生產(chǎn)條件對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率影響的試驗(yàn)研究

王衛(wèi)兵

(運(yùn)城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系， 山西 運(yùn)城 044000)

堿式碳酸鎂是一種用途較為廣泛的化工原料，主要應(yīng)用于玻璃行業(yè)、橡膠行業(yè)、陶瓷工業(yè)、顏料與涂料工業(yè)和日用化學(xué)品行業(yè)[1-6]。目前，國際與國內(nèi)化工產(chǎn)品市場(chǎng)上堿式碳酸鎂供不應(yīng)求，國內(nèi)每年該產(chǎn)品的缺口較大，往往需要從國外進(jìn)口大量的優(yōu)質(zhì)堿式碳酸鎂，因而研究如何提高國內(nèi)堿式碳酸鎂產(chǎn)品的品質(zhì)意義重大。

1 試驗(yàn)部分

1.1 制備原理

以氯化鎂和碳酸氫鈉為原料制備堿式碳酸鎂反應(yīng)方程如下：

5MgCl2+10NaHCO3=4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+10NaCl+6CO2

1.2 原料與試驗(yàn)儀器

原料：氯化鎂，分析純；碳酸氫鈉，分析純，南寧宏明化學(xué)試劑有限公司。

試驗(yàn)儀器：低溫恒溫水槽，天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方案

用正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇氯化鎂濃度、小蘇打溶液濃度、物質(zhì)的量配比、反應(yīng)溫度作為試驗(yàn)的四種因素。

氯化鎂濃度(mol/L)：1.0，1.1，1.2；碳酸氫鈉濃度(mol/L)：0.9，1.0，1.2；溫度：50，60，70℃；小蘇打與氯化鎂的物質(zhì)的量比：2.0，2.2，2.4。

通過數(shù)據(jù)分析，初步得出堿式碳酸鎂較好生產(chǎn)工藝條件，即:氯化鎂濃度為1.1 mol/L，碳酸氫鈉濃度為1.2 mol/L，反應(yīng)溫度為60℃，碳酸氫鈉與氯化鎂的配比為2.2∶1。通過數(shù)據(jù)可以看到R3>R1>R2>R4，說明溫度對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率影響較為明顯，其次為氯化鎂濃度，再次為碳酸氫鈉濃度，碳酸氫鈉與氯化鈉配比對(duì)產(chǎn)率影響最小。

表1 堿式碳酸鎂生產(chǎn)試驗(yàn)方案Table 1 Experiment scheme of basic magnesium carbonate

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如下:

M1M11=264.3%M11=264.16%M12=247.56%M13=262.94% M2M21=277.02%M22=260.38%M23=284.01%M24=270.72% M3M31=253.93%M32=273.46%M33=263.68%M34=261.59%

m1m11=0.8810 m12=0.8714m13=0.8252m14=0.8765 m2m21=0.9234m22=0.8679m23=0.9467m24=0.9024 m3m31=0.8464m32=0.9115m33=0.8789m34=0.8720

M極差RiR1=0.2309R2=0.1308R3=0.3645R4=0.0913

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率的影響

改變反應(yīng)溫度，固定其它條件不變(氯化鎂濃度為1.1 mol/L、碳酸氫鈉濃度1.2 mol/L、配比為2.2∶1)，測(cè)定堿式碳酸鎂的產(chǎn)率，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，可以看出:隨著溫度升高，堿式碳酸鎂的產(chǎn)率變化呈拋物線，在溫度68℃時(shí)產(chǎn)品產(chǎn)率為95.1%。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度越高，反應(yīng)速率加快，形成堿式碳酸鎂生成速度逐漸加快，但溫度過高，原料又會(huì)生產(chǎn)過多的副產(chǎn)物，同時(shí)形成碳酸鎂的晶粒在逐漸變小，對(duì)瓶壁的粘附也在逐漸變強(qiáng)。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率的影響 Fig.1 Impact of temperature on product productivity

2.2 氯化鎂濃度對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率的影響

圖2 氯化鎂濃度對(duì)堿式碳酸鎂產(chǎn)率的影響 Fig.2 Impact of concentration of magnesium chloride on product productivity

將反應(yīng)溫度控制在最佳溫度68℃，改變氯化鎂濃度，保持剩余條件不變(碳酸氫鈉濃度為1.2 mol/L，碳酸氫鈉與氯化鎂的物質(zhì)的量之比為2.2∶1)，計(jì)算出產(chǎn)品產(chǎn)率，結(jié)果如圖2。

由圖2可知，氯化鎂的濃度達(dá)到1.19 mol/L時(shí)，堿式碳酸鎂的產(chǎn)率最大，可達(dá)到96%以上，濃度為0.9、1.0 mol/L時(shí)，生成堿式碳酸鎂的速率明顯比較慢，但對(duì)瓶壁的粘附性小，濃度越大對(duì)瓶壁的粘附性也在增大。

2.3 NaHCO3濃度對(duì)產(chǎn)率的影響

保持反應(yīng)溫度為68℃，以及氯化鎂濃度1.19 mol/L，改變碳酸氫鈉濃度，碳酸氫鈉與氯化鎂的物質(zhì)的量之比仍然為2.2∶1，測(cè)定堿式碳酸鎂產(chǎn)率，結(jié)果見圖3。

從圖3可知，隨著碳酸氫鈉溶液濃度的升高，堿式碳酸鎂的產(chǎn)率變化呈拋物線形，當(dāng)碳酸氫鈉濃度為1.28 mol/L時(shí)，產(chǎn)品的產(chǎn)率可達(dá)96.5%以上.當(dāng)溶液中碳酸氫鈉濃度較低時(shí)，OH-濃度過低，導(dǎo)致氯化鎂轉(zhuǎn)化率較低，造成產(chǎn)品產(chǎn)率下降；隨著小蘇打濃度的增加，出現(xiàn)了其他副產(chǎn)物，造成產(chǎn)品產(chǎn)率降低，因此選擇碳酸氫鈉的濃度1.28 mol/L。

圖3 碳酸氫鈉濃度對(duì)產(chǎn)率的影響 Fig.3 Impact of sodium bicarbonate concentration on basic magnesium carbonate productivity

2.4 配比對(duì)產(chǎn)率的影響

固定氯化鎂的濃度為1.19 mol/L，碳酸氫鈉的濃度為1.28 mol/L，反應(yīng)溫度為68℃，改變碳酸氫鈉與氯化鎂的配比，所得堿式碳酸鎂產(chǎn)率結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨碳酸氫鈉與氯化鎂配比逐漸增大，堿式碳酸鎂的產(chǎn)率先增大后減少。當(dāng)配比增大時(shí)，堿過量，鎂的利用率提高，產(chǎn)品的產(chǎn)率增大，因此，碳酸氫鈉與氯化鎂的物質(zhì)的量之比為2.4∶1時(shí)為最佳配比，產(chǎn)率可達(dá)96.63%。

圖4 小蘇打與氯化鎂的物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)率的影響 Fig.4 Impact of mole ratio on productivity

3 結(jié)論

通過分析與討論，堿式碳酸鎂產(chǎn)品合成的工藝條件：氯化鎂濃度1.19 mol/L，小蘇打濃度1.28 mol/L，反應(yīng)溫度為68℃，小蘇打與氯化鎂的物質(zhì)的量比為2.4∶1，產(chǎn)品產(chǎn)率為96.63%。