為縱坐標(biāo)作圖，確定制備堿式碳酸鎂的適宜反應(yīng)溫度。

在上述實(shí)驗(yàn)條件都確定情況下制備堿式碳酸鎂，并用XRD和SEM對(duì)其進(jìn)行表征。

1.4 氧化鎂的制備

將制備的堿式碳酸鎂在一定的溫度下升溫焙燒制備出氧化鎂。稱取一定質(zhì)量的堿式碳酸鎂置于瓷坩堝中，在T-1200NT型管式爐中，通過(guò)程序升溫灼燒制備氧化鎂，升溫程序設(shè)定為室溫-100℃/25min、100℃/20min、100～350℃/50min、350℃/30min、350～550℃/40min、550℃/60min。對(duì)制得的產(chǎn)物通過(guò)SEM電鏡分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 制鹽母液的分析結(jié)果

采用上述分析方法對(duì)實(shí)驗(yàn)原料中各類離子進(jìn)行分析，其制鹽母液的組成如表1所示。

表1 制鹽母液組成Table 1 Themain components of the bitter brine

由表1可知，Mg2+在制鹽母液中的濃度為1.9136 mol/L，從而為制備堿式碳酸鎂中計(jì)算產(chǎn)率提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)堿式碳酸鎂收率的影響

在其他實(shí)驗(yàn)因素不變的情況下，對(duì)反應(yīng)溫度做單因素實(shí)驗(yàn),堿式碳酸鎂的收率與溫度關(guān)系如圖1所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)鎂離子收率的影響Fig.1 The effect of reaction temperature on the yield of magnesium ion

由圖1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，制鹽母液中鎂離子的收率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，堿式碳酸鎂的收率最高，達(dá)到98.4(wt)%。從圖中可知在其他實(shí)驗(yàn)因素不變的情況下，溫度對(duì)鎂離子的收率影響很大。為使回收較多的鎂離子，應(yīng)選擇選擇最佳反應(yīng)溫度為70℃。

2.3 堿式碳酸鎂的表征

由上述實(shí)驗(yàn)可知制備堿式碳酸鎂的適宜條件為：反應(yīng)時(shí)間為70 h，反應(yīng)溫度70℃，水：制鹽母液(體積比)為0.6∶1，碳酸鈉：制鹽母液(體積比)為2.6∶1。

堿式碳酸鎂的SEM圖如圖2所示。

圖2 堿式碳酸鎂的SEM圖Fig. 2 The magnesium carbonate SEM

由圖2可以看出，實(shí)驗(yàn)制備的堿式碳酸鎂為規(guī)則球形，其大小均一，其球體顆粒的直徑為10～30μm，表面光滑，而且其他雜質(zhì)較少，物質(zhì)比較純凈。

由圖3為實(shí)驗(yàn)條下制備的產(chǎn)物XRD圖，由圖可以看出產(chǎn)物結(jié)晶較好，其與堿式碳酸鎂4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O粉末的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖基本一致，而且其衍射峰強(qiáng)度較高、峰型較尖銳，說(shuō)明雜質(zhì)較少，符合進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的要求。

圖3 堿式碳酸鎂的XRD圖

Fig.3 The magnesium carbonate XRD2.4 氧化鎂晶須的制備

制備氧化鎂的SEM如圖4所示。

圖4 氧化鎂產(chǎn)品的SEM圖Fig.4 The SEM map of magnesium oxide products

由圖4可以看出，焙燒制成的氧化鎂晶須長(zhǎng)度在20～200μm之間，長(zhǎng)徑比為4～30，大多分布在10～20之間。

3 結(jié)論

(1)對(duì)制鹽母液中各個(gè)離子濃度進(jìn)行化學(xué)分析，得到各個(gè)組分的濃度。

(2)對(duì)制備堿式碳酸鎂的反應(yīng)溫度做單因素實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)率最大的適宜溫度。從而確定由制鹽母液制備堿式碳酸鎂的適宜條件為：反應(yīng)時(shí)間為70 h，反應(yīng)溫度70℃，水：制鹽母液(體積比)為0.6∶1，碳酸鈉：制鹽母液(體積比)為2.6∶1。制備的堿式碳酸鎂為球形，直徑10～30μm。

(3)氧化鎂晶須長(zhǎng)度在20～200μm之間，長(zhǎng)徑比為4～30，大多分布在10～20之間。

[1] 王 蕾,王勝國(guó).堿式碳酸鎂熱解機(jī)理研究進(jìn)展[J].化學(xué)工程師,2009,13(2):42-45.

[2] 王在華,馮 剛,孫慶國(guó),等.堿式氯化鎂和氧化鎂晶須的制備與表征[J].鹽湖研究,2007,15(4)：40-43.

[3] 邵明浩，史永剛，胡澤善.碳酸鎂晶須的制備、表征與分析方法[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào),2008，24(1)：37-40.

[4] 吳鍵松,梁海群,黃雪清.徐聞鹽場(chǎng)苦鹵制備Mg2(OH)2CO3·3H2O晶須[J].人工晶體學(xué)報(bào),2015,44(6):1713-1716.

[5] 朱國(guó)材,孟廣州,袁少剛.堿式碳酸鎂的形成過(guò)程及氧化鎂含量控制[J].非金屬礦,2002,25(3):16-18．

[6] 程文婷,李志寶,柯家駿.MgCO3·H2O 晶體生長(zhǎng)及晶形的影響因素[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2008,18(1):231-235.

(本文文獻(xiàn)格式：張士航.由制鹽母液制取堿式碳酸鎂和氧化鎂[J].山東化工,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

張士航(1982—)，男，山東青島人，在讀研究生，工程師，研究方向：化工材料與分離工程。

TQ132.2

A

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