氫氧化鈉溶液中氫氧化鎂的水熱改性

彭程

（青海鹽湖海納化工有限公司，青海 西寧 810000）

1 礦化劑對氫氧化鎂顆粒形貌及晶體結(jié)構(gòu)的影響

1.1 原料

氫氧化鎂，其形貌大部分呈不規(guī)則片狀，少數(shù)微粒，片狀物之間呈花瓣狀團(tuán)聚態(tài)。

氫氧化鈉溶液，CTBA（分析純）。

1.2 實驗裝置及實驗方案

實驗中使用襯有聚四氟乙烯的高壓釜。該水熱鍋爐具有內(nèi)置的磁轉(zhuǎn)子，該磁轉(zhuǎn)子可以通過磁力攪拌器快速旋轉(zhuǎn)，同時還具有自動溫度控制器控制水熱反應(yīng)溫度。加熱裝置為旋轉(zhuǎn)式加熱爐。

其他實驗設(shè)備還包括分析天平、滴定管、量筒、移液管、馬弗爐、真空泵、砂芯漏斗、抽濾瓶、比表面積測定儀、掃描電子顯微鏡、X射線衍射測定儀和熱重分析儀。

制備兩份40 g/l 氫氧化鎂漿液，分別將50 ml 加到100 ml高壓釜中，添加CTBA，使CTBA 和氫氧化鎂摩爾比為40 和5 mol/l 氫氧化鈉溶液，攪拌均勻并密封將其置于水壺烤箱中，并在160°C 下放置6 小時，然后自然冷卻至室溫，過濾，洗滌并在110°C下干燥7小時。

1.3 實驗結(jié)果分析

1.3.1 SEM結(jié)果分析

在水熱條件下，通過添加兩種不同礦化劑來對比的氫氧化鎂樣品。氫氧化鎂原料的粒徑小，形態(tài)不規(guī)則，粒子間的凝聚，分散性差。加入礦化劑進(jìn)行水熱處理后，氫氧化鎂樣品得到改善。當(dāng)添加單一礦化劑CTBA時，所得樣品具有良好的分散性，規(guī)則的顆粒形態(tài)和片狀結(jié)構(gòu)，但粒徑不均且顆粒較小。這是因為CTBA 可以與氫氧化物結(jié)合以促進(jìn)氫氧化鎂的溶解，從而有助于改善顆粒的重結(jié)晶。對于添加了氫氧化鈉的，其晶粒尺寸明顯大于未添加的晶粒，并且晶體具有六角形的板狀結(jié)構(gòu)，具有更好的分散性。這表明在氫氧化鎂的水熱處理期間添加強(qiáng)堿性礦化劑可以幫助增加六角形血小板晶體的厚度并改善產(chǎn)物的分散性。這是因為晶體的生長不僅與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還受外部生長環(huán)境的影響。氫氧化鎂是典型的層狀結(jié)構(gòu)，是六方晶系，其表面是垂直平面，并且表面是上部水平面。在弱堿性環(huán)境中，氫氧化鎂的晶體生長主要受內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，即，鎂離子的正極性在晶體生長中起重要作用，抑制其沿垂直面的生長并導(dǎo)致晶體沿側(cè)面的生長，從而導(dǎo)致晶體使粒徑小且極性強(qiáng)。在強(qiáng)堿性環(huán)境中，晶體生長主要受外界環(huán)境影響。當(dāng)添加高濃度的氫氧化鈉時，溶液中的大量氫氧化物容易吸附在鎂離子的正表面上，從而晶體沿垂直面的生長速度快于沿側(cè)面的生長速度，因此在垂直面上獲得較厚的片狀氫氧化鎂晶體。

1.3.2 比表面積分析

氫氧化鎂原料的比表面積為38.58m2/g，加入兩種單一的礦化劑CTBA 和NaOH 后的氫氧化鎂樣品的比表面積都變小了，其中加入氫氧化鈉的樣品變化較顯著，這與上述SEM圖分析結(jié)果一致。

2 氫氧化鈉濃度對氫氧化鎂顆粒形貌及晶體結(jié)構(gòu)的影響

2.1 實驗內(nèi)容

將氫氧化鎂干粉，使氫氧化鎂濃度為66.7g/L，和一定量的固體氫氧化鈉，及15mL 的正丁醇置于高壓釜中，將填充度調(diào)節(jié)至四分之一，開始旋轉(zhuǎn)，并且在旋轉(zhuǎn)加熱爐中在160℃下保持6小時之后，停止旋轉(zhuǎn)，并且在自然冷卻至室溫之后，將其過濾并洗滌。并在110℃下干燥15小時。

2.2 實驗結(jié)果分析

2.2.1 SEM結(jié)果分析

未添加礦化劑的樣品，作為對照圖，其與原料相比，粒徑幾乎沒有變化，分散性仍然不是很好，有少量的團(tuán)聚出現(xiàn)，這可能是因為不添加礦化劑，氫氧化鎂更難溶解和重結(jié)晶。通過添加3.5mol/L 的氫氧化鈉礦化劑獲得的樣品，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，其粒徑明顯增加并且分散性良好。它是正常的六角形葉子，但葉子很薄，出現(xiàn)了幾個六角形。這可能是由于加入氫氧化鈉后氫氧化鎂迅速溶解而引起的，氫氧化鈉可能是氫氧化鎂的生長元素，同時正丁醇與氫氧化鎂之間會發(fā)生鍵或強(qiáng)相互作用。丁基鏈附著在氫氧化鎂的表面上，從而使粒子表面具有親脂性，即烷基鏈在兩個相鄰層上的相互作用，從而形成片狀疊層。加入6.67mol/L 氫氧化鈉的樣品，該樣品的分散性較好，顆粒的厚度變小并且沒有片劑的層壓。六角形片劑的規(guī)則排列是蜂窩狀。加入8mol/L氫氧化鈉的樣品，可以看出片狀顆粒為大片狀，但排列不規(guī)則，結(jié)塊現(xiàn)象更為嚴(yán)重。即表明隨著氫氧化鈉濃度在正常范圍內(nèi)的增加，以正丁醇為實驗溶劑進(jìn)行的氫氧化鎂的熱處理，其顆粒的分散，晶粒尺寸等的變化而顯著變化。

2.2.2 XRD 分析

由正丁醇作為溶劑在各種氫氧化鈉濃度下對氫氧化鈉進(jìn)行熱處理所獲得的曲線圖如下圖1所示。從圖中可以看出，在熱處理前后，氫氧化鎂的特征衍射峰位置沒有變化，并且鎂的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜是一致的。但是，特征峰的相對強(qiáng)度發(fā)生了顯著變化。隨著氫氧化鈉濃度的增加，強(qiáng)度比逐漸增大和減小，直到樣品d為止，但仍然更大。由于原料的相對強(qiáng)度，這表明晶體生長方向的變化。在圖中，a 是沒有氫氧化鈉的樣品?？梢钥闯?，特征峰強(qiáng)度比略大于原料，但仍小于1。這表明在熱處理之后，垂直平面的強(qiáng)度略大于水平平面的強(qiáng)度。晶體在極性較大的平面上比在極性較小的平面上更快地生長，因此顆粒仍處于團(tuán)聚狀態(tài)，但是團(tuán)聚程度低于原料。b樣品的強(qiáng)度比表明兩側(cè)的生長速率幾乎相同，并且此時晶體幾乎沒有團(tuán)聚。C樣品的強(qiáng)度比顯著增加，表明晶體的生長方向已完全改變，晶體傾向于向較弱的一側(cè)和較弱的一側(cè)生長側(cè)面暴露得越極性，表面逐漸變得極性越大，這使得氫氧化鎂的表面極性較小，并且顆粒的分散性良好。d樣本的強(qiáng)度比顯著大于原材料的強(qiáng)度比，而c 樣本的強(qiáng)度比稍小。d 樣品表面的垂直生長速率比表面的水平生長速率慢。

其中，氫氧化鈉濃度(mol/L)分別為：a-0；b-3.5；c-6.67；d-8

3 結(jié)語

在高溫的氫氧化鈉溶液中，團(tuán)聚狀態(tài)的氫氧化鎂具有明顯的水熱改性。氫氧化鈉在正常范圍內(nèi)逐漸增加，有利于抑制氫氧化鎂的極性表面（101）的形成并保持規(guī)則的形態(tài)和粒徑。初始?xì)溲趸c濃度越高，氫氧化鎂的水熱改性效果越明顯。六角片狀產(chǎn)品，分布均勻，比表面積小，分散性好。實驗結(jié)果表明，溶液中OH-的濃度明顯高于含鎂成分[Mg（OH）2（aq），MgOH+，Mg2+]的濃度。