CN115259708A - 一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥及其制备方法，先将盐湖水引入电解池中，通电电解，控制阴极区域的pH，使得OH‑和Mg2+完全沉淀生成Mg(OH)2，再将阳极产生的Cl2收集；将部分Mg(OH)2加入过滤后的溶液，不断向其中加入稀盐酸直至Mg(OH)2完全溶解，反应后得到主要成分为MgCl2的溶液；将此溶液与Mg(OH)2煅烧得到的MgO以一定比例混合制得氯氧镁水泥。与现有技术相比，本发明以盐湖水为原料制备氯氧镁水泥，原料来源广泛，成本较低，性能更优，可为高氯镁型盐湖水提供一种新的利用途径，且可缓解传统上煅烧菱镁矿石生产氧化镁所造成的资源消耗问题等。

Description

一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于盐湖水离子提取利用技术及低能耗胶凝材料制备技术领域，涉及一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥及其制备方法。
背景技术
盐湖通常指含盐量大于50g/L的湖泊，盐湖中有大量的镁、锂、钾等矿产资源。对于高氯镁型盐湖，盐湖卤水中蕴含丰富的镁资源，但对于这些盐湖目前仍主要停留在提取氯化钾的钾肥工业上，使得其资源利用价值相对有限。
同时，建材行业的碳排放占有很高的比例，需要加快推动绿色低碳的新型建筑材料，实现行业的高质量发展。氯氧镁水泥是一种特种水泥，其生产温度要远低于普通硅酸盐水泥，节能低耗，并且应用领域广泛。
目前，尚未有任何有关提取盐湖水中的氯、镁资源来生产氯氧镁水泥的文献报道。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥及其制备方法，以实现从高氯镁型盐湖水中提取氯、镁资源，生产氯氧镁水泥，为高氯镁型盐湖水提供了一种新的利用途径，实现资源的有效利用等。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的技术方案之一提供了一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)构建装有阴极和阳极的电解池，且在电解池中还设有置于阴极和阳极之间的离子交换膜；
(2)往电解池中引入盐湖水，通电后进行电解，经离子交换膜的过滤作用，在阴极区域富集Mg2+；
(3)调控阴极区域的pH，使得其富集的Mg2+沉淀生成Mg(OH)2，同时收集阳极区域产生的Cl2；
(4)取部分生成的Mg(OH)2进行煅烧处理，得到氧化镁；
(5)将电解完成后的废液通过膜分离技术除去SO4 2-及Na+，再加入部分生成的Mg(OH)2，同时，加入稀盐酸直至Mg(OH)2完全溶解，得到主要成分为MgCl2的溶液；
(6)将所得主要成分为MgCl2的溶液与所得氧化镁混合，即制得目标产物氯氧镁水泥。
进一步的，所述的离子过滤膜为树脂膜或PVDF微孔膜，其孔径范围为0.4-0.6 nm。
进一步的，阴极区域的pH被调控至9.4～12.4。
进一步的，电解过程中的电流范围为0.5-5A，电压范围为5-50V。
进一步的，步骤(4)中，煅烧处理的温度为500～900℃，时间为1～3h。
进一步的，步骤(6)中，主要成分为MgCl2的溶液与氧化镁的添加量满足：氧化镁与MgCl2的质量比为3～5:1。
进一步的，所述盐湖水中镁离子含量不低于5％，钙离子含量不高于0.5％。
将盐湖水引入电解池后，将阴、阳极与外部电源接通，控制外部电源使得电流为1～10A，此时电解池中的溶液发生电解生成Cl-、OH-、Na+、Mg2+等离子，溶液中的阳离子需要得到电子以达到电荷平衡，因此会向阴极迁移，在迁移过程中，离子过滤膜会阻隔其他阳离子保证Mg2+通过离子过滤膜到达阴极区域，此时在pH 调控系统的调控下保证阴极区域的pH在9.4-12.4的范围之内，根据Mg(OH)2的溶度积常数，pH在9.4-12.4时，Mg2+可以与OH-反应形成氢氧化镁，同时收集阳极区域产生的Cl2。主要发生的反应如下所示：
2H2O+2e-→2OH-+H2(g)
O2+2H2O+4e-→4OH-
2OH-+Mg2+→Mg(OH)2(s)
2Cl--2e-→Cl2(g)
取部分生成的Mg(OH)2进行在500-900℃下煅烧1-3h，得到氧化镁。发生的反应如下所示：Mg(OH)2→MgO+H2O
将电解完成后的废液通过膜分离技术除去SO4 2-及Na+，再加入部分生成的 Mg(OH)2，同时，加入稀盐酸直至Mg(OH)2完全溶解，得到主要成分为MgCl2的溶液，将所得主要成分为MgCl2的溶液与所得氧化镁混合，即制得目标产物氯氧镁水泥。主要发生的反应如下所示：
2HCl+Mg(OH)2＝MgCl2+2H2O
3MgO+MgCl2+11H2O→3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O
5MgO+MgCl+13H2O→5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O
本发明的技术方案之二提供了一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥，其采用如上所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过电沉积方法实现从高氯镁型盐湖水中提取氯、镁资源，并通过一定工艺生产得到氯氧镁水泥。一方面，为盐湖水的利用开辟了一条新的途径；另一方面，与传统的煅烧菱镁矿以获得氧化镁作为氯氧镁水泥原料相比，本发明以体量较大的盐湖水为原料，对于节约矿石资源的消耗具有重要意义。
2、本发明采用的电解池配有离子交换膜，可以将大部分杂质离子过滤，以提高阴极区域所得电沉积产物的纯度。
3、本发明所涉及的氯氧镁水泥中的氧化镁组分为电沉积得到的氢氧化镁煅烧后所得。一方面，电沉积得到的氢氧化镁纯度高，保证了煅烧得到的氧化镁的纯度，且此方法得到的氧化镁反应活性较高；另一方面，所采取的煅烧温度下得到的氧化镁具有很高的反应活性，在制成氯氧镁水泥后，其中的氧化镁组分还可以通过在二氧化碳下养护发生碳化，来获取更高的强度，并可以起到固碳效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，如无特别说明，则表明所采用的原料或处理技术均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
本发明的电解含镁工业废水生产的碳化氢氧化镁的方法，先将过滤后除去固体颗粒杂质的盐湖水引入电解池中，电解池中还设有置于阴极和阳极之间的离子交换膜，通电电解，Cl-在阳极失去电子生成Cl2，H+在阴极得到电子产生氢气，此时溶液碱性逐渐升高；利用电场诱导阳离子向阴极迁移，通过膜分离技术使得仅Mg2+通过，同时，控制阴极区域的pH，使得OH-和Mg2+完全沉淀生成Mg(OH)2，再将阳极产生的Cl2收集；将电解完成后的废液通过膜分离技术过滤掉SO4 2-及Na+，并将其余的Mg(OH)2加入过滤后的溶液，不断向其中加入稀盐酸直至Mg(OH)2完全溶解，反应后得到主要成分为MgCl2的溶液；将此溶液与煅烧得到的MgO以一定比例混合制得氯氧镁水泥。
结合上述制备工艺流程来进行下述氯氧镁水泥制备实验，分别具体为：
实施例1：
选取青海湖中高氯镁型湖水作为原料，其镁离子浓度为110g/kg，过滤除去其所含固体颗粒杂质；所用离子过滤膜为PVDF微孔膜，其滤孔孔径范围为0.4～0.6nm 左右，具体购买自浙江泰林生物技术股份有限公司，型号为亲水聚偏氟乙烯密理博型；电解过程采用变压恒流模式，电流大小为1A；控制阴极区域的pH值为10.2；将阳极产生的氯气通过气体管道收集；在1000℃下将部分阴极产物(即氢氧化镁) 煅烧得氧化镁，再将电解废液通过膜分离技术过滤掉SO4 2-及Na+，将其余阴极产物投入盛放过滤后溶液的器皿中，不断加入稀盐酸直至沉淀完全溶解，得到主要成分为氯化镁的溶液；按照质量氧化镁：氯化镁＝3:1的比例混合，并添加氧化镁和氯化镁总量10％(质量百分比)的水得到氯氧镁水泥。所制氯氧镁水泥的抗压强度可以达到86MPa。
实施例2：
选取青海湖中高氯镁型湖水作为原料，其镁离子浓度为110g/kg，过滤除去其所含固体颗粒杂质；所用离子过滤膜为PVDF微孔膜，其滤孔孔径范围为0.4～0.6nm 左右，具体购买自浙江泰林生物技术股份有限公司，型号为亲水聚偏氟乙烯密理博型；电解过程采用变压恒流模式，电流大小为1A；控制阴极区域的pH值为11；将阳极产生的氯气通过气体管道收集；在800℃下将部分阴极产物煅烧得氧化镁，再将电解废液通过膜分离技术过滤掉SO4 2-及Na+，将其余阴极产物投入盛放过滤后溶液的器皿中，不断加入稀盐酸直至沉淀完全溶解，得到主要成分为氯化镁的溶液；按照质量氧化镁：氯化镁＝3:1的比例混合，并添加氧化镁和氯化镁总量10％(质量百分比)的水得到氯氧镁水泥。所制氯氧镁水泥的抗压强度可以达到90MPa。
实施例3：
选取青海湖中一般盐湖水作为原料，其镁离子浓度为50g/kg，过滤除去其所含固体颗粒杂质；所用离子过滤膜为树脂膜，其滤孔孔径范围为0.4～0.6nm左右，具体购买自廊坊福玺节能科技有限公司。电解过程采用变压恒流模式，电流大小为 1.5A；控制阴极区域的pH值为11.2；将阳极产生的氯气通过气体管道收集；在800℃下将部分阴极产物煅烧得氧化镁，再将电解废液通过膜分离技术过滤掉SO4 2-及Na+，将其余阴极产物投入盛放过滤后溶液的器皿中，不断加入稀盐酸直至沉淀完全溶解，得到主要成分为氯化镁的溶液；按照质量氧化镁：氯化镁＝5:1的比例混合，并添加氧化镁和氯化镁总量10％(质量百分比)的水得到氯氧镁水泥。所制氯氧镁水泥的抗压强度可以达到75MPa。
对比例1：
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了电解池中省去了离子交换膜的布置。所制氯氧镁水泥的抗压强度为80MPa。
对比例2：
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了直接采用常规市售的氧化镁来反应制备氯氧镁水泥，购买自营口力鑫镁业有限公司。所制氯氧镁水泥的抗压强度为 67MPa。
对比例3：
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了电流调整为0.4A。所制氯氧镁水泥的抗压强度为77MPa。
对比例4：
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了pH值调整为8.5。所制氯氧镁水泥的抗压强度为74MPa。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建装有阴极和阳极的电解池，且在电解池中还设有置于阴极和阳极之间的离子交换膜；
(2)往电解池中引入盐湖水，通电后进行电解，经离子交换膜的过滤作用，在阴极区域富集Mg2+；
(3)调控阴极区域的pH，使得其富集的Mg2+沉淀生成Mg(OH)2，同时收集阳极区域产生的Cl2；
(4)取部分生成的Mg(OH)2进行煅烧处理，得到氧化镁；
(5)将电解完成后的废液通过膜分离技术除去SO4 2-及Na+，再加入部分生成的Mg(OH)2，同时，加入稀盐酸直至Mg(OH)2完全溶解，得到主要成分为MgCl2的溶液；
(6)将所得主要成分为MgCl2的溶液与所得氧化镁混合，即制得目标产物氯氧镁水泥。
2.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，所述的离子过滤膜为树脂膜或PVDF微孔膜。
3.根据权利要求2所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，所述的离子过滤膜的滤孔孔径范围为0.4～0.6nm。
4.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，阴极区域的pH被调控至9.4～12.4。
5.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，电解过程中的电流范围为0.5-5A，电压范围为5-50V。
6.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，煅烧处理的温度为500～900℃。
7.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，煅烧处理的时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，主要成分为MgCl2的溶液与氧化镁的添加量满足：氧化镁与MgCl2的质量比为3～5:1。
9.根据权利要求1所述的一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，所述盐湖水中镁离子含量不低于5％，钙离子含量不高于0.5％。
10.一种电解盐湖水生产的氯氧镁水泥，其采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制备得到。
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