氯化鎂噴霧熱解制備氧化鎂的研究*

都永生，孫慶國(guó)，火 焱，韓繼龍，李明珍

（中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖資源與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧810008）

氧化鎂的開(kāi)發(fā)應(yīng)用目前重點(diǎn)有兩個(gè)方面：一是為適應(yīng)耐火材料工業(yè)的發(fā)展而生產(chǎn)的耐火級(jí)氧化鎂和鎂水泥行業(yè)用氧化鎂，鎂水泥行業(yè)用氧化鎂是目前用量比較大的；二是以獨(dú)特的技術(shù)手段開(kāi)發(fā)高純度、高性能、多用途的氧化鎂［1-2］。從世界范圍來(lái)看，高純氧化鎂已成為鋼鐵等工業(yè)中的一種重要的耐火材料。中國(guó)菱鎂礦資源豐富，長(zhǎng)期以來(lái)主要是用菱鎂礦、白云石生產(chǎn)氧化鎂，并以低純度氧化鎂為主，主要用于鎂水泥等低端產(chǎn)品行業(yè)。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步氧化鎂質(zhì)量有所提高，但氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)在95%以上的仍不占主導(dǎo)地位，高純度的氧化鎂仍需要進(jìn)口［3-4］。由于受到原料菱鎂礦的限制，從礦石中大量生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%以上的高純氧化鎂難度還是比較大，而中國(guó)有豐富的海水、鹵水資源，可從鹵水中生產(chǎn)高純氧化鎂和超高純氧化鎂［5-8］。筆者以鹽湖氯化鎂為原料，經(jīng)過(guò)噴霧熱解得到氧化鎂，該方法工藝流程簡(jiǎn)單、便于操作，是一種很有應(yīng)用前景的氧化鎂生產(chǎn)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)的氧化鎂是通過(guò)氯化鎂溶液噴霧熱解制備的，熱解過(guò)程的工藝原理是：當(dāng)溫度大于600℃時(shí)，氯化鎂直接分解生成氧化鎂，其反應(yīng)式如下：

因此氯化鎂可以直接高溫?zé)峤庵迫⊙趸V［9-11］。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為鹽湖水氯鎂石，經(jīng)EDTA滴定法測(cè)鎂離子量，重量法測(cè)定鉀、硫酸根含量，微量元素采用ICP、分光光度法測(cè)定，化學(xué)分析結(jié)果如下：w（MgSO4）=0.06%，w（CaCl2）=0.03%，w（NaCl）=0.13%，w（KCl）=0.01%，w（B2O3）=0.39×10-3%，w （水不溶物） =0.27%，w（MgCl2）=44.9%。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)分為以下幾步：1）將水氯鎂石溶于水，配成接近飽和的氯化鎂溶液；2）加入氯化鋇充分?jǐn)嚢韬笞匀怀两?，除去水氯鎂石中的泥沙和SO42-；3）鹵水精制，其雜質(zhì)含量為：w（CaCl2）=0.03%，w（NaCl）=0.11%，w（KCl）=0.01%，w（B2O3）=0.22×10-3%；4）將精制鹵水噴入噴霧熱解裝置得到氧化鎂。

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

熱解實(shí)驗(yàn)在立式高溫?zé)峤庋b置中進(jìn)行，該裝置主要包括立式熱解爐、進(jìn)料泵、鼓風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器和3個(gè)液化石油氣罐。立式熱解爐的頂部設(shè)有進(jìn)料口，底部設(shè)有出料口，內(nèi)部設(shè)有與進(jìn)料口相連的噴霧裝置，上部設(shè)有出氣口，下部設(shè)有3個(gè)進(jìn)氣口。熱解爐進(jìn)料口與進(jìn)料泵相連；出料口連有熱解爐產(chǎn)品料斗；出氣口通過(guò)管道與旋風(fēng)除塵器相通，旋風(fēng)除塵器的下方接有除塵器料斗，尾氣經(jīng)過(guò)尾氣處理裝置后排空；3個(gè)進(jìn)氣口通過(guò)管道分別與3個(gè)液化石油氣罐和鼓風(fēng)機(jī)相連。該裝置工作時(shí)首先打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，保持整個(gè)裝置氣流通暢；然后打開(kāi)液化石油氣電磁閥，啟動(dòng)自動(dòng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃液化石油氣，熱解爐開(kāi)始加熱，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制風(fēng)量與液化石油氣流量使液化石油氣充分燃燒；通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定并控制熱解爐爐內(nèi)溫度，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)氯化鎂溶液槽總閥門(mén)，調(diào)整進(jìn)料泵閥門(mén)流量，打開(kāi)進(jìn)料泵閥門(mén)開(kāi)始進(jìn)料；氯化鎂溶液進(jìn)入噴霧裝置后霧化、熱解最終得到氧化鎂。熱解裝置如圖1所示。

圖1 氯化鎂熱解裝置圖

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)料量、熱解溫度對(duì)原料氯化鎂分解率的影響

熱解過(guò)程中進(jìn)料量太小，產(chǎn)率低；進(jìn)料量過(guò)大，氯化鎂分解不完全，產(chǎn)品分解率低且氯化鎂液體易粘結(jié)在熱解爐爐壁上，影響熱解爐正常使用?？疾爝M(jìn)料量對(duì)氯化鎂分解率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在相同的溫度下進(jìn)料量越大，氯化鎂的分解率越低；進(jìn)料量過(guò)小氯化鎂的分解率會(huì)很高，但同時(shí)氧化鎂的產(chǎn)量也會(huì)降低。最終選擇進(jìn)料量為12 L/h。

熱解過(guò)程中在相同的進(jìn)料量下，溫度過(guò)低不僅氯化鎂溶液分解不充分、分解率低，而且熱解爐內(nèi)會(huì)有部分未來(lái)得及分解的氯化鎂液體，未分解的氯化鎂液體會(huì)將已分解的氯化鎂粘結(jié)在爐壁上造成熱解爐堵塞；熱解溫度越高，分解率越高，但是高溫勢(shì)必要消耗更多的能量?？疾鞜峤鉁囟葘?duì)氯化鎂分解率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，600℃以上分解率變化已經(jīng)趨于平緩，同時(shí)溫度高對(duì)設(shè)備的要求也相對(duì)會(huì)更高，所以綜合考慮，選擇最佳熱解溫度為600℃。

圖2 進(jìn)料量與氯化鎂分解率的關(guān)系

圖3 熱解溫度與分解率的關(guān)系

2.2 XRD分析

對(duì)熱解得到的氧化鎂進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。氯化鎂噴霧熱解得到的產(chǎn)物氧化鎂與標(biāo)準(zhǔn)圖譜JCPDS 00-045-0946對(duì)照可知產(chǎn)物純度較高，雜質(zhì)含量較低。

圖4 氧化鎂XRD圖

3 結(jié)論

1）噴霧熱解制備氧化鎂最佳工藝條件是：氯化鎂的最佳熱解溫度為600℃，進(jìn)料量為12 L/h。最佳工藝條件下氯化鎂分解率在99%以上。2）氯化鎂噴霧熱解得到的產(chǎn)物氧化鎂純度較高，雜質(zhì)含量較低。3）對(duì)制備的氧化鎂進(jìn)行化學(xué)分析可知其組成為：w（MgO）=94.2%，w（MgCl2）=2.2%，w（NaCl）=2.1%，w（KCl）=0.8%。

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