利用電石渣和氯化鎂制氫氧化鎂工藝研究

，，洪玲，

(1.石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,新疆石河子 832003；2.新疆伊利職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

電石渣是電石法制乙炔過程產(chǎn)生的廢棄物，每消耗1 t電石，要產(chǎn)生1.2～1.5 t電石渣[1-2]，其主要成分是氫氧化鈣，含量高達(dá)85%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上。由于電石渣所含雜質(zhì)較多，而且復(fù)雜，故其利用率較低。據(jù)報(bào)道，大部分電石廠產(chǎn)生的電石渣基本都是露天堆放，不僅占用大量土地，還污染環(huán)境。目前利用電石渣制氫氧化鎂的研究還未見文獻(xiàn)報(bào)道。中國有豐富的鎂資源[3]，鹽湖、海水、地下鹵水等都含有儲(chǔ)量巨大的鎂鹽，目前鹽湖工業(yè)主要以生產(chǎn)鉀鹽為主，而副產(chǎn)物鎂鹽則任意堆放或是用來生產(chǎn)廉價(jià)的六水氯化鎂和七水硫酸鎂，或以礦石的形式直接出口，造成了鎂資源的浪費(fèi)。目前，國內(nèi)外對環(huán)境友好的綠色阻燃劑氫氧化鎂[4]的需求越來越大，故開展利用電石渣和鹽湖氯化鎂制氫氧化鎂不但可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，還可以解決電石渣和鹽湖鎂鹽大量堆放產(chǎn)生的環(huán)境問題，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，可以促進(jìn)電石產(chǎn)業(yè)和鉀鹽工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

電石渣主要成分為Ca(OH)2。將電石渣和氯化銨反應(yīng)，生成的氨氣通入氯化鎂溶液制備氫氧化鎂，主要反應(yīng)式如下：

1.2 實(shí)驗(yàn)原料及預(yù)處理

電石渣為新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)乙炔氣體剩下的廢棄物。將電石渣在105 ℃預(yù)處理，使其中的硫化氫、磷化氫和乙炔殘氣等雜質(zhì)與電石渣分離，以免影響氨氣的純度以及氫氧化鎂的生成率。

氯化鎂是青海格爾木鹽田生產(chǎn)鉀鹽產(chǎn)生的副產(chǎn)物。取一定量鹽湖氯化鎂加入少量蒸餾水溶解，減壓抽濾，濾液重結(jié)晶2～3次。將氯化鎂晶體配制成一定濃度的溶液備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將過量的電石渣與氯化銨在85～95 ℃下反應(yīng)，生成的氨氣通入氯化鎂溶液中，不斷攪拌，生成白色氫氧化鎂沉淀。將物料離心分離，然后用蒸餾水洗滌至濾液中無Cl-為止(滴加AgNO3溶液無明顯沉淀)，在90 ℃干燥即得粉末狀氫氧化鎂。

1.4 產(chǎn)品檢測

根據(jù)HG/T 3607—2007《工業(yè)氫氧化鎂》,采用EDTA絡(luò)合滴定法測定氫氧化鎂純度。采用X射線衍射儀(D8-ADVANCE型)和掃描電鏡(JSM-6490LV型)對氫氧化鎂產(chǎn)品進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

以電石渣和鹽湖氯化鎂為原料，以氫氧化鎂的生成率為考查指標(biāo)，通過單因素實(shí)驗(yàn)(固定條件：陳化時(shí)間為2.5 h)，確定制備氫氧化鎂的較佳條件：氯化銨與氯化鎂物質(zhì)的量比為4.5，氯化鎂濃度為1.5 mol/L，反應(yīng)時(shí)間為60 min，反應(yīng)溫度為25 ℃。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。正交實(shí)驗(yàn)因素及水平見表1，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。根據(jù)表2結(jié)果，并結(jié)合投入與產(chǎn)出的關(guān)系，得出優(yōu)化工藝條件：氯化銨與氯化鎂物質(zhì)的量比為5.0，氯化鎂濃度為2.0 mol/L，反應(yīng)時(shí)間為60 min，反應(yīng)溫度為25 ℃。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素及水平

2.3 陳化時(shí)間對氫氧化鎂生成率的影響

在上述優(yōu)化條件下考察不同的陳化時(shí)間對氫氧化鎂生成率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1看出，陳化時(shí)間的延長有利于氫氧化鎂生成率的提高。陳化時(shí)間為2 h時(shí)，氫氧化鎂的生成率最大，之后變化很小。故選擇陳化時(shí)間為2 h。

表2 正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

圖1 陳化時(shí)間對氫氧化鎂生成率的影響

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

利用電石渣和氯化鎂為原料，在優(yōu)化條件下制備氫氧化鎂，考察氫氧化鎂的生成率，并根據(jù)HG/T 3607—2007《工業(yè)氫氧化鎂》對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測，共進(jìn)行了4組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3看出，氫氧化鎂產(chǎn)品純度在98%以上，其他指標(biāo)均符合現(xiàn)行工業(yè)氫氧化鎂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)及氫氧化鎂樣品純度檢測結(jié)果

2.5 XRD和SEM表征

圖2是氫氧化鎂XRD譜圖。由圖2看出：衍射峰值與文獻(xiàn)值(JCPDS7-239)一致，可知產(chǎn)品為氫氧化鎂；圖中無其他雜質(zhì)峰說明氫氧化鎂純度較高。圖3為氫氧化鎂SEM照片。由圖3看出，氫氧化鎂為片狀，粒徑分布較均勻，平均粒徑在800 nm左右。

圖2 氫氧化鎂樣品XRD譜圖 圖3 氫氧化鎂樣品SEM照片

3 結(jié)論

利用電石渣和氯化鎂制取氫氧化鎂是可行的。利用氯化銨與電石渣反應(yīng)，最后又有氯化銨生成，氯化銨可循環(huán)利用，可以解決氨法制氫氧化鎂的氨氣污染環(huán)境的問題。最佳工藝條件：氯化銨與氯化鎂物質(zhì)的量比為5.0，氯化鎂濃度為2.0 mol/L，反應(yīng)時(shí)間為60 min，反應(yīng)溫度為25 ℃，陳化時(shí)間為2 h。在此條件下制取氫氧化鎂的生成率可達(dá)到89.30%，氫氧化鎂產(chǎn)品粒徑在800 nm左右，純度在98%以上。

[1] 閆琨,周康根.電石渣綜合利用研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2008,27(增刊):103-106.

[2] 呂鋼,李珺瑋,邱楊率,等.電石渣制備石膏晶須關(guān)鍵因素研究[J].非金屬礦,2008,31(6):19-21.

[3] 郭光遠(yuǎn).利用鹽湖水氯鎂石制備高純氫氧化鎂[J].化工礦物與加工,2007,36(9):3-5.

[4] 郭會(huì)仙,曾波,王國棟.氫氧化鎂生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場分析[J].無機(jī)鹽工業(yè),2010,42(3):7-10.