CN101498041A - 一种氧化镁晶须的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机非金属材料制备领域，公开了一种以菱镁矿或水镁石为原料，通过煅烧、细磨、水化、碳化、固液分离、稀释、热解、过滤、干燥、煅烧工艺制备氧化镁晶须的方法。其主要特征在于，向浓度为3～100kg/1000L的重镁水中加入0.1％～2.0％的可溶性镁盐，在50～500转/分的搅拌强度下于40℃～80℃热解，首先制备前驱体碳酸镁晶须，并经进一步在500℃～800℃煅烧，可获得结晶发育良好，纯度和长径比高，分散性好的氧化镁晶须产品，可应用于材料、化工、机械等领域。其中前驱体碳酸镁晶须也可用于材料、化工等领域以及制备氢氧化镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁及其他镁盐产品。该方法工艺简单，投资少，生产成本低，生产过程中无污染，并可利用各种品位的菱镁矿和水镁石块矿与粉(尾)粉制备氧化镁晶须的方法。
Description
技术领域：
本发明涉及无机非金属粉体制备技术领域，具体为利用菱镁矿或水镁石等镁质资源制备氧化镁晶须的制备方法。
背景技术：
我国镁质资源(主要指菱镁矿和水镁石)丰富，是重要的耐火材料生产基地。但我国镁质资源的开采与利用，长期以来一直存在低品位矿和粉矿利用率低的问题，严重影响菱镁资源的高效综合利用。另一方面，目前的镁质资源利用，主要用于生产镁质耐火材料，一直存在产品附加值不高的问题。高效综合利用镁质资源，开发高附加值产品，是当前我国镁质资源利用的重要发展方向。
氧化镁晶须晶体发育完整，杂质少含量低，晶体强度高，可广泛应用于冶金、耐火材料及化工产品等领域。氧化镁晶须的前驱体碳酸镁晶须还可用于制备高纯度的氢氧化镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁及其他产品。
但目前氧化镁晶须的制备方法中，有的对设备要求较高，有的工艺复杂，有的原材料成本高，均不利于工业化的大规模生产方法，大大限制了其工业化生产与应用。
本发明所涉及的氧化镁晶须的制备方法，可以利用廉价的各种品位的菱镁矿块矿与粉(尾)矿、各种品位的水镁石块矿与粉(尾)资源，制备高附加值的氧化镁晶须，生产工艺简单，操作方便，易于控制，因而本发明具有良好的应用前景。
发明内容：
针对目前我国镁质资源利用和氧化镁晶须生产现状，本发明提供一种新型的氧化镁晶须制备方法。
本发明以菱镁矿或水镁石为原料，通过水化碳化法制得重镁水，而后在重镁水热解过程中加入适当添加剂，通过控制碳酸镁的析出，首先制备前躯体碳酸镁晶须，然后再将碳酸镁晶须煅烧制备氧化镁晶须。具体工艺如下。
①煅烧。将菱镁矿或水镁石原料在回转窑、悬浮焙烧窑、多层炉、沸腾炉或反射炉内于800℃～1000℃条件下煅烧轻烧1～2小时，分别制得轻烧氧化镁。在烧成过程中，发生如下主要化学反应：
MgCO3→MgO+CO2
或 Mg(OH)2→MgO+H2O
②冷却。轻烧后的矿物于空气中自然冷却至100～200℃。
③水化。将冷却后的轻烧氧化镁经破碎机内破碎后，加入5～8倍于矿物体积的水中混合，并在球磨机中细磨至200目以下。在这个过程中，轻烧氧化镁将发生水化反应，即
MgO+H2O→Mg(OH)2
④碳化。对③球磨后的浆料在水槽中用水进一步稀释，使稀释后矿水的质量比为20～200kg/1000L水，使水化反应进一步进行。搅拌的同时向浆料中以流量为10～100L/min(相对于1000L溶液)吹入CO2气体，使发生碳化反应，制成碳酸氢镁溶液。在这个过程中发生如下反应。
MgO+2CO2+H2O→Mg(HCO3)2
⑤分离。将④处理后的浆体静置，使未反应的氧化镁(或氢氧化镁)及杂质等充分沉淀后，使上部的溶液与沉淀分离，制得重镁水。
⑥稀释。向步骤⑤获得的重镁水中加清水进行稀释，使碳酸轻镁溶液的浓度在3～100kg/1000L水。
⑦热解。向步骤⑥获得的碳酸氢镁溶液中入0.1％～2.0％的MgSO4，Mg(NO3)2或MgCl2等可溶性镁盐作为添加剂，并以50～500转/分的强度搅拌，同时将溶液加热至40℃～80℃，通过热解反应获得晶须状MgCO3·3H2O沉淀。在这个过程中，具体反应如下。
Mg(HCO3)2+2H2O→MgCO3·3H2O+CO2
⑧过滤、洗涤、干燥。将步骤⑦得到的浆料采用通常的方法过滤、洗涤后在120℃条件下干燥12～24h，获得直径0.8～8μm，长度10～120μm，长径比为10～150的前驱体碳酸镁(MgCO3·3H2O)晶须。
⑨煅烧。将制得的前驱体碳酸镁晶须在500℃～800℃的温度下煅烧1～2小时，制得0.5～6μm，长度8～100μm，长径比为10～50的MgO晶须。
本发明方法的特点在于：
(1)生产工艺简单。通过控制热解温度和搅拌速度，并加入少量添加剂，即可获得前驱体碳酸镁晶须，二次煅烧后即可获得晶体发育完整，尺寸均匀、长径比高的MgO晶须，因此，生产工艺简单，设备投资少，生产成本低。
(2)经济环保。在生产过程无粉尘产生，不会对环境造成污染。菱镁矿煅烧和碳酸镁晶须煅烧时分解产生的CO2经回收净化后，可用于碳化工艺，不仅减少CO2排放，还可降低生产成本。此外，经热解过滤后的滤液也可返回重复使用，由于镁盐添加剂一直溶解于其中，在返回使用时只需少量补加即可，非常经济。
(3)产品质量好。水化碳化工艺中，由于脉石等杂质不溶于水，通过制备高纯度的重镁水，可以获得纯度高，晶体发育良好，尺寸均匀，长晶比高，分散度高的MgO晶须。
(4)可以充分利用各种品位的菱镁矿块矿与粉(尾)矿、各种品位的水镁石块矿与粉(尾)资源，促进我国镁质资源的高效综合利用。
具体实方式：
实施例1
采用辽宁大石桥废弃菱镁矿粉矿(粒度范围0.001～40mm)，其化学组成如表1所示。
表1 实施用菱镁矿粉矿的理化指标(％)
①煅烧。将菱镁矿原料在反射炉内于850℃条件下煅烧轻烧2小时，制得轻烧氧化镁。
②冷却。轻烧后的矿物于空气中自然冷却至100℃。
③水化。将冷却后的轻烧氧化镁经破碎机内破碎后，加入到8倍于矿物体积的常温水中混合，并在球磨机中细磨至200目以下。
④碳化。对③球磨后的浆料在水槽中用清水稀释，使稀释后矿水的质量比为50kg/1000L水。搅拌的同时向水浆中以流量为40L/min(相对于1000L溶液)吹入CO2气体10小时，制成碳酸氢镁溶液。
⑤分离。将④处理后的浆体静止，使未反应的氧化镁及杂质等充分沉淀后，使上部的溶液与沉淀分离，制得重镁水。
⑥稀释。向步骤⑤获得的重镁水中加清水进行稀释，使碳酸轻镁溶液的浓度在10kg/1000L水。
⑦热解。向步骤⑥获得的重镁水中加入0.3％的添加剂，并以200转/分的强度下搅拌，同时将溶液加热至50℃，制得晶须状MgCO3·3H2O沉淀。
⑧过滤、洗涤、干燥。将步骤⑦得到的浆料过滤、清水洗涤后在120℃条件下干燥24h。经用扫描电镜观察，碳酸镁晶须平均长度60μm，平均直径1.2μm。
⑨煅烧。将步骤⑧制得的前驱体MgCO3·3H2O晶须在800℃煅烧2小时，获得平均直径为0.9μm，平均长度为50μm的MgO晶须。
实施例2
采用辽宁丹东水镁石为原料，其化学组成如表2所示。
表2 实施用水镁石的理化指标(％)
①煅烧。将菱镁矿原料在反射炉内于550℃条件下煅烧轻烧2小时，制得轻烧氧化镁。
②冷却。轻烧后的矿物于空气中自然冷却至100℃。
③水化。将冷却后的轻烧氧化镁经破碎机内破碎后，加入8倍于矿物体积的常温水中混合，并在球磨机中细磨至200目以下。
④碳化。对③球磨后的浆料在水槽中用水进一步稀释，使稀释后矿水的质量比为50kg/1000L水。搅拌的同时向水浆中以流量为45L/min(相对于1000L溶液)吹入CO2气体8小时，制成碳酸氢镁溶液。
⑤分离。将④处理后的浆体静止，使未反应的氧化镁及杂质等充分沉淀后，使上部的溶液与沉淀分离，制得重镁水。
⑥稀释。向步骤⑤获得的重镁水中加清水进行稀释，使碳酸轻镁溶液的浓度在12kg/1000L水。
⑦热解。向步骤⑥获得的重镁水中加入0.3％的添加剂，并以200转/分的强度下搅拌，同时将溶液加热至50℃，制得晶须状MgCO3·3H2O沉淀。
⑧过滤、洗涤、干燥。将步骤⑦得到的浆料过滤、清水洗涤后在120℃条件下干燥24h。经用扫描电镜观察，碳酸镁晶须平均长度55μm，平均直径1.1μm。
⑨煅烧。将步骤⑧制得的前驱体MgCO3·3H2O晶须在800℃煅烧2小时，获得平均直径为0.8μm，平均长度为47μm的MgO晶须。
Claims (6)
1.一种氧化镁晶须的制备方法，其特征在于以菱镁矿或水镁石矿为原料，采用以下工艺。
①煅烧。将菱镁矿或水镁石原料在回转窑、悬浮焙烧窑、多层炉、沸腾炉或反射炉内煅烧1～2小时制取轻烧镁；
②冷却。轻烧后的矿物于空气中自然冷却至100～200℃；
③水化。将冷却后的轻烧氧化镁在破碎机内破碎后，加入5～8倍于矿物体积的常温水中混合，并在球磨机中细磨至200目以下；
④碳化。对球磨后的浆料在水槽中用水进一步稀释，使稀释后矿水的质量比为20～200kg/1000L水，使水化反应进一步进行。搅拌的同时向浆料中以流量为10～100L/min(相对于1000L溶液)通入CO2气体，发生碳化反应，制成碳酸氢镁溶液；
⑤分离。将处理后的浆体静置，使未反应的氧化镁(或氢氧化镁)及杂质等充分沉淀后，使上部的溶液与沉淀分离，制得重镁水；
⑥稀释。向步骤⑤获得的重镁水中加清水进行稀释，使碳酸轻镁溶液的浓度在3～100kg/1000L水；
⑦热解。向获得的重镁水中加入0.1％～2.0％的可溶性镁盐作为添加剂，以50～500转/分的强度下搅拌，同时将溶液加热至40℃～80℃，通过热解反应获得晶须状MgCO3·3H2O沉淀；
⑧过滤、洗涤、干燥。将热解后的浆料采用通常的方法过滤、洗涤后在120℃条件下干燥12～24h，获得直径0.8～8μm，长度10～120μm，长径比为10～150的前驱体MgCO3·3H2O晶须；
⑨煅烧。将制得的前驱体碳酸镁晶须在500℃～800℃的温度下煅烧1～2小时，制得0.5～6μm，长度8～100μm，长径比为10～50的MgO晶须。
2.按照权利要求1所述方法制备前氧化镁晶须，其特征在于，通过热解制备驱体碳酸镁晶须时重镁水中碳酸氢镁的浓度为3～100kg/1000L水。
3.根据权利要求1所述方法制备氧化镁晶须，其特征在于，通过热解制备驱体碳酸镁晶须时搅拌强度为50～500转/分。
4.根据权利要求1所述方法制备氧化镁晶须，其特征在于，通过热解制备驱体碳酸镁晶须时加入的可溶性镁盐包括MgSO4，Mg(NO3)2或MgCl2等，且其加入量0.1％～2.0％。
5.根据权利要求1所述方法制备氧化镁晶须，其特征在于，前驱体的煅烧温度为500℃～900℃。
6.根据权利要求1制备碳酸镁晶须的方法，其特征在于，轻烧氧化镁的来源包括各种品位的菱镁矿块矿与粉(尾)矿，各种品位的水镁石块矿与粉(尾)矿。
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