CN1757600A - 一种制取氢氧化镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种撞击流方法制取氢氧化镁。其主要内容是利用盐湖水氯镁石得到的精制氯化镁溶液和碱液为原料，采用反应结晶耦合制备高纯度氢氧化镁。工艺特点是：1)原料来源广泛且纯度高，既解决了镁害问题又充分利用了资源，得到的产物氢氧化镁纯度可达99％以上；2)采用喷射式撞击流反应结晶器，可以通过调节撞击流的流速达到改变微观混合的效果，使溶液的过饱和度可以控制，从而达到成核速率可控的目的；3)在搅拌器中完成晶体的生长和相转移过程得到一定粒度的氢氧化镁；4)该项技术工艺流程简单，操作方便，成本低，易于实现大规模工业化生产。

Description

一种制取氢氧化镁的方法

技术领域

本发明涉及一种氢氧化镁的制备工艺，特别涉及一种采用水氯镁石制备具有高纯度并且粒度可控的氢氧化镁的方法，属于无机化工工艺技术领域。

技术背景

我国盐湖镁资源储量巨大，内蒙古、新疆、青海、西藏等四大湖区中的盐湖均为富镁盐湖，其中镁资源比较集中的地区分布于青海柴达木盆地。青海湖区的镁盐总量即达37亿吨，其中氯化镁25亿吨，硫酸镁12亿吨。其中察尔汗盐湖氯化镁储量超过15亿吨，居世界第二位。

盐湖镁资源多与钾资源伴生，如察尔汗盐湖镁盐储量是钾盐的10倍。在过去几十年钾资源开采过程中，由于技术、经济等多方面因素的制约，几乎没有对镁盐进行有效的开发利用。以氯化钾生产为例，依其卤水组成及其工艺，每生产1吨氯化钾产品就会有8-12吨水氯镁石产出。经过儿十年的建设，青海察尔汗盐湖已经建成年产150万吨的国家钾肥生产基地。按照现有的生产技术水平，每年要向湖区(团结湖)排放1200-1800万吨的水氯镁石废液。数千万吨的水氯镁石废液通过地下渗漏，严重影响晶间卤水成分，形成“镁害”，从而严重制约钾肥的正常持续生产，甚至会破坏整个盐湖生态系统。

另一方面，察尔汗地区气候干旱，多风少雨，是世界上蒸发量最大的地区之一。借助于得天独厚的自然条件，从盐田滩晒光卤石后产生的老卤，经过简单盐田自然蒸发结晶，无需纯化即可获高纯度的水氯镁石(六水氧化镁含量大于98％)，这是世界罕见的优质镁产品原料。如果不加以合理利用，这不仅造成极大的资源浪费，而且造成严重的环境污染。因此如何充分利用盐湖镁资源，是未来一段时间摆在科学工作者面前的一个重要课题。

利用盐湖水氯镁石制备高纯度的氢氧化镁是解决盐湖“镁害”和高品质镁资源综合利用的重要途径。可持续发展已成为各国追求的目标，绿色化学和环境友好材料倍受人们关注。各种规格和用途的氢氧化镁正成为迅速发展的功能性无机材料，由于采用的制备方法不同，得到的产品性质差异很大，不同性质的氢氧化镁在应用上也有很大差别。氢氧化镁作为水处理剂，使用和调节方便、不结垢、无腐蚀性、安全无毒，被誉为21世纪绿色安全的中和剂。随着氢氧化镁在工业含酸废水的中和、印染废水的处理、重金属离子的去除以及烟气脱硫等方面的应用日益广泛，各国相关企业及科研单位均对此给予高度重视。又由于氢氧化镁具有分解温度较高、热稳定性高、无毒、无烟以及具有抑烟等特点，在发展无机阻燃剂方面已显示出明显优点。同时氢氧化镁在制备活性氧化镁、高纯镁砂、特种性能氧化镁等方面具有明显优势，并具有很高的经济效益。因此，高纯度以及特定粒度范围的功能性氢氧化镁的制备受到人们的广泛关注。

制备氢氧化镁的方法主要由以下几种：

从原料上来讲，多以海水或卤水为原料，利用氢氧化钠、氨、氢氧化钙以及煅烧白云石等碱性物质制备氢氧化镁。由于海水中镁离子的含量低，且杂质离子多，除杂成本较高，卤水中也含有一些杂质，制备成本较高。

从制备工艺上讲，有些专利报道制备阻燃级氢氧化镁及纳米氢氧化镁。CN1332116A采用可溶性的镁盐和碱通过均质流体法经过强制沉淀反应合成，经洗涤、过滤、干燥制备纳米氢氧化镁，该方法制备的氢氧化镁产品纯度达到99.9％，产品粒子平均直径在10～200nm之间，该工艺简单，但制备的氢氧化镁粒度分布较宽。CN1401574A以无机镁盐为主要原料，以无机碱或硫氢化物为沉淀剂，在25～90℃进行液相沉淀反应，然后加入微量水溶性絮凝剂，生成无规则团聚态氢氧化镁；然后在特定改性剂溶液中于100～250℃对常温合成的氢氧化镁进行水热改性，得到一次粒径0.2～5.0μm的氢氧化镁。该方法需要经过沉淀-水热合成两步法。CN1332117A采用一步法生产氢氧化镁彻底解决了两步法生产中存在的难题-设备管线结疤问题，变间断操作为连续生产，操作条件恒定，所得产品质量高且稳定，但是晶体粒度控制有难度。CN1341694A利用老卤水或菱镁矿得到的精制氯化镁溶液和工业氨水或氨气为原料，或者利用硫酸镁溶液和工业氨水或氨气为原料，采用超重力(旋转填充床)技术，利用液-液相反应或气-液相反应方式，制备纳米氢氧化镁阻燃材料。该工艺粒度分布较为均匀，但需要旋转填充床设备，操作费用较大。CN1361062A采用液-液两相共沉淀反应的全返混液膜反应器进行镁盐与碱液的共沉淀反应，使成核/晶化隔离进行，分别控制晶体成核和生长条件。克服了现有技术中晶粒较大，颗粒不均匀，晶粒的整体尺寸以及颗粒尺寸难以控制的缺陷。制备出纳米尺寸、粒度分布均匀的氢氧化镁粉体，但操作费用较大。CN1513761A是利用晶体生成、生长机理控制粒子粒度，采用镁盐溶液为原料，以氢氧化钠和氨水作为混合沉淀剂，通过逆向沉淀法制备纳米级氢氧化镁。本发明无须特殊设备，投资小，对操作要求高。US4695445利用镁盐和氨气反应制备了平均粒径0.5-0.8μm的片状氢氧化镁，且粒度分布均匀，不容易团聚。但是氢氧化镁纯度不是很高。US5143965利用超声混合快速沉淀技术制备阻燃级氢氧化镁，得到的片状氢氧化镁平均粒度1μm，90％的颗粒粒度小于3.5μm。该技术得到的氢氧化镁的粒度分布均匀，与专利US4695445类似，氢氧化镁纯度不高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种从水氯镁石制备高纯氢氧化镁的方法，弥补现有技术或纯度不高或晶体粒度难以控制的缺陷。其主要原理是镁盐与碱液发生反应结晶过程，反应结晶通常按照过程进行的顺序，可以分为反应和结晶两个基本步骤，随着反应的进行，结晶物质的浓度增大，产生过饱和度，开始形成晶核，然后晶核生长成为结晶产品。撞击流反应器可以能大大强化过程的传质、传热过程，促进化学反应。

本发明的方法包括如下步骤：

1)水氯镁石水溶液的配制以及碱液的配制；

2)反应结晶耦合制备氢氧化镁；

3)氢氧化镁的洗涤、过滤和干燥。

本发明采用水氯镁石为原料，通过溶解和过滤除杂得到高质量的氯化镁水溶液作为反应液1，其浓度在0.1-3.5mol/L；氢氧化钠溶液或氨水作为反应液2，其浓度在0.1-4.0mol/L。在温度为30-80℃条件下将反应液1和反应液2通过喷嘴以一定的流速和角度喷入缓冲罐中进行反应和成核过程，流速可以在5-50m/s范围内调节，喷射角度为0-50度。反应液在缓冲罐的停留时间为0.5-30min，然后将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长过程，在搅拌釜内的停留时间为10-120min。通过晶体生长和相转移最后生成氢氧化镁。通过洗涤、过滤及干燥过程得到高纯氢氧化镁。

本发明的方法具有十分显著的优点：1)原料来源广泛且纯度高，既解决了镁害问题又充分利用了资源，得到的产物氢氧化镁纯度可达99％；2)采用喷射式撞击流反应结晶器，可以通过调节撞击流的流速达到改变微观混合的效果，使溶液的过饱和度可以控制，从而达到成核速率可控的目的；3)在搅拌器中完成晶体的生长和相转移过程得到一定粒度的氢氧化镁；4)该项技术工艺流程简单，操作方便，成本低，易于实现大规模工业化生产。

附图说明

图1.水氯镁石制备氢氧化镁的流程图

图2.撞击流反应结晶器的示意图

具体实施方式

实施例1

首先将203克水氯镁石用去离子水溶解，加水至1升左右，抽滤去除不溶性杂质。将40克氢氧化钠溶解在1升的烧杯中，同时将二者加热至80℃；然后分别用计量泵将两种反应液通过喷嘴打入缓冲罐中，控制喷嘴的流速在30m/s，喷射角度为15度，在缓冲罐的停留时间为2min；再将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长和相转移过程20min；最后经过洗涤，过滤，120℃干燥得到氢氧化镁。其纯度为98.2％，粒度分析表明平均粒度在79nm，变异系数为36.5％。

实施例2

首先将102克水氯镁石用去离子水溶解，加水至1升左右，抽滤去除不溶性杂质。将20克氢氧化钠溶解在1升的烧杯中，同时将二者加热至80℃；然后分别用计量泵将两种反应液通过喷嘴打入缓冲罐中，控制喷嘴的流速在15m/s，喷射角度为0度，在缓冲罐的停留时间为10min；再将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长和相转移过程60min；最后经过洗涤，过滤，120℃干燥得到氢氧化镁。其纯度为99.1％，粒度分析表明平均粒度在0.75μm，变异系数为43.1％。

实施例3

首先将102克水氯镁石用去离子水溶解，加水至1升左右，抽滤去除不溶性杂质。将20克氢氧化钠溶解在1升的烧杯中，同时将二者加热至40℃；然后分别用计量泵将两种反应液通过喷嘴打入缓冲罐中，控制喷嘴的流速在25m/s，喷射角度为10度，在缓冲罐的停留时间为5min；再将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长和相转移过程30min；最后经过洗涤，过滤，120℃干燥得到氢氧化镁。其纯度为98.6％，粒度分析表明平均粒度在0.18μm，变异系数为40.2％。

实施例4

首先将51克水氯镁石用去离子水溶解，加水至1升左右，抽滤去除不溶性杂质。将10克氢氧化钠溶解在1升的烧杯中，同时将二者加热至60℃；然后分别用计量泵将两种反应液通过喷嘴打入缓冲罐中，控制喷嘴的流速在15m/s，喷射角度为10度，在缓冲罐的停留时间为10min；再将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长和相转移过程100min；最后经过洗涤，过滤，120℃干燥得到氢氧化镁。其纯度为99.5％，粒度分析表明平均粒度在4.9μm，变异系数为41.4％。

实施例5

首先将157克水氯镁石用去离子水溶解，加水至1升左右，抽滤去除不溶性杂质。另将浓度25-28％的氨水125ml稀释至1升的烧杯中，同时将二者加热至40℃；然后分别用计量泵将两种反应液通过喷嘴打入缓冲罐中，控制喷嘴的流速在20m/s，喷射角度为10度，在缓冲罐的停留时间为5min；再将反应料液导入搅拌器中进行晶体生长和相转移过程60min；最后经过洗涤，过滤，120℃干燥得到氢氧化镁。其纯度为99.3％，粒度分析表明平均粒度在6.4μm，变异系数为39.4％。

Claims (6)

1.一种高纯度且粒度可控氢氧化镁的制备方法，为镁盐溶液与碱液发生反应耦合结晶生成氢氧化镁，其特征是采用撞击流反应结晶器实现上述过程。具体过程如下：

1)将镁盐配制成一定浓度的水溶液，同时将氢氧化钠或氨水配成一定pH的溶液，加热至一定温度备用。

2)将配制好的两股物料以一定流速和角度喷入撞击流反应结晶器。

3)经过过滤、洗涤、干燥得到高纯度氢氧化镁。

2.权利要求1所述的撞击流反应结晶器是由两个喷嘴，一个缓冲罐和一个搅拌器组成。反应物料在上述反应结晶器中完成反应、成核、晶体生长过程。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是：两股物料的喷射速度为5-50m/s，喷射角度为0-50度。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征是：物料在缓冲罐内的停留时间为0.5-30min，在搅拌釜内的停留时间为10-120min。

5.根据权利要求1的制备方法，其特征是：所说的镁盐溶液是水氯镁石水溶液，浓度为0.1-3.5mol/L，碱液氢氧化钠或氨水的浓度为0.1-4mol/L。

6.根据权利要求1的制备方法，其特征是：反应温度在30-80℃。

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