用廉價(jià)白云石制備納米氧化鎂，只需解決這兩個(gè)

 

 

目前，白云石制備納米氧化鎂很少工業(yè)化生產(chǎn)，都是因?yàn)榇嬖谥鴥蓚€(gè)問題需要解決，分別為白云石鈣鎂分離和團(tuán)聚現(xiàn)象。

 

 

白云石礦藏作為重要的鈣鎂資源，在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題在于：如何成功分離白云石中的鈣和鎂，從而制備純凈的鎂產(chǎn)品或鈣產(chǎn)品。

 

目前，白云石中鈣鎂常用的分離方式包括酸解法、碳化法和銨浸法三種類型。

 

 

酸解法是采用酸解劑溶解白云石，以得到相應(yīng)的鎂鹽和鈣鹽，該法常用的酸解劑為鹽酸和硫酸。

 

采用不同的酸解劑工藝具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。采用鹽酸作為酸解劑，可以同時(shí)生產(chǎn)鎂化合物和鈣化合物，原料利用率高，但是生產(chǎn)步驟較繁瑣；而以硫酸為酸解劑一般只用于生產(chǎn)鎂化合物，其生產(chǎn)過程相對(duì)更簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)一步分離鈣鎂離子。

 

酸解法是使用酸直接溶解白云石，該法不需要對(duì)白云石進(jìn)行煅燒，對(duì)設(shè)備的要求不高，而且生產(chǎn)效率高、反應(yīng)速度快，最重要的是鈣鎂分離度很高，故制備的鈣鎂產(chǎn)品的純度高。但酸解法的缺點(diǎn)是反應(yīng)過程中酸消耗量大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大大增加，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

 

 

碳化法也是白云石中鈣鎂分離常用的方式，其基本工藝流程如下：

 

（1）煅燒：白云石在高溫條件下煅燒生成CaO和MgO粉末；

（2）消化：向上述粉末中加水消化并除去殘?jiān)螅纯傻玫骄频腃a(OH)2和Mg(OH)2漿體；

（3）碳化：漿體在碳化塔內(nèi)用CO2氣體碳化，Ca(OH)2被碳化生成CaCO3沉淀，Mg(OH)2被碳化形成可溶性鎂鹽Mg(HCO3)2而變成澄清液；

（4）熱解：Mg(HCO3)2經(jīng)煅燒后可生成輕質(zhì)MgCO3，MgCO3煅燒又可制備MgO。

 

碳化法是目前國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方法，但是該工藝對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，而且操作比較復(fù)雜，不適用于實(shí)驗(yàn)室研究。

 

 

銨浸法是以煅燒白云石灰為原料，銨鹽作為浸出劑，對(duì)鈣鎂進(jìn)行浸取。

 

該法基本原理是：銨鹽溶液呈酸性，在加熱的條件下可與經(jīng)過消化的煅燒白云石灰反應(yīng)，生成可溶性的鎂鹽和鈣鹽，或者可溶性的鎂鹽和難溶性的鈣鹽。前者可以通過加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)溶液PH值使得鎂鹽轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂或碳酸鎂沉淀，從而分離鈣和鎂，后者直接過濾即可成功分離鈣和鎂。

 

相對(duì)而言，銨浸法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，而且鈣鎂的浸出率高，能夠更有效地分離鈣和鎂。

 

 

由于納米材料具有許多傳統(tǒng)材料不具備的小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)等特殊性能而被廣泛應(yīng)用，但納米材料具有較大的比表面積，活性很高，極不穩(wěn)定，極其容易發(fā)生團(tuán)聚而失去原有的性質(zhì)，降低了材料的價(jià)值，對(duì)納米材料的制備、儲(chǔ)存造成了一定的難度，因此，納米材料的團(tuán)聚問題是限制納米材料發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題。

 

納米材料的團(tuán)聚分為軟團(tuán)聚、硬團(tuán)聚兩種。軟團(tuán)聚是由分子間作用、范德華力引起的，比較容易去除，而關(guān)于硬團(tuán)聚的形成原因目前有毛細(xì)管吸附理論、氫鍵理論、晶橋理論、化學(xué)鍵作用理論、表面原子擴(kuò)散鍵合機(jī)理五種觀點(diǎn)，但是到目前為止，還沒有統(tǒng)一的解釋。

 

而對(duì)于納米氧化鎂的防團(tuán)聚技術(shù)已有大量研究，主要有物理分散法和化學(xué)分散法。

 

物理分散是通過機(jī)械攪拌、超聲作用等物理方法使納米粒子均勻團(tuán)聚現(xiàn)象得以改善。

 

化學(xué)分散是通過表面改性的方法降低納米粒子之間的引力，對(duì)納米粒子的表面電性、官能團(tuán)、吸附性等加以改善，提高納米粒子的分散性，改善團(tuán)聚現(xiàn)象的一種方法。可分為以下兩大類：

 

 

（1）偶聯(lián)劑法是利用偶聯(lián)劑同時(shí)具有親無機(jī)的基團(tuán)和親有機(jī)的基團(tuán)，利用偶聯(lián)劑對(duì)納米粒子進(jìn)行表面處理，既能改善提高納米粉體的分散性，有效改善團(tuán)聚現(xiàn)象，又能提高納米粒子在其他有機(jī)材料中的相容性。

（2）酯化反應(yīng)是指金屬氧化物與醇的反應(yīng)，對(duì)金屬氧化物納米粒子表面親水的特性變?yōu)楸砻媸杷瑴p少納米粒子表面電荷，改善納米離子的分散性。

（3）表面接枝改性也是常見的一種表面改性方法。利用單體在引發(fā)劑作用下在無機(jī)納米粒子表面進(jìn)行聚合反應(yīng)，最終在納米粒子表面形成包覆層，或單體聚合的同時(shí)與無機(jī)納米粒子發(fā)生接枝反應(yīng)，增大納米粒子之間的斥力，有效改善納米粒子的團(tuán)聚問題。

 

 

分散劑分散在濕化學(xué)法中應(yīng)用較多，通過分散劑的加入，改變納米粒子的表面電荷分布，通過靜電穩(wěn)定機(jī)制、空間位障穩(wěn)定機(jī)制、電空間位障穩(wěn)定機(jī)制三種機(jī)制達(dá)到分散效果。

 

（1）靜電穩(wěn)定機(jī)制。通過分散劑的加入使納米粒子與極性溶液接觸面形成雙電子層，增加粒子之間的靜電斥力，從而達(dá)到防止團(tuán)聚的目的；（2）空間位障穩(wěn)定機(jī)制。分散劑分子吸附纏繞在納米粒子周圍，形成保護(hù)層，增大了納米粒子之間的距離，減小了分子間作用力，從而使納米粒子能夠均勻分散；（3）電空間位障穩(wěn)定機(jī)制。若加入的分散劑是聚合電解質(zhì)，在特定情況下就能同時(shí)發(fā)揮靜電穩(wěn)定機(jī)制和空間位障作用起到雙重穩(wěn)定的效果。

 

水熱處理就是典型的分散劑分散處理法。除了使用純水作為溶劑外，還常加入礦化劑、表面活性劑等輔助水熱處理，通過水熱溫度、水熱時(shí)間、水熱介質(zhì)、表面活性劑等的改變控制晶體生長(zhǎng)速率，生長(zhǎng)取向，從而達(dá)到改變產(chǎn)物形貌、粒徑、分散性的目的。

 

小結(jié)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的有效開發(fā)利用越來越受重視，以及對(duì)高強(qiáng)度、耐高溫、多功能高附加值的復(fù)合材料的需求越來越多，以白云石為原料制備粒徑均勻、分散性高的納米氧化鎂材料將會(huì)越來越受到重視。