CN101830475A

CN101830475A - 一种由蛇纹石或其尾矿制备硅酸镁和氢氧化镁的方法

Info

Publication number: CN101830475A
Application number: CN 201010125793
Authority: CN
Inventors: 于少明; 陈虹
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明公开了一种由蛇纹石或其尾矿制备硅酸镁和氢氧化镁的方法，包括酸浸、净化、碱浸、分离、合成反应、洗涤和干燥，其特征是以蛇纹石矿粉为原料；本发明方法生产成本低、经济效益好、三废排放少、能耗低。

Description

一种由蛇纹石或其尾矿制备硅酸镁和氢氧化镁的方法

技术领域

本发明涉及蛇纹石及其尾矿深加工综合利用及无机盐制备的技术领域，更具体地说是一种以蛇纹石或其尾矿为原料制取硅酸镁和氢氧化镁的方法。

背景技术

蛇纹石(通式为Mg₃Si₂O₅(OH)₄)是由硅氧四面体和氢氧镁八面体结合而成的1∶1型层状结构硅酸盐矿物。我国蛇纹石矿资源极为丰富，目前蛇纹石主要被用来制造钙镁磷肥，作为冶金助熔剂和装饰材料。由于蛇纹石矿具有叶片状或磷片状晶形，分化层较大，我国均为露天开采，在开采过程中产生大量的碎矿石，粒度＜2cm，一般称为蛇纹石粉矿或尾矿，约占开采量的1/2-1/3。这种粒度的尾矿不适宜于制造钙镁磷肥、作冶金助熔剂和装饰材料用，常被当作废料抛弃。如此不仅浪费大量的矿产资源，而且堆放会造成环境污染。测试结果表明，这种尾矿的化学组成与蛇纹石原矿相差不大，均含有较丰富的氧化镁、二氧化硅等。如皖南某蛇纹石尾矿的主要成份为以重量百分数计为MgO 37-39％；SiO₂ 39-41％。若是能有效利用其各有用成分，则不仅解决蛇纹石废粉矿堆放对环境的污染、有效利用蛇纹石矿产资源，而且还可获得一定的经济效益。

硅酸镁属硅酸与镁化合物形成的硅酸镁盐，属硅酸盐系列产品。根据硅酸镁中氧化镁与二氧化硅摩尔比不同，分为三硅酸镁和六硅酸镁。其中，三硅酸镁(2MgO·3SiO₂·5H₂O)在医药上作为胃酸抑制剂，能中和胃酸和保护溃疡面，主要用于治疗胃及十二指肠溃疡病和胃酸过多症，还可做脱臭剂和脱色剂等，也用于陶器或橡胶制造。六硅酸镁(2MgO·6SiO₂·xH₂O)为无定形、多孔性结构，具有较大的比表面积，在化学工业中广泛用于除去有机产品中的微量杂质，如用于精制聚醚等；此外还可用于医药卫生、食品添加剂等方面。目前，工业上生产硅酸镁的方法主要有菱苦土分解法和硫酸镁-水玻璃法。其中，菱苦土分解法是以菱苦土、硫酸、水玻璃、烧碱等为原料，经酸解、精制除杂、复分解反应、分离、干燥、粉碎等工序制得硅酸镁；硫酸镁-水玻璃法是以硫酸镁、水玻璃、烧碱等为原料，经复分解反应、分离、干燥、粉碎等工序制得硅酸镁，以上所述方法中都采用工业原料，生产成本较高、能耗较高。

氢氧化镁主要用作环保工程中无污染的中和剂，造纸工业中的填充剂，气体净化、锅炉烟气的脱硫剂，还用于镁盐制造、砂糖精制、制药、保温材料等；经过表面处理的氢氧化镁是塑料的优良阻燃剂和填充剂。目前，工业上生产氢氧化镁的方法主要有合成法和白云石的选择煅烧法。其中，合成法是以含氯化镁的卤水为原料与碱性物质，如氢氧化钙、氨水、氢氧化钠等在水溶液中反应，生成氢氧化镁沉淀，经过滤、洗涤、干燥等工序而制得产品。白云石的选择煅烧法是依据碳酸钙和碳酸镁分解温度不同，在白云石煅烧时，将温度控制在750℃以下，得到白云灰，经消化，除渣及固液分离、干燥等工序制得产品，存在采用工业原料，生产成本较高、能耗较高的缺陷。

迄今为止，尚没有以蛇纹石或其尾矿为原料制取三硅酸镁和六硅酸镁方法的相关报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种生产成本低、经济效益好、三废排放少、能耗低的由蛇纹石或其尾矿制取硅酸镁和氢氧化镁的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明由蛇纹石或其尾矿制备硅酸镁和氢氧化镁的方法，包括酸浸、净化、碱浸、分离、合成反应、洗涤和干燥，其特征在于：以蛇纹石矿粉为原料，

所述的酸浸是在粒度小于200μm的蛇纹石矿粉中，按蛇纹石矿粉和酸液重量比为1∶2.0～5.0加入浓度为15～50wt％的酸液，在90～100℃温度下反应2～4小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性；所述的酸液为硫酸或盐酸；

所述的净化是将所述酸浸滤液用碱液调pH值为6.8～8.5后，加入双氧水反应至溶液中的Fe²⁺全部被氧化为Fe³⁺后过滤，所得滤液为镁盐溶液；

所述的碱浸是在所述酸浸滤饼中按酸浸滤饼和氢氧化钠溶液重量比为1∶2.5～5.0加入浓度为10～30wt％的氢氧化钠溶液，在沸点温度以下，并且不低于85℃的温度条件下反应0.5～2小时后趁热过滤，所得滤液为水玻璃；

所述的合成反应是：

将所述镁盐溶液配制成镁盐浓度为8～20wt％的溶液，按摩尔比SiO₂∶MgO为1.5～1.75∶1加入所述水玻璃，在室温～50℃的温度条件下反应10～40分钟后分离、洗涤、干燥即得三硅酸镁；

或者将所述镁盐溶液配制成镁盐浓度为4～20wt％的溶液，按摩尔比SiO₂∶MgO为3～3.75∶1加入所述水玻璃，再加入碱液调pH值为9～10，在温度室温～75℃的温度条件下反应0.5～2小时后分离、洗涤、干燥即得六硅酸镁；

或者将所述镁盐溶液配制成镁盐浓度为5～30wt％的溶液，按摩尔比Mg²⁺∶NH₄ ⁺/Na⁺为1∶2～8加入浓度10～28wt％碱液，在室温～90℃的温度条件下反应15～60分钟小时后分离、洗涤、干燥即得氢氧化镁。

本发明方法各步骤反应方程式为：

a、蛇纹石或其尾矿的酸浸(以硫酸为例)

Mg₃Si₂O₅(OH)₄+H₂SO₄→MgSO₄+SiO₂·nH₂O

Fe₂O₃+3H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

b、蛇纹石或其尾矿酸浸滤液及洗液的净化(以氨水为例)

Fe₂(SO₄)₃+6NH₃·H₂O→2Fe(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄

c、蛇纹石或其尾矿酸浸滤饼的碱浸

SiO₂·nH₂O+2NaOH→Na₂O·nSiO₂+(n+1)H₂O

三硅酸镁的制备

MgSO₄+Na₂O·nSiO₂+H₂O→2MgO·3SiO₂·xH₂O↓+Na₂SO₄

六硅酸镁制备

MgSO₄+Na₂O·nSiO₂+H₂O→2MgO·6SiO₂·yH₂O↓+Na₂SO₄

氢氧化镁制备(以氢氧化钠为例)

MgSO₄+2NaOH→Mg(OH)₂↓+Na₂SO₄

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法生产硅酸镁和氢氧化镁，充分利用了蛇纹石中的氧化镁、二氧化硅和氧化铁等有用成分，生产闭路循环，基本无三废排放。

2、本发明方法生产硅酸镁所需的氧化镁、二氧化硅均来自于蛇纹石矿，无需采用工业原料，可使其生产成本得到有效降低。

3、本发明方法生产水玻璃的能耗较之目前工业生产中广泛采用的由石英砂为原料生产时的能耗可得到显著降低。

具体实施方式

本实施例按如下过程制备

步骤1：蛇纹石或其尾矿的酸浸

在粒度小于200μm的蛇纹石粉矿中，按蛇纹石矿粉和酸液重量比为1∶2.0-5.0加入重量百分比浓度为15-50％的硫酸或盐酸溶液，加热使其在90-100℃的温度下搅拌反应2-4小时后，过滤得滤饼和酸浸滤液，将酸浸滤饼用清水洗涤使其为中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液；

步骤2：蛇纹石或其尾矿酸浸滤液及洗液的净化

将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后，加入重量百分比浓度为10％-28％的氨水或氢氧化钠溶液，使溶液的pH值为6.8-8.5；再向溶液中加入重量百分比浓度为10％-30％的双氧水，室温下搅拌反应2-3小时，使溶液中的Fe²⁺全部被氧化为Fe³⁺，再在40℃-80℃下静置1-3小时后过滤，将滤饼用清水洗涤至无硫酸根离子或氯离子；滤液及洗液合并为即得硫酸镁或氯化镁溶液；滤饼中主要含有氢氧化铁，可以进行回收利用。

步骤3：蛇纹石或其尾矿酸浸滤饼的碱浸

在步骤1所得酸浸滤饼中，按酸浸滤饼和氢氧化钠重量比为1∶2.5～5.0加入重量百分比浓度为10％～30％的氢氧化钠溶液，在沸点温度以下、并且不低于85℃的温度条件下加热搅拌反应0.5～2小时，再趁热过滤，所得滤液为备用水玻璃；所得滤饼主要含有未反应的蛇纹石，洗净后可返回至酸浸反应中。

步骤4：合成反应

三硅酸镁制备：将步骤2所得硫酸镁或氯化镁溶液配制成重量百分比浓度为8％～20％的溶液，再按摩尔比SiO₂∶MgO为1.5～1.75∶1加入步骤3所得水玻璃，在室温～50℃的温度条件下搅拌反应10～40分钟，再静置陈化1～2小时，然后过滤；将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子(或氯离子)，并在100℃-110℃下干燥至含水率不大于15％，得三硅酸镁产品。

六硅酸镁制备：将步骤2所得硫酸镁或氯化镁溶液配制成重量百分比浓度为4％～20％的溶液，再按摩尔比SiO₂∶MgO为3～3.75∶1加入步骤3所得水玻璃，搅拌均匀后再加入重量百分比浓度为4％～20％的氢氧化钠溶液将其pH值调至9～10，在室温～75℃的温度条件下搅拌反应0.5～2小时，经1～3小时静置陈化后过滤，将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子，并在100℃-110℃的温度下干燥至含水率不大于10％，得六硅酸镁产品。

氢氧化镁的制备：在步骤2所得硫酸镁或氯化镁溶液配制成重量百分比浓度为5％～30％的溶液，再按摩尔比Mg²⁺∶NH₄ ⁺(或Na⁺)为1∶2～8加入重量百分比浓度为10％～28％的氨水或氢氧化钠溶液，在室温～90℃的温度条件下搅拌反应15～60分钟，经0.5～2小时的静置陈化后过滤，将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子(或氯离子)，并在100℃-110℃下干燥至含水率不大于2.5％，得氢氧化镁产品。

实施例1：本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为75μm的蛇纹石粉矿中，按重量比为1∶3.0加入重量百分比浓度为40％的硫酸溶液，在95℃的温度条件下加热搅拌3小时，趁热过滤，并将滤饼洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液以备用。

2、将步骤1中的酸浸滤液和洗液混合后加入重量百分比浓度为15％的氨水，使溶液的pH值为7.2，再加入浓度为30wt％的双氧水，于室温下搅拌反应3小时至溶液中的Fe²⁺全部被氧化为Fe³⁺，再在70℃下静置2小时，过滤，并将滤饼洗涤至无硫酸根离子。滤液及洗液合并为备用硫酸镁溶液。

3、在步骤1所得酸浸滤饼中，按重量比为1∶3.0加入重量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，在85℃下加热搅拌1.5小时，趁热过滤，滤液为水玻璃。

4、三硅酸镁制备

将步骤2所得硫酸镁溶液加水稀释成浓度为12wt％的溶液，按摩尔比SiO₂∶MgO为3∶1.8加入步骤3所得水玻璃，在40℃下搅拌反应20分钟，过滤，将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子，并在100℃～110℃下干燥至含水率小于等于15％，得三硅酸镁产品。经测三硅酸镁产品中氧化镁含量为24.7％、二氧化硅含量为53.2％、灼烧失重为21.1％，达到了药典(2005年版二部)中的要求。

实施例2：本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为96μm的蛇纹石粉矿中，按重量比为1∶4.0加入浓度为25wt％的盐酸溶液，在95℃的温度条件下加热搅拌3.5小时，趁热过滤，并将滤饼洗涤至近中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液以备用。

2、将步骤1所得酸浸滤液及洗液混合后加入重量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为7.8，再向溶液中加入浓度为30wt％的双氧水，于室温下搅拌反应2.5小时，至溶液中的Fe²⁺全部被氧化为Fe³⁺，再在60℃下静置2.5小时，然后过滤，将滤饼洗涤至无氯离子。滤液及洗液合并为备用氯化镁溶液。滤饼主要含氢氧化铁，可回收利用。

3、在步骤1所得酸浸滤饼中，按重量比为1∶2.5加入浓度为25wt％的氢氧化钠溶液，在95℃下加热搅拌1小时，趁热过滤，滤液为备用水玻璃。

4、将步骤2所得氯化镁溶液加水稀释成浓度为8wt％的溶液，按摩尔比SiO₂∶MgO为3∶0.8加入步骤3所得水玻璃，用浓度为10wt％的氢氧化钠溶液将其pH值调至9～10，在65℃温度下搅拌反应1小时，再静置陈化2小时，过滤，将滤饼洗涤至无氯离子，并在100℃-110℃下干燥至含水率小于等于10％，得六硅酸镁产品。经测六硅酸镁产品中氧化镁含量为13.8％、二氧化硅含量为61.5％，达到了质量标准的要求。

实施例3：本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为120μm的蛇纹石粉矿中，按重量比为1∶4.0加入浓度为25wt％的硫酸溶液，在95℃的温度条件下加热搅拌4小时，趁热过滤，并将滤饼洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液备用。

2、将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后加入浓度为25wt％的氨水调pH值为8.2，再向溶液中加入浓度为30wt％的双氧水，于室温下搅拌反应3小时，至溶液中的Fe²⁺全部被氧化为Fe³⁺，再在50℃下静置2小时，然后过滤，将滤饼洗涤至无硫酸根离子，滤液及洗液合并为备用硫酸镁溶液；滤饼主要含有氢氧化铁，可回收利用。

3、将步骤2所得硫酸镁溶液加水稀释成浓度为12wt％的溶液，按铵镁摩尔比6∶1加入25wt％氨水，在50℃下搅拌反应30分钟，再经1小时的静置陈化，然后过滤，将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子，并在100℃～110℃下干燥至含水率小于等于2.5％，得氢氧化镁产品。经测氢氧化镁产品中氧化镁含量为66.83％、氧化钙含量为0.064％，达到了HG/T 3067-2000中I型(主要用作阻燃材料)的要求。

Claims

1.一种由蛇纹石或其尾矿制备硅酸镁和氢氧化镁的方法，包括酸浸、净化、碱浸、分离、合成反应、洗涤和干燥，其特征在于：以蛇纹石矿粉为原料；

所述的合成反应是：

或者将所述镁盐溶液配制成镁盐浓度为4～20wt％的溶液，按摩尔比SiO₂∶MgO为3～3.75∶1加入所述水玻璃，再加入碱液调pH值为9～10，在室温～75℃的温度条件下反应0.5～2小时后分离、洗涤、干燥即得六硅酸镁；

或者将所述镁盐溶液配制成镁盐浓度为5～30wt％的溶液，按摩尔比Mg²⁺∶NH₄ ⁺/Na⁺为1∶2～8加入浓度10～28wt％碱液，在室温～90℃的温度条件下反应15～60分钟后分离、洗涤、干燥即得氢氧化镁。