磷尾礦氨循環法分離鈣鎂制取氫氧化鎂碳酸鈣的研究

孫 娜 ，尤彩霞 ，胡亞偉 ，李 森 ，周駿宏

（1.河北化工醫藥職業技術學院化學與環境工程系，河北石家莊050026；2.黔南民族師范學院化學與化工系）

磷礦資源是一種不可再生資源，在中國占有重要的地位，但是這種資源正在逐漸減少。貴州省磷礦資源豐富，主要集中在甕安、福泉、開陽、織金等礦區。目前對磷礦資源的利用主要是針對高品位的磷礦，而含磷較低的磷礦卻得不到綜合利用，長期堆放既浪費資源又造成了環境污染。為使這部分磷尾礦得到充分利用，可從磷尾礦中分離提取鈣，將磷尾礦變廢為寶。中國鈣資源豐富，隨著鈣應用范圍的擴大，其利用價值達到鼎現。從循環經濟的角度考慮，綜合利用磷尾礦，回收其中的磷和鈣，不僅減少了資源的浪費、避免尾礦的堆積占據土地及其對環境的污染，還能產生很好的經濟效益。這對于實施可持續發展戰略具有重大的意義。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑和儀器

原料：磷尾礦取自甕福礦區選礦廠。將磷尾礦在110℃烘干并粉碎，在900℃煅燒1 h，在空氣中冷卻30 min。

試劑：鹽酸、氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺、EDTA、碳酸銨、氯化銨、氯化鈣、氯化鎂、鈣指示劑、K-B指示劑，均為分析純。

儀器：SZCL-2型數顯智能控溫磁力攪拌器，恒溫磁力攪拌器，SXL-1208型馬弗爐。

1.2 實驗原理

1.3 工藝流程

圖1為磷尾礦氨循環法分離鈣鎂制取氫氧化鎂、碳酸鈣的工藝流程。

圖1 磷尾礦氨循環法分離鈣鎂制取氫氧化鎂、碳酸鈣工藝流程圖

1.4 測定方法［1］

1.4.1 試液的配制

1）銨解過程、制備碳酸鈣和氫氧化鎂過程產生的濾液，作為試液用于檢測鈣鎂含量。

2）稱取制備碳酸鈣和氫氧化鎂過程產生的沉淀0.2g，加入蒸餾水約50mL，緩慢加入1∶1鹽酸10 mL，至反應結束后繼續加熱煮沸5 min，冷卻后稀釋至250 mL，用于檢測鈣鎂含量。

1.4.2 鈣的測定

準確移取10.00 mL試液于250 mL錐形瓶中，加入3 mL三乙醇胺、100 mL蒸餾水，搖勻，用氫氧化鈉溶液（質量分數為20%）調節溶液的pH為12～13，加入2mL過量氫氧化鈉溶液（質量分數為20%），加入2～3滴鈣指示劑，搖勻。用0.02 mol/L的EDTA標準溶液滴定溶液由橙紅色變為藍綠色。記錄消耗EDTA標準溶液的體積V1，根據V1計算鈣的含量。

1.4.3 鈣鎂總量的測定

準確移取10.00 mL試液于250 mL錐形瓶中，加入 100 mL 水、3 mL 三乙醇胺（1∶3），搖勻，用氨水調節溶液pH=10，加入氨性緩沖溶液5 mL，加入2～3滴K-B指示劑，搖勻。用0.02 mol/L的EDTA標準溶液滴定溶液由紅褐色變為純藍色。記下消耗EDTA標準溶液的體積V2。根據V2計算鈣鎂總量，鈣鎂總量減去鈣的含量即得鎂的含量。

2 實驗結果

2.1 銨解

稱取煅燒后的磷尾礦60 g、氯化銨180 g，加入一定量的水，在恒溫磁力攪拌器中加熱至沸騰，直到無氨氣放出停止加熱，過濾，烘干沉淀，得到18.2 g濾渣，可見從磷尾礦中分離的鈣鎂占磷尾礦質量的69.7%。檢測銨解過程所得濾液中的鈣鎂含量，結果見表1。

表1 磷尾礦氨解所得濾液的鈣鎂含量

2.2 制備碳酸鈣和氫氧化鎂［2-4］

取200 mL銨解濾液，加入2 g碳酸銨，用磁力攪拌器攪拌反應30 min，過濾得到1.275 9 g沉淀（第一階段）；向濾液中再次加入2 g碳酸銨，用磁力攪拌器攪拌反應30 min，再次過濾得到2.131 1 g沉淀（第二階段）。測定碳化后濾液及沉淀中的鈣鎂含量，結果見表2。由表2可計算出，第一階段所得沉淀中碳酸鈣的質量分數為93.1%；第二階段所得沉淀中碳酸鈣的質量分數為95.3%。

表2 碳化后濾液、沉淀中的鈣鎂含量

向90 mL濾液中加入濃氨水，用磁力攪拌器攪拌反應10 min，過濾，沉淀烘干，得到 0.444 9 g沉淀。檢測濾液及沉淀中的鈣鎂含量，結果見表3。

表3 析鎂后濾液、沉淀中的鈣鎂含量

2.3 實驗結果

為更準確地評價制備的碳酸鈣、氫氧化鎂的產品質量，分別采用X射線粉末衍射儀（XRD）及X射線熒光光譜儀對制備的產品做進一步檢測，樣品XRD譜圖見圖2、圖3，樣品組成見表4、表5。

圖2 碳酸鈣樣品XRD譜圖

圖3 氫氧化鎂樣品XRD譜圖

表4 Mg（OH）2樣品組成

表5 CaCO3樣品組成

3 結論

1）采用銨鹽溶解煅燒的磷尾礦，加碳酸銨沉淀出碳酸鈣后，繼續用氨水析出氫氧化鎂，制得的碳酸鈣產品純度達到99%、氫氧化鎂產品純度達到90%。實現了磷尾礦中鈣、鎂、磷的有效分離，并制得較純的鈣制品和鎂制品。

2）氨與磷尾礦煅燒生成的二氧化碳結合為碳酸銨，碳酸銨與氯化鎂反應轉變為氯化銨，氯化銨可返回與煅燒的磷尾礦反應。整個流程中氨和二氧化碳循環利用，即降低了生產成本，又減少了對環境的污染，經濟效益良好。

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