CN110921688B - 一种活性氧化镁及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机盐技术领域,提供了一种活性氧化镁及其制备方法和应用,所述制备方法包括以下步骤:将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液;将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣;将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀;将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁。本发明通过氯化镁脱钙、氯化铵浸镁,将不溶性硅、钙等杂质留置在氯化铵浸出渣中,有利于提高最终产品的纯度和活性。本发明提供的方法得到的氧化镁纯度和活性较高,活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%,活性>95%。
Description
技术领域
本发明涉及无机盐技术领域,尤其涉及一种活性氧化镁及其制备方法和应用。
背景技术
在红土镍矿、铜钴矿、水钴矿等矿物湿法冶金过程中,使镍、钴转化为氢氧化镍、氢氧化钴沉淀,然后再将沉淀与溶液分离,达到分离提纯镍、钴的目的。氢氧化钠是较普遍的中和沉淀剂,但是当条件控制不当时,易使氢氧化镍、氢氧化钴形成胶体,造成过滤洗涤困难,滤饼含水量高等缺陷。使用氧化镁沉淀镍、钴,形成的氢氧化镍、氢氧化钴具有结晶形态好,易于过滤洗涤,且具有过滤速度快、滤饼含水量低等优点。在使用氢氧化镁沉淀镍、钴时,氢氧化镁的品质直接决定着最终得到的氢氧化镍、氢氧化钴沉淀的品质。
目前,工业上采用活性氧化镁作为沉淀剂用于沉淀镍、钴,但对于冶金沉淀用活性氧化镁尚无统一的标准。国内市场上活性氧化镁品类众多,用于沉淀镍、钴时,产物品质不能一致保证,产出的氢氧化镍、氢氧化钴沉淀中残留杂质镁含量过量,无法满足冶金工艺要求。
目前工业常用的活性氧化镁的生产方法主要有:卤水纯碱法、卤水氨水法、卤水碳铵法、白云石碳化法、菱镁矿碳铵法等等,但生产得到的活性氧化镁纯度、活性等性能经常无法满足冶金沉淀用活性氧化镁的要求。
发明内容
本发明提供了一种活性氧化镁及其制备方法和应用,本发明提供的方法制备得到的活性氧化镁纯度和活性较高,活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%,活性>95%。
本发明提供了一种活性氧化镁的制备方法,包括以下步骤:
(1)将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液;
(2)将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣;
(3)将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀;
(4)将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁。
优选的,所述步骤(1)中轻烧镁粉中钙元素和氯化镁的摩尔比为1:1.2~2.5,所述水的质量为轻烧镁粉质量的3~6倍。
优选的,所述步骤(1)水热反应的温度为60~90℃,时间为1~3h。
优选的,所述步骤(2)氯化铵水溶液的浓度为150~200g/L,所述氢氧化镁沉淀中镁元素和氯化铵的摩尔比为1:2.4~3。
优选的,所述步骤(2)浸出的温度为50~80℃,时间为1~3h。
优选的,所述步骤(3)混合反应的温度为70~80℃。
优选的,所述步骤(4)煅烧处理的温度为750~880℃,时间为0.5~2h。
本发明还提供了上述技术方案所述方法制备得到的活性氧化镁,所述活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%,活性>95%。
本发明还提供了上述技术方案所述活性氧化镁作为冶金沉淀剂的应用。
优选的,所述活性氧化镁用于沉淀镍或钴,形成氢氧化镍或氢氧化钴。
本发明提供了一种活性氧化镁的制备方法,包括以下步骤:将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液;将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣;将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀;将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁。本发明通过氯化镁脱钙、氯化铵浸镁,将不溶性硅、钙等杂质留置在氯化铵浸出渣中,有利于提高最终产品的活性,然后将氯化镁液用NH3和CO2沉淀碱式碳酸镁,再经烘干和煅烧,得到活性氧化镁。本发明提供的方法得到的氧化镁纯度和活性较高,活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%,活性>95%。
附图说明
图1为本发明活性氧化镁的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种活性氧化镁的制备方法,包括以下步骤:
(1)将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液;
(2)将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣;
(3)将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀;
(4)将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁。
本发明将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液。在本发明中,所述轻烧镁粉优选由菱镁矿煅烧得到,本发明对轻烧镁粉的具体煅烧方法没有特别要求,采用本领域技术人员熟知的方法即可。本发明将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后进行水热反应,在所述水热反应过程中,发生式(1)~式(3)反应:
MgO+H2O=Mg(OH)2↓ 式(1)
CaO+H2O=Ca(OH)2↓ 式(2)
Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+CaCl2 式(3)
在本发明中,所述轻烧镁粉中钙元素和氯化镁的摩尔比优选为1:1.2~2.5,进一步优选为1:1.5~2.0;所述水的质量优选为轻烧镁粉质量的3~6倍,更优选为4~5倍。在本发明中,所述水热反应的温度优选为60~90℃,进一步优选为65~85℃,更优选为70~80℃,时间优选为1~3h,更优选为1.5~2.5h。
本发明在水热反应过程中,进行脱钙转相。所述“脱钙转相”中的“脱钙”指的是在脱钙剂氯化镁的作用下,轻烧镁粉中的钙溶于溶液,以氯化钙的形式存在;“转相”指的是轻烧镁粉中的镁以新相氢氧化镁的形式存在于氢氧化镁沉淀中。本发明优选通过固液分离,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液。本发明得到的氢氧化镁沉淀中主要成分为氢氧化镁,同时还含有硅、残留的钙等杂质。
得到氢氧化镁沉淀后,本发明将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣。在本发明中,所述浸出优选在密闭的反应容器中进行,优选采用密闭反应釜。在本发明中,所述氢氧化镁浸没在氯化铵水溶液中,镁以氯化镁的形式进入溶液,氢氧化镁沉淀中含有的不溶性硅、钙等杂质无法溶于氯化铵水溶液中,以浸出渣的形式存在,由此实现了氢氧化镁沉淀的进一步提纯,去除了氢氧化镁沉淀中的硅、钙等杂质。在本发明中,所述氢氧化镁沉淀和氯化铵发生式(4)所示反应:
Mg(OH)2+NH4Cl=MgCl2+NH3↑+H2O 式(4)
在本发明中,所述氯化铵水溶液的浓度优选为150~200g/L,更优选为160~190g/L,所述氢氧化镁沉淀中镁元素和氯化铵的摩尔比优选为1:2.4~3,更优选为1:2.5~2.9。在本发明中,所述浸出的温度优选为50~80℃,更优选为55~75℃,时间优选为1~3h,更优选为1.5~2.5h。
浸出反应过程中,本发明优选通过气体收集装置收集浸出过程中产生的氨气,用于后续反应,或者通过收集输送装置直接送入下一步进行碱式碳酸镁沉淀反应。本发明对气体收集方法没有特别要求,采用本领域技术人员熟知的方法即可。本发明优选在浸出完成后,通过固液分离方法将浸出得到的氯化镁溶液和浸出渣进行分离,进而分别得到氯化镁溶液和浸出渣。在本发明中,所述浸出得到的氯化镁溶液的浓度优选为30~50g/L,本发明通过控制浸出条件以及浸出得到的氯化镁溶液浓度,使得本发明在浸出过程中,可溶性镁的浸出率大于90%。
得到氯化镁溶液后,本发明将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀。在本发明中,所述氨气优选为浸出过程中收集的氨气,所述二氧化碳优选为菱镁矿煅烧为轻烧镁粉过程中产生的二氧化碳。本发明优选将氯化镁溶液、氨气和二氧化碳经喷射器强制高效混合进行沉镁反应,然后优选通过固液分离,得到碱式碳酸镁沉淀和沉镁后液。在本发明中,所述混合反应的温度优选为70~80℃。本发明得到的碱式碳酸镁中钙离子含量≤0.5%,氯离子含量小于等于0.1%。
本发明提供的制备方法实现了二氧化碳和氨气的循环利用,实现连续浸出、连续沉淀,产品性能稳定,可规模化生产。在本发明中,所述沉镁后液中含有未反应完全的氯化铵,本发明优选将沉镁后液输送至步骤(2)氯化铵浸出国过程中,以减少试剂消耗量、减少三废排放,使得本发明所述方法清洁环保。
得到碱式碳酸镁沉淀后,本发明将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁。在本发明中,所述烘干的温度优选为90~110℃,烘干的时间优选为1~2h。本发明优选在煅烧前进行烘干处理,有利于将碱式碳酸镁沉淀进行分散,防止团聚。在本发明中,所述煅烧的温度优选为750~880℃,更优选为780~850℃,所述煅烧的时间优选为0.5~2h,更优选为1.0~1.5h。本发明通过煅烧处理,得到活性氧化镁。
本发明提供的方法得到的活性氧化镁纯度和活性较高,本发明上述方法制备得到的活性氧化镁的活性>95%,活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%,且本发明提供的方法步骤简单,容易实施。
本发明还提供了上述技术方案所述方法制备得到的活性氧化镁,本发明所述方法制备得到的活性氧化镁的活性>95%,MgO质量含量≥98%。
本发明还提供了上述技术方案所述活性氧化镁作为冶金沉淀剂的应用。
在本发明中,所述冶金沉淀剂优选用于沉淀镍、钴,以形成氢氧化镍、氢氧化钴。
在本发明中,所述活性氧化镁作为冶金沉淀剂的应用方法优选包括以下步骤:
将所述活性氧化镁和水混合,得到浆液;
将所述浆液和待沉淀金属盐溶液混合,进行沉淀反应,得到待沉淀金属氢氧化物沉淀。
在本发明中,所述活性氧化镁和水的质量比优选为1:1.5~3,更优选为1:2~2.5。在本发明中,所述沉淀反应的终点pH值优选为7.80~8.30,所述沉淀反应的温度优选为25℃,所述沉淀反应的时间优选≥12h。采用本发明所述活性氧化镁作为冶金沉淀剂时,得到的沉淀中镁含量小于等于2.0%,满足冶金沉淀中镁的控制要求。在本发明中,所述待沉淀金属盐溶液优选包括钴盐溶液和/或镍盐溶液,所述待沉淀金属氢氧化物沉淀优选包括氢氧化钴和/或氢氧化镍。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
(1)菱镁矿煅烧得到的轻烧镁粉,轻烧镁粉含量如表1所示表1轻烧镁粉的质量百分含量
Ca | Fe | Al | Si | SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> | MgO | 其它 |
4.43 | 0.15 | 0.09 | 0.19 | 0.22 | 94.6 | 0.32 |
将轻烧镁粉、氯化镁和水混合进行水热反应,得到新生相氢氧化镁,控制条件为温度60℃,时间1h,轻烧镁粉中的钙离子与氯化镁的摩尔比为1:1.5,在上述条件下,得到的氢氧化镁中钙质量含量可降低至1%以下。
(2)将步骤1得到的氢氧化镁在密闭反应釜中用氯化铵溶液进行浸出,镁以氯化镁形式进入溶液,不溶性硅、钙等杂质留置在浸出渣中,实现镁的分离纯化,浸出浆料经固液分离得到氯化镁溶液和浸出渣;收集过程中产生的氨气。所述氯化铵浸出过程控制条件为:温度50℃,时间1h,氯化铵与氢氧化镁的摩尔比为1.2:1,控制浸出液中镁浓度30~50g/L,在上述条件下,可溶性镁浸出率大于90%。
(3)将步骤2得到的氯化镁溶液、氨气以及菱镁矿锻烧产生的CO2经喷射器强制高效混合,产出碱式碳酸镁沉淀,经固液分离、洗涤得到碱式碳酸镁。所述沉淀过程控制温度为70℃,得到的碱式碳酸镁含Ca≤0.5%,Cl≤0.1%。
(4)将步骤3所述碱式碳酸镁首先在90℃进行烘干,然后再进行锻烧,控制温度750℃,时间0.5h,得到活性氧化镁,利用国家黑色冶金行业标准YB/T4019-2006《轻烧氧化镁化学活性测定方法》规定的方法进行测定,上述活性氧化镁的活性>95%,活性氧化镁中MgO的质量含量≥98%。
应用例1
钴沉淀实验:
(1)MgO用水浆化,得到MgO浆料,氧化镁和水的质量比为1:3;
(2)在搅拌状态下,向Co2+浓度为5g/L的硫酸钴中缓慢加入MgO浆料,25℃下,沉淀14h,沉淀反应的终点pH值为8.10,等反应结束后固液分离得到氢氧化钴沉淀,测试氢氧化钴沉淀中的镁含量。
沉淀反应为:MgO+H2O=Mg(OH)2,CoSO4+Mg(OH)2=Co(OH)2↓+MgSO4
测试结果表明,氢氧化钴沉淀中镁的质量含量为1.5%,钴沉淀率>98%,达到目前工业上钴沉淀剂对杂质镁的控制要求。
应用例2
镍沉淀实验:
(1)MgO用水浆化,得到MgO浆料,氧化镁和水的质量比为1:3;
(2)在搅拌状态下,向Ni2+浓度为5g/L的硫酸镍中缓慢加入MgO浆料,25℃下,沉淀14h,沉淀反应的终点pH值为8.0,等反应结束后固液分离得到氢氧化镍沉淀,测试氢氧化镍沉淀中的镁含量。
沉淀反应为:MgO+H2O=Mg(OH)2,NiSO4+Mg(OH)2=Ni(OH)2↓+MgSO4
测试结果表明,氢氧化镍沉淀中镁的质量含量为1.5%,钴沉淀率>98%,达到目前工业上镍沉淀剂对杂质镁的控制要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种活性氧化镁的制备方法,包括以下步骤:
(1)将轻烧镁粉、氯化镁和水混合后,进行水热反应,得到氢氧化镁沉淀和氯化钙溶液;
(2)将所述氢氧化镁沉淀浸没在氯化铵水溶液中进行浸出,得到氯化镁溶液、氨气和浸出渣;
(3)将所述氯化镁溶液、氨气和二氧化碳混合进行沉镁反应,得到碱式碳酸镁沉淀;
(4)将所述碱式碳酸镁沉淀依次进行烘干和煅烧处理,得到活性氧化镁;
所述步骤(1)水热反应的温度为60~90℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中轻烧镁粉中钙元素和氯化镁的摩尔比为1:1.2~2.5,所述水的质量为轻烧镁粉质量的3~6倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)水热反应的时间为1~3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)氯化铵水溶液的浓度为150~200g/L,所述氢氧化镁沉淀中镁元素和氯化铵的摩尔比为1:2.4~3。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)浸出的温度为50~80℃,时间为1~3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)混合反应的温度为70~80℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)煅烧处理的温度为750~880℃,时间为0.5~2h。
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