氫氧化鈉溶液中氫氧化鎂的水熱改性

彭程

（青海鹽湖海納化工有限公司，青海 西寧 810000）

1 礦化劑對氫氧化鎂顆粒形貌及晶體結構的影響

1.1 原料

氫氧化鎂，其形貌大部分呈不規則片狀，少數微粒，片狀物之間呈花瓣狀團聚態。

氫氧化鈉溶液，CTBA（分析純）。

1.2 實驗裝置及實驗方案

實驗中使用襯有聚四氟乙烯的高壓釜。該水熱鍋爐具有內置的磁轉子，該磁轉子可以通過磁力攪拌器快速旋轉，同時還具有自動溫度控制器控制水熱反應溫度。加熱裝置為旋轉式加熱爐。

其他實驗設備還包括分析天平、滴定管、量筒、移液管、馬弗爐、真空泵、砂芯漏斗、抽濾瓶、比表面積測定儀、掃描電子顯微鏡、X射線衍射測定儀和熱重分析儀。

制備兩份40 g/l 氫氧化鎂漿液，分別將50 ml 加到100 ml高壓釜中，添加CTBA，使CTBA 和氫氧化鎂摩爾比為40 和5 mol/l 氫氧化鈉溶液，攪拌均勻并密封將其置于水壺烤箱中，并在160°C 下放置6 小時，然后自然冷卻至室溫，過濾，洗滌并在110°C下干燥7小時。

1.3 實驗結果分析

1.3.1 SEM結果分析

在水熱條件下，通過添加兩種不同礦化劑來對比的氫氧化鎂樣品。氫氧化鎂原料的粒徑小，形態不規則，粒子間的凝聚，分散性差。加入礦化劑進行水熱處理后，氫氧化鎂樣品得到改善。當添加單一礦化劑CTBA時，所得樣品具有良好的分散性，規則的顆粒形態和片狀結構，但粒徑不均且顆粒較小。這是因為CTBA 可以與氫氧化物結合以促進氫氧化鎂的溶解，從而有助于改善顆粒的重結晶。對于添加了氫氧化鈉的，其晶粒尺寸明顯大于未添加的晶粒，并且晶體具有六角形的板狀結構，具有更好的分散性。這表明在氫氧化鎂的水熱處理期間添加強堿性礦化劑可以幫助增加六角形血小板晶體的厚度并改善產物的分散性。這是因為晶體的生長不僅與其內部結構有關，而且還受外部生長環境的影響。氫氧化鎂是典型的層狀結構，是六方晶系，其表面是垂直平面，并且表面是上部水平面。在弱堿性環境中，氫氧化鎂的晶體生長主要受內部結構的影響，即，鎂離子的正極性在晶體生長中起重要作用，抑制其沿垂直面的生長并導致晶體沿側面的生長，從而導致晶體使粒徑小且極性強。在強堿性環境中，晶體生長主要受外界環境影響。當添加高濃度的氫氧化鈉時，溶液中的大量氫氧化物容易吸附在鎂離子的正表面上，從而晶體沿垂直面的生長速度快于沿側面的生長速度，因此在垂直面上獲得較厚的片狀氫氧化鎂晶體。

1.3.2 比表面積分析

氫氧化鎂原料的比表面積為38.58m2/g，加入兩種單一的礦化劑CTBA 和NaOH 后的氫氧化鎂樣品的比表面積都變小了，其中加入氫氧化鈉的樣品變化較顯著，這與上述SEM圖分析結果一致。

2 氫氧化鈉濃度對氫氧化鎂顆粒形貌及晶體結構的影響

2.1 實驗內容

將氫氧化鎂干粉，使氫氧化鎂濃度為66.7g/L，和一定量的固體氫氧化鈉，及15mL 的正丁醇置于高壓釜中，將填充度調節至四分之一，開始旋轉，并且在旋轉加熱爐中在160℃下保持6小時之后，停止旋轉，并且在自然冷卻至室溫之后，將其過濾并洗滌。并在110℃下干燥15小時。

2.2 實驗結果分析

2.2.1 SEM結果分析

未添加礦化劑的樣品，作為對照圖，其與原料相比，粒徑幾乎沒有變化，分散性仍然不是很好，有少量的團聚出現，這可能是因為不添加礦化劑，氫氧化鎂更難溶解和重結晶。通過添加3.5mol/L 的氫氧化鈉礦化劑獲得的樣品，經對比發現，其粒徑明顯增加并且分散性良好。它是正常的六角形葉子，但葉子很薄，出現了幾個六角形。這可能是由于加入氫氧化鈉后氫氧化鎂迅速溶解而引起的，氫氧化鈉可能是氫氧化鎂的生長元素，同時正丁醇與氫氧化鎂之間會發生鍵或強相互作用。丁基鏈附著在氫氧化鎂的表面上，從而使粒子表面具有親脂性，即烷基鏈在兩個相鄰層上的相互作用，從而形成片狀疊層。加入6.67mol/L 氫氧化鈉的樣品，該樣品的分散性較好，顆粒的厚度變小并且沒有片劑的層壓。六角形片劑的規則排列是蜂窩狀。加入8mol/L氫氧化鈉的樣品，可以看出片狀顆粒為大片狀，但排列不規則，結塊現象更為嚴重。即表明隨著氫氧化鈉濃度在正常范圍內的增加，以正丁醇為實驗溶劑進行的氫氧化鎂的熱處理，其顆粒的分散，晶粒尺寸等的變化而顯著變化。

2.2.2 XRD 分析

由正丁醇作為溶劑在各種氫氧化鈉濃度下對氫氧化鈉進行熱處理所獲得的曲線圖如下圖1所示。從圖中可以看出，在熱處理前后，氫氧化鎂的特征衍射峰位置沒有變化，并且鎂的標準衍射圖譜是一致的。但是，特征峰的相對強度發生了顯著變化。隨著氫氧化鈉濃度的增加，強度比逐漸增大和減小，直到樣品d為止，但仍然更大。由于原料的相對強度，這表明晶體生長方向的變化。在圖中，a 是沒有氫氧化鈉的樣品。可以看出，特征峰強度比略大于原料，但仍小于1。這表明在熱處理之后，垂直平面的強度略大于水平平面的強度。晶體在極性較大的平面上比在極性較小的平面上更快地生長，因此顆粒仍處于團聚狀態，但是團聚程度低于原料。b樣品的強度比表明兩側的生長速率幾乎相同，并且此時晶體幾乎沒有團聚。C樣品的強度比顯著增加，表明晶體的生長方向已完全改變，晶體傾向于向較弱的一側和較弱的一側生長側面暴露得越極性，表面逐漸變得極性越大，這使得氫氧化鎂的表面極性較小，并且顆粒的分散性良好。d樣本的強度比顯著大于原材料的強度比，而c 樣本的強度比稍小。d 樣品表面的垂直生長速率比表面的水平生長速率慢。

其中，氫氧化鈉濃度(mol/L)分別為：a-0；b-3.5；c-6.67；d-8

3 結語

在高溫的氫氧化鈉溶液中，團聚狀態的氫氧化鎂具有明顯的水熱改性。氫氧化鈉在正常范圍內逐漸增加，有利于抑制氫氧化鎂的極性表面（101）的形成并保持規則的形態和粒徑。初始氫氧化鈉濃度越高，氫氧化鎂的水熱改性效果越明顯。六角片狀產品，分布均勻，比表面積小，分散性好。實驗結果表明，溶液中OH-的濃度明顯高于含鎂成分[Mg（OH）2（aq），MgOH+，Mg2+]的濃度。