高硅水镁石钠化焙烧法除硅工艺研究
发布时间：2021-03-04 04:15
以高硅水镁石为原料、氢氧化钠为钠化剂,研究了高硅水镁石钠化焙烧除硅过程中氢氧化钠用量、焙烧温度、焙烧时间等对焙烧水洗产物中硅含量的影响,对不同温度条件下的焙烧产物和焙烧后水洗产物的结构和谱学特征进行分析和表征,以揭示高硅水镁石钠化焙烧除硅机理。结果表明:在焙烧温度为650℃、氢氧化钠用量为理论量3倍、焙烧时间为3 h的最优条件下,钠化焙烧过程中Na+会与蛇纹石热分解产物Mg2SiO4中的Mg2+发生置换反应,最终形成可溶性盐Na4SiO4,从而水洗除去,水洗产物中硅质量分数为1.89%,硅提取率达90.1%。
【文章来源】：无机盐工业. 2020,52(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
焙烧温度对硅质量分数的影响
图2为不同焙烧温度下水镁石与氢氧化钠的焙烧产物及460℃下焙烧的高硅水镁石烧结产物的XRD谱图。图2a表明高硅水镁石在460℃下焙烧时，焙烧产物主要有Mg3Si2O5(OH)4、Ca Mg(CO3)2、Ca CO3、Mg O、H(Mg2Si O4)8，其中H (Mg2Si O4)8为蛇纹石脱去外羟基水的产物。随着焙烧温度的升高，水镁石与氢氧化钠的焙烧产物中Na2Mg Si O4的衍射峰强度逐渐减小，当温度达到600℃时完全消失；Na4Si O4的衍射峰强度逐渐增强，而Na4Mg2Si3O10的衍射峰强度先增大后减小，可以认为Na4Mg2Si3O10是Na2Mg Si O4转化为Na4Si O4的过渡态。蛇纹石由硅氧四面体组成的网状（Si2O5)n层与氢氧镁石的八面体层按1∶1结合而成，热分解时，由Mg—O2(OH)4组成的氢氧镁石层会先脱去羟基水，生成Mg O、Si O2和Mg2Si O4[7-9]。蛇纹石在460℃时开始脱去外羟基水[10]，在500℃时开始脱去内羟基水[9]，而当高硅水镁石与Na OH混合时，在460℃时蛇纹石就已经完全脱去羟基水，笔者推测这是由于Na+的极化能大于Mg2+的极化能，而极化能大的阳离子具有与氧原子形成共价键的强烈倾向，从而降低蛇纹石结构的稳定性，因此使得蛇纹石的脱羟基水的温度降低。而在Na OH与Mg2Si O4焙烧过程中Na+先与Mg2Si O4中稳定性较差的位于晶体对称面的Mg2+发生置换反应，随后随着焙烧温度的升高，Na+在置换完或部分置换稳定性较差的Mg2+后，又开始与稳定性较好的Mg2+发生置换反应，最终形成Na4Si O4，而图2中焙烧温度为500～600℃时，Na4Mg2Si3O10物相的出现也很好地印证这一推测[11]。
不同温度下钠化焙烧后的水洗产物X射线衍射分析结果见图3。由图3可知，当焙烧温度小于500℃时，水洗产物为Mg O和Na2Mg Si O4；随着焙烧温度的升高，Na2Mg Si O4衍射峰的强度逐渐减弱；当焙烧温度为600℃时，出现Na2Ca Si O4新物相；当焙烧温度大于650℃时，Na2Ca Si O4衍射峰消失，出现Ca CO3的衍射峰，并且继续升高焙烧温度时Ca CO3和Na2Mg Si O4的衍射峰强度基本不变，这与图1中硅质量分数随焙烧温度变化的趋势相符。结合图2可知，水镁石中的硅通过钠化焙烧转变为可溶性的硅酸盐Na4Si O4，通过水洗除去。图4为不同焙烧温度下水镁石与氢氧化钠的烧结产物的红外谱图。从图4可看出，随着焙烧温度的升高，烧结产物的红外光谱发生了明显变化。在3 696 cm-1处有Mg(OH)2中羟基伸缩振动引起的吸收峰；1 444 cm-1处吸收峰由Mg—OH的弯曲振动引起[12]，这可能是焙烧后产物中的Mg O与空气中水反应而生成Mg(OH)2;457 cm-1处吸收峰为Mg—O弯曲振动而引起[13];1 648 cm-1附近为Na4Si O4特征吸收峰[14]，当温度大于500℃时该吸收峰出现，这与XRD衍射分析的结果相符。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤蛇纹石石棉尾矿综合利用新进展[J]. 宋鹏程,彭同江,孙红娟,贾蕾,张馨文,邱国华,朱琳. 中国非金属矿工业导刊. 2016(02)
[2]吉林通化集安蛇纹石质玉的矿物成分与成因分析[J]. 秦宏宇,刘瑞. 岩石矿物学杂志. 2016(02)
[3]温石棉尾矿酸法焙烧产物提取氧化镁的研究[J]. 余玉操,彭同江,孙红娟,马国华,宋鹏程. 非金属矿. 2016(02)
[4]纤蛇纹石焙烧去金属氧化物制备纤维状二氧化硅[J]. 宋鹏程,彭同江,孙红娟,余玉操. 硅酸盐学报. 2015(05)
[5]我国水镁石矿资源利用现状及展望[J]. 秦雅静,朱德山. 中国非金属矿工业导刊. 2014(06)
[6]用蛇纹石硫酸铵焙烧法制备超细氢氧化镁的研究[J]. 宋贝,刘超,郑水林,戴瑞,侯会丽. 非金属矿. 2013(03)
[7]蛇纹石石棉煅烧改性研究[J]. 李世青,巩媛媛,赵文娟. 矿产综合利用. 2008(03)
[8]从镍蛇纹石矿石中浸出Ni，Mg的试验研究[J]. 符剑刚,王晖,陈立,薛建荣,贾丽娟. 湿法冶金. 2008(02)
博士论文
[1]碱分解含镁硅酸盐的光谱学研究[D]. 徐敏.东北大学 2014
本文编号：3062546
【文章来源】：无机盐工业. 2020,52(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
焙烧温度对硅质量分数的影响
图2为不同焙烧温度下水镁石与氢氧化钠的焙烧产物及460℃下焙烧的高硅水镁石烧结产物的XRD谱图。图2a表明高硅水镁石在460℃下焙烧时，焙烧产物主要有Mg3Si2O5(OH)4、Ca Mg(CO3)2、Ca CO3、Mg O、H(Mg2Si O4)8，其中H (Mg2Si O4)8为蛇纹石脱去外羟基水的产物。随着焙烧温度的升高，水镁石与氢氧化钠的焙烧产物中Na2Mg Si O4的衍射峰强度逐渐减小，当温度达到600℃时完全消失；Na4Si O4的衍射峰强度逐渐增强，而Na4Mg2Si3O10的衍射峰强度先增大后减小，可以认为Na4Mg2Si3O10是Na2Mg Si O4转化为Na4Si O4的过渡态。蛇纹石由硅氧四面体组成的网状（Si2O5)n层与氢氧镁石的八面体层按1∶1结合而成，热分解时，由Mg—O2(OH)4组成的氢氧镁石层会先脱去羟基水，生成Mg O、Si O2和Mg2Si O4[7-9]。蛇纹石在460℃时开始脱去外羟基水[10]，在500℃时开始脱去内羟基水[9]，而当高硅水镁石与Na OH混合时，在460℃时蛇纹石就已经完全脱去羟基水，笔者推测这是由于Na+的极化能大于Mg2+的极化能，而极化能大的阳离子具有与氧原子形成共价键的强烈倾向，从而降低蛇纹石结构的稳定性，因此使得蛇纹石的脱羟基水的温度降低。而在Na OH与Mg2Si O4焙烧过程中Na+先与Mg2Si O4中稳定性较差的位于晶体对称面的Mg2+发生置换反应，随后随着焙烧温度的升高，Na+在置换完或部分置换稳定性较差的Mg2+后，又开始与稳定性较好的Mg2+发生置换反应，最终形成Na4Si O4，而图2中焙烧温度为500～600℃时，Na4Mg2Si3O10物相的出现也很好地印证这一推测[11]。
不同温度下钠化焙烧后的水洗产物X射线衍射分析结果见图3。由图3可知，当焙烧温度小于500℃时，水洗产物为Mg O和Na2Mg Si O4；随着焙烧温度的升高，Na2Mg Si O4衍射峰的强度逐渐减弱；当焙烧温度为600℃时，出现Na2Ca Si O4新物相；当焙烧温度大于650℃时，Na2Ca Si O4衍射峰消失，出现Ca CO3的衍射峰，并且继续升高焙烧温度时Ca CO3和Na2Mg Si O4的衍射峰强度基本不变，这与图1中硅质量分数随焙烧温度变化的趋势相符。结合图2可知，水镁石中的硅通过钠化焙烧转变为可溶性的硅酸盐Na4Si O4，通过水洗除去。图4为不同焙烧温度下水镁石与氢氧化钠的烧结产物的红外谱图。从图4可看出，随着焙烧温度的升高，烧结产物的红外光谱发生了明显变化。在3 696 cm-1处有Mg(OH)2中羟基伸缩振动引起的吸收峰；1 444 cm-1处吸收峰由Mg—OH的弯曲振动引起[12]，这可能是焙烧后产物中的Mg O与空气中水反应而生成Mg(OH)2;457 cm-1处吸收峰为Mg—O弯曲振动而引起[13];1 648 cm-1附近为Na4Si O4特征吸收峰[14]，当温度大于500℃时该吸收峰出现，这与XRD衍射分析的结果相符。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤蛇纹石石棉尾矿综合利用新进展[J]. 宋鹏程,彭同江,孙红娟,贾蕾,张馨文,邱国华,朱琳. 中国非金属矿工业导刊. 2016(02)
[2]吉林通化集安蛇纹石质玉的矿物成分与成因分析[J]. 秦宏宇,刘瑞. 岩石矿物学杂志. 2016(02)
[3]温石棉尾矿酸法焙烧产物提取氧化镁的研究[J]. 余玉操,彭同江,孙红娟,马国华,宋鹏程. 非金属矿. 2016(02)
[4]纤蛇纹石焙烧去金属氧化物制备纤维状二氧化硅[J]. 宋鹏程,彭同江,孙红娟,余玉操. 硅酸盐学报. 2015(05)
[5]我国水镁石矿资源利用现状及展望[J]. 秦雅静,朱德山. 中国非金属矿工业导刊. 2014(06)
[6]用蛇纹石硫酸铵焙烧法制备超细氢氧化镁的研究[J]. 宋贝,刘超,郑水林,戴瑞,侯会丽. 非金属矿. 2013(03)
[7]蛇纹石石棉煅烧改性研究[J]. 李世青,巩媛媛,赵文娟. 矿产综合利用. 2008(03)
[8]从镍蛇纹石矿石中浸出Ni，Mg的试验研究[J]. 符剑刚,王晖,陈立,薛建荣,贾丽娟. 湿法冶金. 2008(02)
博士论文
[1]碱分解含镁硅酸盐的光谱学研究[D]. 徐敏.东北大学 2014
本文编号：3062546
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