氫氧化鎂水熱提純的實驗研究＊

李金平，曹長青，江津河

（1.青島科技大學，山東 青島 266042；2.濰坊學院，山東 濰坊 261061）

氫氧化鎂作為一種重要的化工原料，在塑料、橡膠、制藥、日用化工、化工材料和中間體等行業(yè)中有著廣泛的應用。我國氫氧化鎂的工業(yè)技術及生產(chǎn)起步較晚，同時生產(chǎn)的氫氧化鎂絕大部分為質(zhì)次價低的產(chǎn)品，純度一般低于96%，且粒度分布很寬，致使應用面很窄。但國內(nèi)外對高純微細氫氧化鎂的需求卻日益增大，其主要用途是作為各種高檔復合材料的阻燃成分。限于我國氫氧化鎂工業(yè)生產(chǎn)技術的現(xiàn)狀，并不能滿足對高純氫氧化鎂的需求，大規(guī)模的改造升級生產(chǎn)設備及生產(chǎn)技術來滿足社會需求在短時間內(nèi)是不現(xiàn)實的。本文以工業(yè)氫氧化鎂粗品為原料，對氫氧化鎂進行水熱提純來制得高純氫氧化鎂。

金永成等［1-4］對溶液組成對氫氧化鎂水熱改性的影響的研究表明，采用H2O、MgCl2、NH4Cl和NH4OH 等雖可在一定程度上改善氫氧化鎂的形貌和團聚狀態(tài)，但效果不甚明顯；而NaOH 水熱溶液則可改變氫氧化鎂晶體的生長方向，使生成的氫氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，由此制得高分散的氫氧化鎂產(chǎn)物。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑與儀器：PCF03-10高壓反應釜（煙臺科立化工設備有限公司）；氫氧化鈉（分析純，天津市永大化工有限公司）；氫氧化鎂（濰坊恒基化工有限公司）；GZX-9076MBE 電熱鼓風干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠）；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）。

1.2 實驗內(nèi)容

稱取一定量的Mg（OH）2粉末與一定濃度的NaOH 溶液混合均勻后加入高壓反應釜中，開啟高壓反應釜電源開關，調(diào)節(jié)一定的攪拌速率和升溫速率，恒溫一定時間后高壓反應釜中的溶液自然冷卻至室溫，抽濾，用熱蒸餾（約80 ℃）洗滌抽濾2次，得濾餅。將濾餅放入干燥箱中105 ℃下恒溫干燥至恒重，充分碾磨，得Mg（OH）2產(chǎn)品，并對其進行滴定檢測和表征。

2 結(jié)果和討論

2.1 NaOH 溶液濃度對粗氫氧化鎂提純的影響

在反應時間為4h，攪拌速度為160r／min，反應溫度為180 ℃，氫氧化鎂的質(zhì)量為8g，填充度為50%的條件下，控制單一變量NaOH 濃度由1mol／L 逐漸增至5mol／L。由圖1可知，隨著NaOH 濃度的增大，氫氧化鎂純度先增大再減小，其中，在濃度區(qū)間1mol／L-2mol／L中，氫氧化鎂純度提高比較顯著，這是因為在該區(qū)間，NaOH 濃度的增加使溶液體系中OH-濃度增加，OH-濃度的增加有利于氫氧化鎂的水熱反應；在濃度區(qū)間2mol／L-4mol／L 中，氫氧化鎂的純度變化不大，呈緩慢增長趨勢，說明在該區(qū)間，OH-濃度與氫氧化鎂濃度達到了一定的平衡；在濃度區(qū)間4mol／L-5mol／L 中，氫氧化鎂的純度呈下降趨勢，說明在該濃度區(qū)間OH-濃度的增大不利于氫氧化鎂的水熱反應。當NaOH 為4mol／L 時，氫氧化鎂純度達到最大值。

圖1 NaOH 對氫氧化鎂純度的影響

圖2 溫度對氫氧化鎂純度的影響

2.2 溫度對粗氫氧化鎂提純的影響

在反應時間為4h，攪拌速度為160r／min，NaOH 濃度為4mol／L，氫氧化鎂的質(zhì)量為8g，填充度為50%的條件下，控制單一變量反應溫度由160 ℃變化到200 ℃。由圖2可知，氫氧化鎂的純度溫度區(qū)間160 ℃-180℃逐漸增大，在溫度區(qū)間180℃-200℃逐漸減小，并在180℃時達到最大值。王艷［5-9］等的研究成果表明，NaOH 水溶液在高壓反應釜的填充度為10%-80%時，反應釜內(nèi)壓強沿氣液平衡線變化，反應釜內(nèi)的壓強隨反應溫度的升高而升高，在溫度區(qū)間160 ℃-180 ℃，溫度的升高有利于水熱反應向正向移動，并在180 ℃左右達到平衡；在溫度區(qū)間180 ℃-200 ℃，溫度的升高有利于水熱反應的逆向移動，因此，氫氧化鎂的純度溫度區(qū)間160 ℃-180 ℃逐漸增大，在溫度區(qū)間180 ℃-200 ℃逐漸減小，并在180℃時達到最大值。

2.3 粗氫氧化鎂的質(zhì)量對粗氫氧化鎂提純的影響

在反應時間為4h，攪拌速度為160r／min，NaOH 濃度為4mol／L，反應溫度為180℃，填充度為50%的條件下，控制單一變量氫氧化鎂的質(zhì)量由8g變化到24g，由圖3可知，氫氧化鎂的純度隨著氫氧化鎂質(zhì)量的增加而逐漸減小。在其他變量一定的條件下，隨著氫氧化鎂質(zhì)量的增加，反應體系中Mg2+濃度增加，OH-相對濃度逐漸減小，OH-相對濃度的減小不利于生長基元Mg（OH）形成，減弱了Mg（OH）2晶體的水熱生長過程，結(jié)晶質(zhì)點排斥外來雜質(zhì)的能降低，故隨著氫氧化鎂質(zhì)量的增加，水熱反應中氫氧化鎂的純度逐漸降低。

圖3 氫氧化鎂質(zhì)量對氫氧化鎂純度的影響

圖5 轉(zhuǎn)速對氫氧化鎂提純的影響

2.4 反應時間對粗氫氧化鎂提純的影響

在攪拌速度為160r／min，NaOH 濃度為4 mol／L，氫氧化鎂的質(zhì)量為8g，反應溫度為180℃，填充度為50%的條件下，控制單一變量反應時間由1h變化到6h。由圖4可知，氫氧化鎂的純度隨著反應時間的增大先增大再減小。在水熱環(huán)境中，氫氧化鎂經(jīng)過溶解過程與長大過程，經(jīng)過水熱反應過程晶體粒子長大，形成新的氫氧化鎂晶體。隨著反應時間的延長，體系中雜質(zhì)的增多，氫氧化鎂晶體可能以某種雜質(zhì)為晶核生長，導致了氫氧化鎂純度的降低。

2.5 轉(zhuǎn)速對粗氫氧化鎂提純的影響

在反應時間為4h，NaOH 濃度為4mol／L，氫氧化鎂的質(zhì)量為8g，反應溫度為180 ℃，填充度為50%的條件下，控制單一變量攪拌速度由140r／min變化到220r／min。由圖5可知，隨著轉(zhuǎn)速的增大，氫氧化鎂的純度先增大再減小，在160r／min時，氫氧化鎂純度達到最大值。

3 結(jié)論

（1）研究結(jié)果表明，通過水熱反應能有效提純粗工業(yè)氫氧化鎂的純度，溫度、轉(zhuǎn)速、NaOH 濃度、氫氧化鎂質(zhì)量和反應時間是影響水熱反應的重要因素。在填充度為50%的條件下，溫度為180 ℃，NaOH 濃度為4mol／L，氫氧化鎂質(zhì)量為8g，反應時間為4h，轉(zhuǎn)速為160r／min時，水熱提純氫氧化鎂的條件最優(yōu)。

（2）本實驗主要探究了水熱提純對粗氫氧化鎂純度的影響，對提純后氫氧化鎂晶體晶粒的研究還有待進一步的探究。另外，轉(zhuǎn)速、填充度對氫氧化鎂水熱提純的影響也有需進一步探討。

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