鹽酸法浸取硼泥制備精制氯化鎂的研究

楊 梅, 陳啟凡, 吳曉杰

(遼東學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院, 遼寧 丹東 118003)

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鹽酸法浸取硼泥制備精制氯化鎂的研究

楊 梅, 陳啟凡, 吳曉杰

(遼東學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院, 遼寧 丹東 118003)

以鹽酸浸取硼泥實驗為基礎(chǔ),研究了浸取過程中的試驗條件,最終確定一套經(jīng)濟合理的實驗方案。首先,通過X熒光光譜分析對硼泥的化學(xué)成分進行了定量定性分析,明確了其中各種氧化物的成分;其次,研究了鹽酸用量(30、40、50、60、70 mL)、酸浸溫度(50、60、70、80、90、100 ℃)、酸浸時間(15、25、35、45、55 min)對硼泥中氧化鎂浸出率的影響。結(jié)果表明:最佳工藝條件為1∶1的鹽酸加入量為50 mL、酸浸時間為35 min、反應(yīng)的溫度為80 ℃,這種生產(chǎn)工藝的效率最高,氧化鎂的溶出率達到了96.07%。

鹽酸浸取; 硼泥; 氯化鎂; 廢棄物再利用

0 引 言

硼泥是以硼鎂礦為原料,利用碳堿法生產(chǎn)硼酸、硼砂等硼化工產(chǎn)品時產(chǎn)生的廢棄物,一般生產(chǎn)1噸硼砂會產(chǎn)生3～4噸的硼泥。目前我國硼泥的堆積量已達2 500萬噸以上,并且以每年200萬噸的速度增長。硼泥已成為數(shù)量巨大的二次資源,若不充分利用,不僅是一種浪費,而且大量堆積的硼泥,會占用耕地、污染環(huán)境等。目前在遼寧、青海、吉林等地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)大量的堆積,造成很嚴重的環(huán)境污染[1]。

硼泥因原料和生產(chǎn)工藝的不同,其物理性質(zhì)和化學(xué)組成會有些差別。硼泥大多呈淺紅色,表面為疏松的無規(guī)則顆粒,顆粒較細,有約80%的顆?？梢酝ㄟ^200目篩,有較好的可塑性,質(zhì)硬但有一定黏性,手感細膩潤滑,其主要化學(xué)組分為MgO(30%～45%)、SiO2(20%～35%)、Fe2O3(10%～20%)、B2O3(1.5%～6%)以及少量CaO、Na2O等[2]。

目前,國內(nèi)外已對硼泥利用開展了相關(guān)研究,主要研究集中在以下幾個方面:1)制成鎂鹽產(chǎn)品,例如制成MgCO3、MgO,與傳統(tǒng)的輕質(zhì)的MgCO3生產(chǎn)方式相比,由于原料硼泥為廢棄物,并且符合國家治理“三廢”的政策,其產(chǎn)品的價格將具有較強競爭優(yōu)勢;2)制磚,硼泥可以和黃土、爐灰按照一定比例混合進行燒磚;3)制砌筑砂漿及混凝土,用一定量的硼泥和水泥混合制得的硼泥混合砂漿可以在建筑上取代石灰和部分水泥;4)制微量元素肥料;5)制污水處理劑;6)制燒結(jié)礦的抗粉化劑;7)制微晶玻璃;8)燒制耐火材料[3-14]等方面,硼泥綜合開發(fā)利用的關(guān)鍵是溶出其中的氧化鎂組分,以生產(chǎn)氫氧化鎂、碳酸鎂等制品[15-18]。本論文將以遼寧省丹東市某化工廠的硼泥為原料,經(jīng)過鹽酸的浸取和氨水除雜等過程來獲得純度較好的氯化鎂。

1 實 驗

1.1 實驗原料

本研究所用實驗原料為硼泥、鹽酸、氯化銨、30%過氧化氫,硼泥取自于丹東市某化工廠,其化學(xué)成分是通過德國布魯克公司生產(chǎn)的X光射線熒光光譜儀(SRS-3400型)定量分析而得到的結(jié)果,主要化學(xué)組成w(MgO)=52.1%;w(SiO2)=27.8%;w(Al2O3)=4.65%;w(B2O3)=4.5%;w(CaO)=5.69%;w(Na2O)=1.41%;w(K2O)=0.56%;w(TiO2)=0.49%,w(其他)=2.8%。

1.2 實驗設(shè)備

電子分析天平;智能數(shù)顯恒溫水浴鍋;集熱式恒溫加熱磁力攪拌棒;熱電恒溫鼓風(fēng)干燥箱;循環(huán)水真空泵;數(shù)顯精密增力電動攪拌棒;三口燒瓶;堿式滴定管;漏斗;鐵架臺;濾紙;pH試紙;玻璃棒;容量瓶;洗耳球;膠頭滴管。

1.3 試驗方法

一定量硼泥加入去離子水調(diào)漿,在適宜的酸浸溫度下與鹽酸反應(yīng)一定的時間,反應(yīng)后的硼泥過濾、洗滌、干燥、稱量,分析濾渣中氧化鎂含量,具體的操作流程見圖1。

圖1 精制氯化鎂的流程工藝圖

根據(jù)濾渣質(zhì)量及氧化鎂含量計算不同反應(yīng)條件下氧化鎂的溶出率w:

w=(m1w1-m2w2)/(m1w1)×100%

式中:m1、m2為原礦、酸浸渣質(zhì)量;w1、w2為原礦氧化鎂、酸浸渣氧化鎂質(zhì)量分數(shù)。根據(jù)硼泥與濃鹽酸反應(yīng)的基本原理和實驗過程,確定鹽酸用量、酸浸溫度、酸浸時間為影響氧化鎂溶出率的主要因素,為了考察各主要因素對氧化鎂溶出率的影響,分別就上述因素進行了單因素實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸用量對鎂浸取率的影響

圖2 浸取劑用量對鎂浸取率的影響

分別取10 g烘干后的硼泥放入圓底燒瓶中,加入去離子水進行調(diào)漿,酸浸溫度為80 ℃,酸浸時間為40 min,分別加入不同體積的1∶1鹽酸,以加酸體積與硼泥質(zhì)量比為X軸,x=3、4、5、6、7,氧化鎂的浸取率為Y軸作圖,考察鹽酸用量對氧化鎂溶出率的影響,結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出,隨著鹽酸用量的增加,氧化鎂的浸出率在不斷的增大,但當比值增加到5以后,再繼續(xù)增加鹽酸的用量對鎂的浸取率的影響變化并不大,基本保持不變,因此可以確定當鹽酸體積與硼泥的質(zhì)量比值等于5時,浸取效果為最佳。

2.2 酸浸溫度對鎂浸取率的影響

不同的反應(yīng)溫度可以影響浸取過程中浸取液對氧化鎂的浸取率,通過實驗,確定最適合反應(yīng)溫度。分別取10 g烘干后的硼泥放入圓底燒瓶中,加入去離子水進行調(diào)漿,分別放入溫度為50、60、70、80、90、100 ℃的水浴鍋中,加入50 mL鹽酸(1∶1),不斷攪拌下反應(yīng)30 min,過濾后收集濾液,測量其中鎂的含量,結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對鎂浸取率的影響

由圖可見,在其他反應(yīng)條件都相同的情況下,鎂的浸取率會隨著反應(yīng)溫度升高而增大,從50 ℃到80 ℃增加的趨勢非常明顯,而當溫度達到80 ℃之后,增大的速率就很小了,分析認為這主要是因為鹽酸在80 ℃以后活性比較大,能夠破壞MgSiO4的結(jié)構(gòu)使鎂溶解,但隨著鎂離子濃度的不斷增加和鹽酸濃度的不斷降低,使得反應(yīng)很難繼續(xù)向正反應(yīng)方向進行。綜合以上因素考慮,選擇最合適的反應(yīng)溫度應(yīng)為80 ℃。

2.3 酸浸時間對鎂浸取率的影響

不同的反應(yīng)時間可以影響浸取過程中浸取液對氧化鎂的浸取率,通過實驗,確定最佳反應(yīng)時間。分別取10 g烘干后的硼泥放入圓底燒瓶中進行調(diào)漿,在80 ℃的水浴條件下加入50 mL鹽酸(1∶1),分別反應(yīng)15、25、35、45、55 min,在反應(yīng)的過程中不斷的進行攪拌,過濾后收集濾液,測量其中鎂的含量,結(jié)果如圖4所示。

圖4 酸浸時間對鎂浸取率的影響

由圖4可見,在其他條件都相同的情況下,氧化鎂的浸取率的大小與時間存在著明顯的線性關(guān)系,反應(yīng)時間為15 min時浸取率為82.23%,時間為55 min則達到最大值,但是當反應(yīng)時間達到35 min后,浸取率的增長趨勢趨于平緩,在35 min和45 min時候的浸取率并無明顯變化,所以從降低能源的消耗以及減少反應(yīng)所用的時間等方面來綜合考慮,反應(yīng)時間選擇35 min為最佳。

2.4 浸取液的凈化

在硼泥中含有一定量的氧化鎂、二氧化硅和少量的氧化鐵、氧化鋁以及氧化鈣、氧化錳等的雜質(zhì),經(jīng)過鹽酸的浸取與過濾之后,在所得的浸取液中會含有一定的雜質(zhì)如鐵離子、鋁離子、錳離子等,這些離子將會對氯化鎂純度造成一定的影響,所以必須將這些雜質(zhì)除去。向所得到的浸取液中加入一定量的雙氧水,將雜質(zhì)氧化,再通過氨水來調(diào)節(jié)溶液的pH值,在pH=2.3～4.7的時候Fe3+和Al3+開始沉淀,進行過濾除去。再繼續(xù)向溶液中加入氨水,控制溶液的pH=7.8～9.8時Mn4+開始沉淀,將所得沉淀濾去,可以得到精制的氯化鎂溶液。

從表1可以看出,Fe2+開始沉淀時pH值較高,并且Mn(OH)2的溶度積KSP=4.5×10-13,Fe2+和Mn2+與Mg(OH)2開始沉淀的pH值接近,而Fe3+和Mn4+開始沉淀的pH值較低,所以先用雙氧水對其氧化,采取兩步法除去雜質(zhì),即先調(diào)節(jié)pH=2.3～4.7除去鐵鋁復(fù)合氫氧化物,再調(diào)節(jié)pH=7.8～9.8除去錳雜質(zhì)。

表1 幾種金屬氫氧化物的溶度積以及開始沉淀的pH值

3 結(jié) 論

本文以遼寧省丹東市某化工廠產(chǎn)生的硼泥作為研究的原料,采用鹽酸浸出硼泥中氧化鎂組分,最佳工藝條件為1∶1的鹽酸加入50 mL、酸浸時間為35 min、反應(yīng)的溫度80 ℃,這種生產(chǎn)工藝的效率最高,氧化鎂的溶出率達到了96.07%

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Preparation of refined magnesium oxide from boron sludge by via Hydrochloric acid leaching method

YANGMei,CHENQifan,WUXiaojie

(College of Chemistry and Engineering, Eastern Liaoning University, Dandong 118003, China)

In this paper, magnesium oxide was prepared from boron sludge by based on the experiment of hydrochloric acid leaching method. of boron sludge, Tthe experimental conditions test conditions of the leaching process were optimized studied, and a set of economic and reasonable leaching techniqual process experimental plan was finally developed determined. Magnesium oxide was extracted from boron sludge by via Hydrochloric acid leaching method. Firstly, spectroscopy for the chemical composition including various oxides in boron mud were qualitatively and quantitatively analyzed and chemical composition were analyzed by X-ray fluorescence, clear ingredients which various oxides. Then Secondly, which effect the leaching experimental conditions for rate of magnesium oxide,such as amount of hydrochloric acid(30、40、50、60、70 mL), leaching temperature(50、60、70、80、90、100 ℃), and leaching time (15、25、35、45、55 min) were optimized investigated. The results indicated that The optimum conditions for leaching magnesium oxide from boron sludge were as shown as follows: amount of HCl (1∶1) amount 50 mL, leaching time 35 min, leaching temperature 80 ℃. Under these conditions, the highest leaching efficiency was can be obtained with, and the leaching rate of was 96.07%.

Hydrochloric acid leaching method; boron sludge; magnesium chloride; waste recycling

2015-12-20。

遼寧省教育廳高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計劃項目(LJQ2013135)。

楊 梅(1978-),女,遼寧黑山人,遼東學(xué)院副教授,博士; 通信作者:陳啟凡(1964-),女,遼寧鐵嶺人,遼東學(xué)院教授,博士。

1673-5862(2016)02-0144-04

TQ 132.2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.004