利用硼泥制备氢氧化镁

    硼泥是硼酸、硼砂生产过程中形成的固体废弃物。硼泥中含有氧化镁、氧化钙、氧化钠等碱性物质，对环境造成了极大污染。截止到2006年仅辽宁省内的硼泥就已达1700万t，并正以每年130万t的速度增加。     目前，国内外对硼泥综合利用的研究有诸多方面，已取得了许多科研成果，但硼泥污染的现象仍然存在，这主要是由于各类硼泥综合利用技术落后，工业化程度较低。硼泥中含有镁等有价元素，极具开发利用价值。因此，开发利用这种二次资源，生产氢氧化镁，对提高经济效益、减少环境污染、促进资源再生都有重要意义。氢氧化镁作为典型的无卤阻燃剂，具有阻燃、消烟、阻滴、高热稳定性、高效的促基材成碳作用和强除酸能力等特性。     目前，生产氢氧化镁的主要方法有：合成法、白云石的选择煅烧法和电解卤水法。合成法需以含有氯化镁的卤水为原料，白云石的选择煅烧法和电解卤水法的能耗皆较高。本文采用高温下煅烧工业浓硫酸与硼泥混合物的方法回收氢氧化镁，此方法能耗低且易于实现工业化，不仅可以解决硼泥对环境的污染问题，也为氢氧化镁的生产开辟了一条新途径。     一、实验     （一）实验原料     硼泥取自辽宁省某地，主要化学组成见表1。硫酸为工业级，浓度98%，氢氧化钠、双氧水及其它检测所用药品均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。 表1  硼泥的成分（质量分数）/%

MgO	CO2	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MnO	其它
39.0	30.2	19.7	4.56	2.99	1.84	0.082	1.628

     （二）试验内容     将硼泥与工业硫酸的混合泥浆在高温炉中煅烧一定时间，取出后加水溶解、加热、过滤，得到母液。用0.01mol/L的EDTA滴定Mg²⁺，计算浸出率。反复加热、过滤母液至用(NH₄)₂C₂O₄溶液体验不到Ca²⁺。向滤液中加入双氧水将溶液中的Fe²⁺、Mn²⁺氧化成高价的Fe³⁺、Mn⁴⁺有利于彻底除杂，双氧水加至用K₃[Fe(CN)₆]溶液检验不到Fe²⁺，用硝酸和NaBiO₃检验不到Mn²⁺。在一定温度下加10%NaOH溶液将母液调节至pH＝9.0，过滤，除去杂质，得到镁精液。再向镁精液中加入5mol/L的NaOH溶液调节，pH＝12.0，过滤、洗涤，然后将产品恒温烘干，得到氢氧化镁产品。产品的检测按标准HG/T3607—2000执行。     （三）工艺流程     工艺流程见图1。

图1  硼泥制备氢氧化镁工艺流程     二、结果与讨论     （一）煅烧温度对镁浸出率的影响     在煅烧时间为1h，硫酸与硼泥液固比为1∶1的条件下，考察不同煅烧温度下镁的浸出率，实验结果如图2所示。由图2可知，在烧烧温度为300℃时，镁的浸出率最高，此后随着煅烧温度的升高镁的浸出率反而快速降低。这是由于浓硫酸在350℃时开始发生分解反应，温度过高时，生成的SO₃烟气和氧气会快速逸出，使反应不能充分进行，故镁的浸出率降低。同时高温作用黏结生成不溶于水的硅酸盐类也会使得镁的浸出率降低。

图2  煅烧温度对镁浸出率的影响     （二）煅烧时间对镁浸出率的影响     在硫酸与硼泥液固比为1∶1、煅烧温度为300℃条件下，分别考察不同煅烧时间下镁的浸出率，实验结果如图3所示。由图3可知，随着煅烧时间增加，镁的浸出率逐渐增大。反应时间为2h时硫酸与硼泥的反应基本结束，此时镁的浸出率达到最大。

图3  煅烧时间对镁浸出率的影响     （三）硫酸与硼泥比例对镁浸出率的影响     在煅烧时间为1h，煅烧温度为300℃条件下，考察不同液固比时镁的浸出率，实验结果如图4所示。由图4可知，随着硫酸与硼泥液固比的增大，硫酸过量增多，硼泥能充分与硫酸反应，镁浸出率趋于增大，但耗酸量增大。若硫酸与硼泥的比例太小，则硼泥中的矿物不能与硫酸充分反应，导致镁的浸出率不高。根据实验结果，硫酸与硼泥的液固比以2∶1为宜。

图4  硫酸与硼泥比例对镁浸出率的影响     （四）综合条件实验     根据实验结果及综合考虑能耗、药品用量和硫酸分解温度对浸出率的影响，确定工艺条件为：煅烧温度为300℃、煅烧时间为2h、硫酸与硼泥的液固比为2∶1，在此工艺条件下镁的浸出率为88%。将此条件下所制样品按1.2所述方法制备氢氧化镁，经测定镁精液中镁的回收率为91.17%。因此，硼泥中镁的综合回收率可达80%左右。     （五）氢氧化镁的检测与分析     1、氢氧化镁的XRD分析  采用X射线衍射仪分析了产品物相组成，其结果见图5。由图5可知，该产物的峰位置和强度均与JDPDS卡上标准Mg(OH)₂的衍射峰数据完全一致，且峰值整齐，无杂峰出现，可知粉体为Mg(OH)₂。

图5  Mg(OH)₂样品XRD图     2、氢氧化镁的检测  对氢氧化镁产品进行成分分析，检测结果如表2所示。 表2  氢氧化镁成分（质量分数）/%

Mg(OH)2	Fe	Al	CaO	Mn
99.54	0.019	0.015	0.430	0.008

     由表2可知，氢氧化镁的纯度为99.54%，换算成氧化镁纯度为68.64%，高于标准HG/T3607—2000的规定，其他杂质的含量也符合此标准。     3、氢氧化镁的SEM分析  用SEM对氢氧化镁粉末的表面形貌微观结构进行分析，其结果见图6。由图6可以看出，未烘干的Mg(OH)₂颗粒呈现团聚状态，晶体微粒非常小，颗粒直径不到1μm。将样品烘干后Mg(OH)₂晶体微粒逐渐长大，颗粒呈不规则球状，颗粒直径大约70～90μm。

图6  氢氧化镁SEM照片                    （a）未烘干；（b）烘干后     三、结论     （一）根据单因素条件实验确定高温煅烧工业硫酸与硼泥混合物的工艺条件为：煅烧温度为300℃、煅烧时间为2h、硫酸与硼泥的比例为2∶1。此时镁的浸出率为88%。     （二）以氢氧化钠为沉淀剂制备氢氧化镁可使镁精液中镁的回收率达到91.17%，硼泥中镁的综合回收率可达80%。经XRD检测确定沉淀产物为氢氧化镁，产品质量符合标准HG/T3607—2000。     （三）由SEM检测可以看出，未烘干的Mg(OH)₂晶体微粒非常小，颗粒直径不到1μm。氢氧化镁经烘干后晶粒长大，颗粒呈不规则球状，颗粒直径大约70～90μm。