以蛇纹石为原料生产碳酸镁和/或氧化镁及多孔性二氧化硅的方法.pdf

本发明涉及的是对蛇纹石进行包括化学过程在内的分解加工方法。
    各种类型的氧化镁（及碳酸镁），如轻质氧化镁，重质氧化镁、活性氧化镁以及其它具有不同特殊性能的氧化镁在各个生产领域中得到了广泛的应用。多孔性二氧化硅也是一种性能良好的常用吸附材料。目前氧化镁的生产大多是以海水、卤水或菱镁矿、白云石、光卤石等为原料。生产方法大多采用的是碳化法或纯碱法两种，前者的缺点是产品杂质多，质量较差;后者的问题是生产成本高。蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）的主要成分是氧化镁和二氧化硅，其各自的含量均超过了矿石总重量的1/3。由于在蛇纹石的开采和加工过程中，有大量的矿渣和废料产生，目前尚未得到很好的利用，以致造成了三废处理上的困难。如果能将这些蛇纹石矿渣废料进行适当处理，不仅可以得到用途广泛的碳酸镁、氧化镁及多孔性二氧化硅，也解决了上述废物堆积无法处理的三废治理问题。以蛇纹石为原料生产氧化镁，在《Przem.Chem.》（1985.64（2）96-8）中介绍了一种方法，先通过包括使用SO3气体处理在内的干法处理，再采用湿法，用Na2CO3处理而得到碳酸镁，经过进一步的热分解可以转化为MgO。实践证明这种方法的转化效率不高，而且经济效益差。

    本发明方法是提供一种改进的以蛇纹石为原料生产碳酸镁和/或氧化镁及多孔性二氧化硅的方法，以提高转化效率，简化操作条件，提高综合经济效益。

    本发明的方法是这样的：首先将粉末状的蛇纹石原料在400-800℃条件下煅烧2-4小时，煅烧时间随温度而定，温度高则时间短，温度低则时间长。然后用常用地盐酸、硫酸等无机酸在常温或加热条件下处理。处理后，氧化镁转变成可溶性的镁盐，与不溶的二氧化硅相分离。此二氧化硅按常规作洗涤、烘干等处理后，即为多孔性二氧化硅吸附剂产品。在用于酸处理的各种无机酸中，以选用硫酸为好，因为它是非挥发性酸，在处理过程中可以减少酸雾的产生，也便于为加快处理速度而进行加热，但此时的加热温度以不超过100℃为宜。另一方面，采用硫酸也有利于使所用的原辅材料进行循环反复使用，这一点将在以后部分作具体介绍。与二氧化硅分离后的镁盐溶液用铵的碳酸盐类处理，产生沉淀，将沉淀洗涤，烘干后即为轻质碳酸镁产品。这里所说的铵的碳酸盐包括了碳酸铵或碳酸氢铵等类铵盐。生产中在最初投料时无论采用哪种铵盐都可以，只是在以后的生产过程中循环反复使用时多是以碳酸氢铵的形式存在于系统之中。无论是用碳酸铵还是碳酸氢铵，其处理镁盐溶液的温度并不十分重要，加热或不加热均可，升温可以加快处理速度。但由于其分解温度均不高，因此当采用加热条件处理时，加热温度应低于碳酸铵或碳酸氢铵各自相应的分解温度。如果需要的是氧化镁产品，则上述得到的碳酸镁采用常规方法煅烧，例如在700-800℃温度下煅烧，就可以使其放出水和二氧化碳后转化为轻质氧化镁。

    在用铵的碳酸盐类处理镁盐溶液时，除得到碳酸镁等沉淀外，还有硫酸铵溶液，将其加热到硫酸铵分解点以上的温度时，硫酸铵就将分解为硫酸和氨，后者为气态形式放出。其中硫酸可以返回用于处理煅烧后的蛇纹石矿粉。氨气收集后，与煅烧碳酸镁时所放出的二氧化碳可以重新合成碳酸氢铵，返回用于处理镁盐溶液。这样就实现了硫酸、碳酸（氢）铵等中间转换剂的循环反复使用。

    蛇纹石本身的晶体结构规整致密，而且分子中带有结晶水，在未经煅烧时就用酸处理，实践证明酸渗入晶格并将其破坏是十分困难的。例如用水浸泡这些矿粉，水溶液呈中性。这正是目前采用这种酸直接处理方法氧化镁转化率低的主要原因。采用本发明的方法，使矿粉先经过400-800℃的煅烧，在此温度下蛇纹石晶体就会释放出结晶水，并且可以进一步解离出一分子二氧化硅，使原来规整致密的晶格结构产生许多缺陷，变得“疏松”了。若此时同样再作水浸泡试验，则水溶液就明显呈为了碱性。因此可以认为煅烧使其“活化”了，有利于作酸处理时酸的渗入和发挥作用。因此采用本发明的方法可以使蛇纹石中85%以上的氧化镁与酸结合而转变成可溶性的盐。这不仅大大提高了氧化镁的转化率，同时由于氧化镁的大量溶出，使残留的二氧化硅中的“空洞”也大量增多，多孔性大为增强，也提高了多孔性二氧化硅的吸附性能和质量。检测结果表明，采用本发明方法生产的轻质碳酸镁中氧化镁含量＞40%，轻质氧化镁中氧化镁的含量＞98%，视比容及杂质含量等项指标均达到或优于中国国家标准。由于在整个过程中所使用的硫酸、碳酸铵类等物料不仅价廉易得，而且是循环使用，理论上不存在损耗，因此一次投料后，只需作少量维持性的操作损失补充即可，操作过程简单方便，既节省了物料，经济效益明显，也减轻了运输负担。由于本发明方法所使用的蛇纹石原料可以利用蛇纹石生产加工过程中废弃的矿渣和废料，因此还解决了目前蛇纹石生产加工中废料废渣的处理问题，达到了减轻和治理三废污染的目的。

    以下介绍本发明方法的实施例。

    将6公斤200-300目的蛇纹石矿粉置于马弗（muffle）炉中800℃煅烧约2小时。取出冷却后称5公斤投入25公斤水中，加入3公斤工业硫酸，不断搅拌，至pH7时中和完毕，过滤。沉淀用水洗后烘干，粉碎，为多孔性二氧化硅，重量为3.5公斤。对上述滤液于不超过60℃的条件下加入2.8公斤碳酸氢铵，调pH8，并保温2小时，过滤，沉淀洗涤至无硫酸根，烘干，即为碳酸镁，重1.75公斤。将此碳酸镁于800℃煅烧4小时，即转化为轻质氧化镁，重0.97公斤，含量96.92%，视比容8毫升/克。

    滤除碳酸镁后的滤液常压蒸馏，馏出液为氨水，馏出液为pH7时停止收集。蒸馏后的残留液升温至约350℃，保持约1小时，冷却，为硫酸液，pH2。