离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法技术

一种离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法，属于矿物加工领域。制备氢氧化镁方法为：将菱镁矿粉磨至粒度≤74μm，加入氧化钙和水，得到初始浆料；加入氯化镁和季铵盐，在80～100℃反应1.0～2.0h，得到Mg(OH)2悬浮液，过滤得到氢氧化镁；对Mg(OH)2悬浮液通入CO2气体，得到前驱溶液Mg(HCO3)2；根据制备的碳酸镁系化合物，提供不同的Mg(HCO3)2热解条件，得到不同碳酸镁系化合物。该方法通过离子催化相转化法将不易碳酸化的固相菱镁矿直接转化易碳酸化的氢氧化镁，并常压下用水溶液法制备碳酸镁系化合物。本方法无需经过煅烧、水化环节，具有原料廉价易得、工艺流程短的优势。

Preparation of Magnesium Hydroxide and Magnesium Carbonate Compounds from Magnesite Catalyzed by Ions

A method for preparing magnesium hydroxide and magnesium carbonate series compounds from magnesite by ion catalysis belongs to the field of mineral processing. Magnesium hydroxide is prepared by grinding magnesite to a particle size less than 74 micron, adding calcium oxide and water to obtain the initial slurry; adding magnesium chloride and quaternary ammonium salt to react at 80-100 ~C for 1.0-2.0 h to obtain Mg (OH) 2 suspension and filtering to obtain Mg (OH) 2 suspension; injecting CO2 gas into Mg (OH) 2 suspension to obtain the precursor solution Mg (HCO 3) 2; providing different magnesium carbonate compounds according to the preparation. Magnesium carbonate compounds were synthesized by pyrolysis of Mg (HCO 3)2. In this method, solid magnesite which is not easy to carbonate is directly converted into magnesium hydroxide which is easy to carbonate by ion catalytic phase conversion method, and magnesium carbonate series compounds are prepared by aqueous solution method at atmospheric pressure. This method does not need to go through calcination and hydration links, and has the advantages of cheap raw materials and short process flow.

【技术实现步骤摘要】
离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法
本专利技术属于矿物加工领域，具体涉及离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法。
技术介绍
菱镁矿(MgCO3)是保障国家经济社会发展的重要矿产资源，是镁工业的主要原材料。据美国地调局公布数据，2014年全球菱镁矿储量240亿t，中国储量50亿t，占比达20.83％，位居世界第二位，主要分布在辽宁和山东，其中辽宁查明资源储量35.16亿吨，约占全国菱镁矿总储量的70％。基于我国菱镁矿资源丰富且品质优良这一资源优势，利用菱镁矿作为镁源制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法，具有原料廉价易得、来源广泛的优点。但由于菱镁矿属天然矿物，具有难溶性，直接作为反应原料制备氢氧化镁和三水碳酸镁等碳酸镁系化合物存在极大的困难，通常需要先煅烧菱镁矿获得轻烧氧化镁再进行后续反应。专利CN201010034209.1将粉碎的菱镁矿焙烧制得焙烧菱镁矿粉体，将焙烧菱镁矿粉体、碱、分散剂和水按质量比混合制得料浆，料浆经机械化学处理，制成待晶化浆料，将待晶化浆料置于反应釜中，在60～250℃自压水热晶化，过滤、洗涤、干燥获得亚微米片状氢氧化镁粉末。专利CN201110336270.6将天然菱镁矿煅烧得到轻烧氧化镁，将轻烧氧化镁按一定的比例加入镁盐水溶液中，制得悬浮液，在搅拌条件下，将悬浮液于恒温水浴中反应一定时间后，加入氢氧化镁晶种，并在恒温水浴中静置，最后经过滤、洗涤、干燥得到形貌规则的六方片状氢氧化镁。专利CN201510342011.2将菱镁矿煅烧得到轻烧氧化镁，将轻烧氧化镁、水、镁盐分散剂混合得悬浮液，搅拌反应后加入晶种，静置，待温度降至常温后陈化，最后经过滤、洗涤、干燥得到针状氢氧化镁。专利201510595799.8将天然菱镁矿煅烧制备轻烧氧化镁，将改性剂加入乙醇中超声分散配成改性剂溶液，再将轻烧氧化镁、镁盐、水、分散剂按质量比与改性剂溶液混合均匀，得到悬浮液，于50～100℃恒温水浴下搅拌反应2～6h后，再添加晶种及活性剂，最后经陈化处理得到纤维状氢氧化镁。专利CN201610393799.4和CN201610261182.7均先煅烧菱镁矿获得轻烧氧化镁，再将其制成浆料并通过加入添加剂进行水化晶化反应，固液分离、洗涤、干燥后制得氢氧化镁。综上，利用菱镁矿制备氢氧化镁全部需要先对其进行焙烧，存在反应时间长、能耗高、工序复杂等不足。三水碳酸镁、碱式碳酸镁等碳酸镁系化合物目前主要以可溶性镁盐和碳酸盐等化学试剂为原料采用共沉淀法合成，存在合成成本高、副产物易引发环境污染等问题。采用菱镁矿作为原料时，通常需要先用盐酸、硫酸等酸液将菱镁矿溶解转变为可溶性镁盐再结晶，浪费资源且污染环境；或者通常采用菱镁矿煅烧-轻烧氧化镁水化获得氢氧化镁悬浊后再进行碳化热解，工序复杂、能耗高、经济性不强。本专利技术采用菱镁矿为原料，提出一种离子催化菱镁矿相转化法制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物。该方法可以将菱镁矿中固相碳酸镁直接转化为氢氧化镁，而不必经过传统的溶解、酸浸或高温煅烧、长时间消化等复杂处理。本技术有望突破利用菱镁矿制备碳酸镁等镁盐化工产品时固相碳酸镁不能直接转化为氢氧化镁的技术瓶颈，可以低成本大规模工业化推广，为精细镁盐化工产品的绿色环保、低成本开发提供理论和技术基础。本技术将显著提高菱镁矿的附加值，必将获得巨大的经济效益和社会效益，对于加快我国菱镁矿高质高效节能利用进程具有重要意义；同时也为其他含镁矿物直接制备含镁微纳材料提供一种新思路，为催化相转化方法提供了更广阔的工业应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法，该方法是一种离子催化菱镁矿相转化法制备Mg(OH)2，并由此制备大长径比三水碳酸镁晶须或多形貌与多维度碱式碳酸镁晶体等碳酸镁系化合物的方法。该方法以菱镁矿为原料，以氧化钙、氯化镁和季铵盐作为催化剂，通过离子催化相转化法将不易碳酸化的固相菱镁矿直接转化易碳酸化的氢氧化镁，并在此基础上，常压下采用水溶液法制备三水碳酸镁晶体或碱式碳酸镁晶体等碳酸镁系化合物。经过多次试验得到本方法，本方法不需经过煅烧、水化等环节，具有原料廉价易得、工艺流程短的优势。为实现上述目的而采用的技术方案是：本专利技术的一种离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法，包括以下步骤：步骤1：菱镁矿粉磨将菱镁矿原矿进行粉碎，得到粒度≤74μm的菱镁矿粉；步骤2：离子催化菱镁矿相转化制备Mg(OH)2悬浊液向粒度≤74μm的菱镁矿粉中，加入氧化钙和水，充分搅拌，得到初始浆料；其中，按质量比，菱镁矿粉：氧化钙：水＝1：(0.3～0.5)：(10～45)；将初始浆料进行搅拌加热至80～100℃，向初始浆料中加入氯化镁和季铵盐，反应1.0～2.0h，冷却至室温，得到Mg(OH)2悬浮液；其中，氯化镁的加入质量为菱镁矿粉质量的10％～25％，季铵盐的加入质量为菱镁矿粉质量的2％～10％；步骤3：过滤将Mg(OH)2悬浮液过滤，得到块状Mg(OH)2晶体。所述的离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法中，所述的Mg(OH)2晶体中，MgO质量百分比含量为60-70％。所述的步骤2中，所述的季铵盐优选为四丁基硫酸氢铵和/或苄基三乙基氯化铵。本专利技术的离子催化菱镁矿制备碳酸镁系化合物的方法，经过上述步骤1菱镁矿粉磨、步骤2离子催化菱镁矿相转化制备Mg(OH)2悬浊液后，再进行如下步骤：步骤I：制备前驱溶液Mg(HCO3)2在0～10℃，向Mg(OH)2悬浮液中，通入CO2气体，同时进行搅拌，当溶液pH值为7.0～7.5时，停止通气和搅拌，进行过滤，得到透明澄清前驱溶液Mg(HCO3)2；步骤II：前驱溶液Mg(HCO3)2热解(1)当制备的碳酸镁系化合物为三水碳酸镁晶体时，其步骤为：将前驱溶液Mg(HCO3)2置于结晶器中，以100～500r/min的搅拌速率进行搅拌，并将结晶器温度升温至30～50℃，恒温保温30～120min，然后停止加热和搅拌，过滤、洗涤、干燥，即得到三水碳酸镁晶体。(2)当制备的碳酸镁系化合物为碱式碳酸镁晶体时，其步骤为：向前驱溶液Mg(HCO3)2中加入NaOH溶液，将溶液pH值调节至7.5～12.0，得到混合后的溶液；将上述混合后的溶液置于结晶器中，以100～500r/min的搅拌速率进行搅拌；将结晶器温度升温至70～100℃，恒温保温30～90min，然后停止加热和搅拌，过滤、洗涤、干燥，即得到碱式碳酸镁晶体。所述的步骤I中，所述的CO2气体的通气速率为0.10～0.16m3/h。所述的步骤I中，所述的搅拌，搅拌速率为400r/min～500r/min。所述的步骤II(1)中，所述的升温，升温速率为1℃/min～5℃/min。所述的步骤II(2)中，所述的升温，升温速率为1℃/min～5℃/min。本专利技术制备的三水碳酸镁晶体，其分子式为MgCO3·3H2O，其形貌为表面光滑的棒状晶须，长径比≤180。本专利技术制备的碱式碳酸镁晶体，其分子式为4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O，其形貌为多孔球状或纳米片层状晶体。对上述技术方案的进一步说明：在实施本项专利技术离子催化菱镁矿制备氢氧化镁和碳酸镁系化合物的方法的过程中，影响产物质量的主要参数包括催化剂种类和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：菱镁矿粉磨将菱镁矿原矿进行粉碎，得到粒度≤74μm的菱镁矿粉；步骤2：离子催化菱镁矿相转化制备Mg(OH)2悬浊液向粒度≤74μm的菱镁矿粉中，加入氧化钙和水，充分搅拌，得到初始浆料；其中，按质量比，菱镁矿粉：氧化钙：水＝1：(0.3～0.5)：(10～45)；将初始浆料进行搅拌加热至80～100℃，向初始浆料中加入氯化镁和季铵盐，反应1.0～2.0h，冷却至室温，得到Mg(OH)2悬浮液；其中，氯化镁的加入质量为菱镁矿粉质量的10％～25％，季铵盐的加入质量为菱镁矿粉质量的2％～10％；步骤3：过滤将Mg(OH)2悬浮液过滤，得到块状Mg(OH)2晶体。

【技术特征摘要】
1.一种离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：菱镁矿粉磨将菱镁矿原矿进行粉碎，得到粒度≤74μm的菱镁矿粉；步骤2：离子催化菱镁矿相转化制备Mg(OH)2悬浊液向粒度≤74μm的菱镁矿粉中，加入氧化钙和水，充分搅拌，得到初始浆料；其中，按质量比，菱镁矿粉：氧化钙：水＝1：(0.3～0.5)：(10～45)；将初始浆料进行搅拌加热至80～100℃，向初始浆料中加入氯化镁和季铵盐，反应1.0～2.0h，冷却至室温，得到Mg(OH)2悬浮液；其中，氯化镁的加入质量为菱镁矿粉质量的10％～25％，季铵盐的加入质量为菱镁矿粉质量的2％～10％；步骤3：过滤将Mg(OH)2悬浮液过滤，得到块状Mg(OH)2晶体。2.如权利要求1所述的离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法，其特征在于，制备的Mg(OH)2晶体中，MgO质量百分比含量为60-70％。3.如权利要求1所述的离子催化菱镁矿制备氢氧化镁的方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的季铵盐为四丁基硫酸氢铵和/或苄基三乙基氯化铵。4.一种离子催化菱镁矿制备碳酸镁系化合物的方法，其特征在于，离子催化菱镁矿制备碳酸镁系化合物的方法，经过权利要求1所述的步骤1菱镁矿粉磨、步骤2离子催化菱镁矿相转化制备Mg(OH)2悬浊液后，再进行如下步骤：步骤I：制备前驱溶液Mg(HCO3)2在0～10℃，向Mg(OH)2悬浮液中，通入CO2气体，同时进行搅拌，当溶液pH值为7.0～7.5时，停止通气和搅拌，进行过滤，得到透明澄清前驱溶液Mg(HCO3)2；步骤II：前驱溶液Mg(HCO3)2热解(1)当制备的碳酸镁系化合物为三水碳酸镁晶体时，其步骤为：将前驱溶液Mg(HCO3)2置于结晶器中，以1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王余莲，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21