張 帥

（山西省運(yùn)城學(xué)院，山西運(yùn)城 044000）

淺談熱解法制備堿式碳酸鎂的研究分析

張 帥

（山西省運(yùn)城學(xué)院，山西運(yùn)城 044000）

研究的原材料為復(fù)鹽MgCO3·（NH4）2CO3·H2O。該復(fù)鹽是通過(guò)鹽湖水氯鎂石氨法經(jīng)二次反應(yīng)沉淀得到的，對(duì)其進(jìn)行熱解可以分解得到目的產(chǎn)物——堿式碳酸鎂。實(shí)驗(yàn)著重于探討Mg2+用量、預(yù)氨量、液固比、熱解的時(shí)間以及溫度對(duì)目的產(chǎn)物質(zhì)量的影響。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可得到最有效制備堿式碳酸鎂的數(shù)據(jù)選擇。

熱解法；堿式碳酸鎂；實(shí)驗(yàn)流程；影響因素

堿式碳酸鎂之所以能夠作為橡膠制品高質(zhì)量的增強(qiáng)劑和填充劑以及絕熱的防火耐高溫材料，如實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品、繪畫顏料和裝修用油漆等，是和它具有的獨(dú)特性質(zhì)分不開的，例如結(jié)構(gòu)疏松、絕熱性、密度小等。我國(guó)制備堿式碳酸鎂的工藝方法較多，最常用的方法是白云石碳化法，然而目前這種方法存在著很多缺點(diǎn)。

1 制備的工藝流程

1.1 制備流程

首先是第一次沉鎂。在鹵水（即水氯鎂石）中通入過(guò)量氨氣，會(huì)得到氫氧化鎂沉淀和母液（沉淀過(guò)濾后的反應(yīng)液體），然后再往母液里添加過(guò)量碳酸氫銨，主要得到碳酸鎂沉淀，這為第二次沉鎂。通過(guò)對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶可以得到化工常用原料氯化銨，對(duì)含鎂復(fù)鹽進(jìn)行熱解，并通入大量氨氣，將反應(yīng)所得產(chǎn)物過(guò)濾、洗滌就可以得到目的產(chǎn)品——堿式碳酸鎂了。

1.2 反應(yīng)原理

往水氯鎂石中通入氨氣，可以得到氯化銨以及氫氧化鎂沉淀。

①M(fèi)gCl2+2NH3+2H2O→Mg（OH）2↓+2NH4Cl

再通入碳酸氫銨，得到：

②MgCl2+4NH4HCO3→MgCO3·（NH4）2CO3·H2O+ 2NH4Cl+H2O+2CO2↑

熱解時(shí)發(fā)生的反應(yīng)主要分為兩步，首先是反應(yīng)溫度達(dá)到35℃時(shí)：

③復(fù)鹽的分解反應(yīng)：MgCO3·（NH4）2CO3· H2O+H2O→MgCO3·3H2O↓+CO2↑+2NH3↑然后是溫度達(dá)到70℃時(shí)，MgCO3·3H2O分解為堿式碳酸鎂：

④5MgCO3·3H2O+2H2O→4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O+CO2↑

為了提高復(fù)鹽利用率，熱解過(guò)程可以借助鹵水對(duì)氨氣以及二氧化碳進(jìn)行吸收，反應(yīng)產(chǎn)物包括Mg（HCO3）2及正碳酸鎂，對(duì)前者進(jìn)行熱解，又可生成正碳酸鎂，重復(fù)反應(yīng)④即可得到目的產(chǎn)物。此外，排放的二氧化碳?xì)怏w可以用氨水吸收。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 原料

水氯鎂石、各類含鎂復(fù)鹽、質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%的氨水；

2.2 儀器

電熱恒溫水浴鍋、分液漏斗、三口燒瓶、恒溫式干燥箱、電動(dòng)攪拌器等；

2.3 步驟

（1）先取一定量的復(fù)鹽放進(jìn)三口燒瓶中，然后在恒溫水浴鍋中對(duì)其進(jìn)行加熱；

（2）然后按照合適的液固比加入去離子水，再添加預(yù)定量的氨水并用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，溫度上升到40℃時(shí)，滴加鹵水，繼續(xù)加熱至90℃；

（3）反應(yīng)一段時(shí)間后，進(jìn)行過(guò)濾洗滌，在120℃的溫度下對(duì)沉淀進(jìn)行干燥，分解得到堿式碳酸鎂；

（4）用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸銀溶液測(cè)定氯離子含量，并用EDTA測(cè)定鎂離子含量，以檢測(cè)實(shí)驗(yàn)是否反應(yīng)完全。生成沉淀質(zhì)量越多，說(shuō)明所含氯化物越多，產(chǎn)品提取率越低。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 鎂離子用量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

鎂離子的含量是由滴加的鹵水量來(lái)決定的，并且，滴加鹵水還可以對(duì)有害氣體氨氣、二氧化碳進(jìn)行吸收，防止空氣污染，并提高本次實(shí)驗(yàn)的提取利用率。值得注意的是，鹵水并不是加入的越多越好，因?yàn)樗鼤?huì)生成氯化銨等雜質(zhì)附著在堿式碳酸鎂上，給洗滌造成麻煩，且降低產(chǎn)品的鎂含量。

3.2 熱解溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

從實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看到溫度對(duì)反應(yīng)過(guò)程的巨大影響。堿式碳酸鎂中鎂元素的含量隨著溫度的升高而增加，在90℃時(shí)達(dá)到最高，氯元素最低。

3.3 熱解時(shí)間對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

顯然，熱解過(guò)程進(jìn)行得越充分，堿式碳酸鎂中的鎂元素含量就越多，氯元素含量越少。熱解時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行得越徹底。氯元素含量少，說(shuō)明堿式碳酸鎂中所含氯鹽雜質(zhì)越少，產(chǎn)品純度越高。

3.4 液固比對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

液固比的含義，可以簡(jiǎn)單理解為水中加入某種物質(zhì)后的溶液密度。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看出，隨著液固比的增加，產(chǎn)品純度相應(yīng)也升高。熱解時(shí)，堿式碳酸鎂的體積會(huì)擴(kuò)大，溶液的液固比大，即含水量大，才不會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物以膠體狀析出，以免給過(guò)濾洗滌造成麻煩，導(dǎo)致堿式碳酸鎂的純度降低。

3.5 預(yù)氨量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

通入氨氣不僅可以吸收復(fù)鹽分解出的二氧化碳，并且中和反應(yīng)后可再結(jié)合鎂離子進(jìn)行離子反應(yīng)，生成正碳酸鎂，加熱分解正碳酸鎂即可得到堿式碳酸鎂。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，提高了原料的利用率，產(chǎn)品質(zhì)量也較大幅度地增長(zhǎng)。

4 總結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)以水氯鎂石經(jīng)兩次沉鎂反應(yīng)產(chǎn)物MgCO3·（NH4）2CO3·H2O為原料，對(duì)其進(jìn)行加熱分解，以此制備得到堿式碳酸鎂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)熱解溫度在90～100℃、熱解時(shí)間4h、液固比6、通入氨氣量0.2mL/g時(shí)，所得到的堿式碳酸鎂質(zhì)量最多，純度最高。用熱解法制備的優(yōu)點(diǎn)有很多，步驟簡(jiǎn)單、用時(shí)短，非常合適用于工業(yè)生產(chǎn)中。

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Study on Preparation of Basic Magnesium Carbonate by Pyrolysis

Zhang Shuai

The experimental study of the raw material is salt MgCO3（NH4）2CO3-H2O.The salt is through Saline Lake bischof i te ammonia method after two times of reaction precipitation，the pyrolysis can be decomposed to our products-basic magnesium carbonate. The experiments were carried out to investigate the effects of Mg2+dosage，the amount of ammonia，the ratio of solid to liquid，the time of pyrolysis and the temperature on the quality of the product.Through the analysis of the experimental data，we will get the most effective preparation of basic magnesium carbonate data selection.

pyrolysis method；basic magnesium carbonate；experimental process；inf l uencing factors

TB383.1

B

1003–6490（2017）03–0127–02

2017–03–05

楊文麗（1988—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，主要從事化工設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作。

收稿日期：2017–03–14

作者簡(jiǎn)介： 張帥（1993—），男，河南三門峽人，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)。