对镁化合物系列产品水化及水热过程影响因子的研究

发布时间：2020-07-06 13:51

【摘要】：水菱镁矿(4MgCO_3·Mg(OH)_2·4H_2O)是一种储量丰富的天然碳酸盐矿物,CaO含量低,是制备活性氧化镁的优质矿产原料。但由于地域、交通、技术等诸多因素的限制,增加了水菱镁矿石的开采难度,至今为止国内关于其研究还不多。因此,如何将水菱镁矿资源加以开发和利用,制备出一系列高品质镁系化合物,是目前面对的最大难题。氢氧化镁是镁系化合物的重要一员,因具有阻燃、安全、无毒、抑烟等优点,成为新型无机阻燃剂的研究热点。其制备方法有物理加工法和化学合成法,目前采用矿石煅烧所得的轻烧氧化镁进行水化制备氢氧化镁是一个值得不断深入研究的内容,对实现矿产资源的综合利用意义重大。以水菱镁矿为原料,探究不同煅烧条件下产物氧化镁的活性情况。水菱镁矿在煅烧过程中失去结晶水、羟基,释放出CO_2,同时生成氧化镁粉体。不同煅烧条件所得氧化镁往往具有不同的反应活性,导致其水化能力也有差异。实验采用柠檬酸法和水合法两种方法对煅烧产物进行了活性测定。结果表明,煅烧温度和保温时间对氧化镁的活性影响较大,其次是升温速率。最终确定最佳煅烧条件为煅烧温度600℃,保温时间0.5 h及升温速率10℃·min~(-1)。用最佳条件下煅烧所得的高活性氧化镁为原料进行水化动力学研究,实验得出25℃、45℃、65℃下的氧化镁水化曲线,并且将所得的水化率数据与不同的动力学方程拟合。结果表明,活性氧化镁水化过程先受化学反应控制,随着反应进行逐渐转向内扩散控制。根据Arrhenius方程计算得到活性氧化镁水化反应活化能分别为27.18 kJ·mol~(-1)和6.076 kJ·mol~(-1)。以轻烧氧化镁为原料,醋酸作为水化剂,通过单因素变量探究水化温度、时间、搅拌速度、固液比、醋酸浓度及MgO颗粒度对轻烧氧化镁常压水化制备氢氧化镁的影响。在MgO-CH_3COOH反应体系中,CH_3COOH解离出CH_3COO~-和H~+,CH_3COO~-吸附在MgO表面,与Mg~(2+)配位形成中间体CH_3COOMg~+,从而促进水化反应,生成更多的氢氧化镁,且水化产物中未引入其他物质。实验确定氧化镁水化的最佳反应条件为水化温度80℃,时间2 h,搅拌速度1400 r·min~(-1),醋酸浓度0.07 mol·L~(-1),固液比1:30,氧化镁颗粒度500目。在该实验条件下,最终水化率达到93.81%。采用XRD、SEM、TG-DTG和FT-IR等测试方法对水化产物进行表征。水化产物呈“卡房”状结构,且醋酸对其形貌没有影响。由于常压下轻烧氧化镁水化无法完全转变为Mg(OH)_2,水化产物形貌不规则、颗粒团聚严重、结晶性能不理想,所以在高温高压水热环境下对Mg(OH)_2前驱体进行了改性研究。以聚乙二醇6000(PEG6000)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)两种非离子型表面改性剂为分散剂,研究了同类型分散剂单一和复配的改性效果。对比发现,单一PEG6000所起的作用优于PVP及复合改性效果,故选择PEG6000作为改性剂。又考察了PEG6000用量、Mg(OH)_2用量、KOH矿化剂浓度,水热温度及时间对水热产物形貌、结构及分散性的影响。与常压水化相比,在PEG6000-KOH协同改性作用下,水热处理后产物只含有氢氧化镁,晶体的生长方向发生改变,特征衍射峰强度I_(001)/I_(101)和I_(001)/I_(110)值均有所增大,产物形貌由“卡房”团聚体转变为规则的六方片状结构,且厚度明显增加,分散性大大改善,其BET值由71.1 m~2/g减小至21.3 m~2/g。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ314.248;TQ132.2
【图文】：

流程图,氢氧化镁,镁盐,碱液

[50-52]。图1.1 碱液-镁盐沉淀法制备氢氧化镁流程图1.4.2.2 氧化镁水化法由天然镁矿石煅烧得到的活性氧化镁是制备氢氧化镁的一种重要原料。在温度不高于90 ℃条件下，氧化镁直接与水反应，并且不同的水化剂会影响水化产物的形貌。该方法与以上几种方法相比，原料来源广泛，操作更简单，路线设计更合理，生产成本较低，并且对环境没有危害，具有较高的工业生产价值[53]。但是水化体系相对复杂，影响水化率的因素较多，因此必须严格控制反应条件才能获得高质量的氢氧化镁。图1.2 氧化镁水化法制备氢氧化镁流程图

流程图,水化法,氢氧化镁,氧化镁

氧化镁水化法制备氢氧化镁流程图

油包水型,改性剂

[68]。图1.3 油包水型微乳液结构图1.5.4 水热法原位表面改性在水热体系中加入不同改性剂进行表面修饰是目前应用最广泛的一种改性技术。Chen 等人[69]报道了一种基于氨水水热制备分散的六角片状 Mg(OH)2纳米颗粒的方法，该法是用柠檬酸作为改性剂，促进 Mg(OH)2结晶，改善颗粒的分散性能。并且加入单乙醇胺（MEA），促进溶解和重结晶过程，增强晶粒沿（001）晶面方向生长的趋势。郑敏珠等人[70]研究了几种不同的改性剂，包括非离子型、阴离子型及阴/阴、阴/非离子复配型改性效果，发现改性后的氢氧化镁能均匀地分散在石蜡液体中，表面极性大大降低。此外，不同改性剂复配具有协同增强作用，优于单一表面改性效果。1.6 本论文的主要研究内容1.以水菱镁矿（4 MgCO3·Mg(OH)2·4H2O）为原料

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