水氯鎂石制備高純鎂砂的基礎(chǔ)研究.pdf

1、我國新疆、青海、西藏等西部地區(qū)擁有極為豐富的鹽湖資源，目前鹽湖資源工業(yè)化規(guī)模利用主要是提鉀鹽，提鉀后產(chǎn)生大量的鹵水，其中含有豐富的鎂資源（主要包括氯化鎂和硫酸鎂等），如新疆羅布泊鹽湖鹵水的MgCl2儲(chǔ)量為5.86億噸，青海察爾汗鹽湖氯化鎂儲(chǔ)量為16.5億噸。但是這些鎂資源一般是作為廢棄物排放，不僅未得到有效利用，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。而鎂系產(chǎn)品中高品位鎂化合物—高純鎂砂具有高附加值、市場需求量大等特點(diǎn)。因此，以鹽湖鎂資源為原料制備高純

2、鎂砂不僅可以緩解國內(nèi)鎂砂需求，而且對(duì)于我國鹽湖資源的可持續(xù)開發(fā)和綜合利用具有深遠(yuǎn)的意義。
　　 論文以水氯鎂石為原料，開展了純堿法制備高純鎂砂的研究。由Na2CO3溶液與MgCl2溶液反應(yīng)，制備得到不同組成和晶型的前驅(qū)體，再經(jīng)輕燒、球磨、壓片和燒結(jié)制備得到燒結(jié)鎂砂。本文主要研究了不同前驅(qū)體和輕燒工藝對(duì)燒結(jié)鎂砂性能的影響。研究的主要內(nèi)容有:(1)從前驅(qū)體組成和晶型的角度出發(fā)，研究了前驅(qū)體的制備及不同組成和晶型的前驅(qū)體對(duì)燒結(jié)鎂砂性能

3、的影響;(2)由Na2CO3溶液和MgCl2溶液在不同條件下反應(yīng)得到的前驅(qū)體有:三水碳酸鎂(MgCO3·3H2O)和堿式碳酸鎂(4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O)。本文從能量角度研究和比較了這兩種前驅(qū)體的熱分解行為及動(dòng)力學(xué)，進(jìn)而制備出高純鎂砂較合適的前驅(qū)體;(3)前驅(qū)體在輕燒過程中熱失重和組成變化與TG分析的對(duì)比研究;(4)輕燒工藝對(duì)燒結(jié)鎂砂性能的影響。
　　 論文得出的主要結(jié)論如下:
　　 (1)在不同反應(yīng)溫度和

4、不同初始反應(yīng)溶液pH值下，可以制備得到不同組成和形貌的前驅(qū)體。由這些不同的前驅(qū)體制備得到的燒結(jié)鎂砂的性能基本相同，純度均在99％以上，達(dá)到了規(guī)定的指標(biāo)要求。燒結(jié)鎂砂的體積密度、真氣孔率和收縮率基本相同，而開口氣孔率和閉口氣孔率變化復(fù)雜。結(jié)果表明，燒結(jié)鎂砂的性能與前驅(qū)體的組成、晶型無關(guān)。
　　 (2)利用TG數(shù)據(jù)研究了三水碳酸鎂和堿式碳酸鎂的熱分解過程，并以此為依據(jù)，采用FWO法和KAS法計(jì)算了各個(gè)階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，三水碳酸鎂四個(gè)

5、分解階段的活化能分別為7.58 kJ/mol、16.39 kJ/mol、37.51kJ/mol和128.74 kJ/mol，堿式碳酸鎂三個(gè)分解階段的活化能分別為18.27kJ/mol、22.41 kJ/mol和70.79 kJ/mol。結(jié)合Malek法中的“y(α)-α”關(guān)系曲線推斷最概然機(jī)理函數(shù)法和積分法，得到了各階段反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)，三水碳酸鎂四個(gè)分解階段分別遵循以下機(jī)理:R2、F1.6、F2.9和A3，堿式碳酸鎂三個(gè)分解階段分別遵循

6、以下機(jī)理:D1、C1.5和A1。最后可以計(jì)算得到相應(yīng)的指前因子，三水碳酸鎂四個(gè)分解階段的指前因子分別為:3.36×103 s-1、4.51×105 s-1、2.27×109 s-1和6.03×1015 s-1，堿式碳酸鎂四個(gè)分解階段的指前因子分別為:9.78×103 s-1、9.45×104s-1、2.59×108s-1。結(jié)合兩種物質(zhì)的DSC圖比較了二者在相應(yīng)分解階段的吸熱量和反應(yīng)速率常數(shù)，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度分析了這兩種物質(zhì)對(duì)于制備M

7、gO的異同。動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的研究結(jié)果表明，MgCO3·3H2O分解所需的熱量較低，且分解速率較快。因此，MgCO3·3H2O是制備高純鎂砂較合適的前驅(qū)體。
　　 (3)將輕燒過程中樣品的失重量和FTIR與TG數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TIR與TG分析結(jié)果一致，進(jìn)一步確定了MgCO3·3H2O和4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O在熱分解過程中組成的變化。
　　 (4)輕燒溫度和輕燒時(shí)間對(duì)鎂砂的燒結(jié)性能有很大的影響，較高的