一種制備三水碳酸鎂晶須及納米片狀堿式碳酸鎂的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機鹽化工生產領域，特別涉及一種采用碳酸氫鈉和氯化鎂為原料制備三水碳酸鎂晶須，納米片狀堿式碳酸鎂及氯化鈉的方法。
【背景技術】
[0002]晶須是一種人工合成的纖維狀單晶體，長徑比一般在5?1000、直徑通常在20nm?100 ym之間，原子排列高度有序，結構比較完整，不含有通常材料中存在的缺陷(晶粒界、亞晶界、空洞等)，其強度接近于完整晶體材料的理論值，因而作為改性增強材料時顯示出極佳的物理機械性能:耐磨耗、隔熱、高模量、高強度、耐高溫及高的電器絕緣性。三水碳酸鎂晶須作為晶須的一種，其應用廣泛，價格低廉，是十分重要的無機材料。三水碳酸鎂晶須不僅發育完整，晶須無色透明，而且晶體所包含的缺陷少，晶體強度高。三水碳酸鎂晶須由于其具有良好的力學性能，不僅可以用于塑料、橡膠、涂料、油墨等的增強及改性，而且可以作為過濾材料；三水碳酸鎂晶須還可以用于制備高純度的氧化鎂、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂及其它鎂鹽產品。
[0003]堿式碳酸鎂又稱輕質碳酸鎂，無毒、無味，是三水碳酸鎂高溫脫水后的產物。輕質碳酸鎂相對密度小，質輕而松，可用作橡膠制品的優良填充劑和增強劑；由于它具有不燃燒和質地疏松的特點，建筑業中可用作絕熱、耐高溫的防火保溫材料；食品級輕質碳酸鎂可用作添加劑、鎂元素補充劑；此外，輕質碳酸鎂還可用于制造高純玻璃制品、鎂鹽、顏料、油漆、印刷油墨、陶瓷、化妝品、牙膏等日用化學品和醫藥制品，應用前景十分廣闊。
[0004]李志寶等人的專利(CN102190320A)以高濃度氯化鎂和碳酸銨為原料，加入到連續結晶器中進行結晶，將結晶后得到的粗品三水碳酸鎂再連續加入到陳化器中進行陳化，最終得到具有良好形態、純度高的三水碳酸鎂晶體。宋興福等人的專利(CN101830488A)以氯化鎂和碳酸鈉為原料，通過控制反應溫度，攪拌時間，陳化時間，烘干溫度等反應條件得到長度在5?500 μπκ長徑比為5?50的三水碳酸鎂晶須。王萬平等人的專利(CN1463923A)用可溶性鎂鹽與碳酸氫銨(或碳酸銨)反應得到碳酸氫鎂溶液，并在碳酸氫鎂溶液中加入適量添加劑，通過控制碳酸鎂結晶的條件，得到直徑0.1?5 μπκ長度10?2000 μπι的三水碳酸鎂晶須，但添加劑的引入會降低產品純度。日本日鐵礦業株式會社的三觜幸平等人的專利(CN1646430A)在20?60°C的溫度下通過混合水溶性鎂鹽和碳酸鹽制備了直徑I?3 μπκ長度10?50 μπι的正常碳酸鎂的柱狀顆粒。李愛元等人的專利(CN104030326A)用六氨鹵化鎂和碳酸氫銨在40?100°C下加熱I?3小時制得了碳酸鎂，反應過程中生成的副產物氨水和冷凍液可以循環利用，環保效果好，收率達86.9wt%。
[0005]從文獻報道來看，由于三水碳酸鎂晶須具有特殊的結晶過程特性，如具有反應結晶的特性、結晶過程中存在一定的誘導期、晶須在結晶過程中容易破碎而影響產品粒度及粒度分布、結晶后母液中剩余原料濃度仍較高等等，使得目前合成的晶須普遍長徑比較小且分布范圍寬、晶須的產率偏低。本發明針對三水碳酸鎂結晶特性，采用碳酸氫鈉和氯化鎂為原料，通過控制反應工藝條件得到了具有高長徑比且分布范圍窄的三水碳酸鎂晶須產品；同時，為了實現原料利用的最大化，本發明又將過濾后的母液進一步高溫沉淀反應得到了高純度的納米片狀堿式碳酸鎂，總收率達98.0%以上，該方法為我們首先研宄和開發的技術。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一是提供以碳酸氫鈉和氯化鎂為原料制備三水碳酸鎂晶須的方法。
[0007]本發明的目的之二是提供以碳酸氫鈉和氯化鎂為原料制備納米片狀堿式碳酸鎂的方法。
[0008]本發明的目的之三是提供以碳酸氫鈉和氯化鎂為原料制備三水碳酸鎂晶須和納米片狀堿式碳酸鎂產品，進而制備氯化鈉的方法。
[0009]本發明的技術方案是以碳酸氫鈉和氯化鎂為原料，通過控制反應條件得到了具有高長徑比且分布范圍窄的三水碳酸鎂晶須樣品，然后將過濾三水碳酸鎂得到的濾液進一步高溫反應制得了納米片狀堿式碳酸鎂，總收率達98.0 %以上。反應結束后，將過濾堿式碳酸鎂得到的濾液蒸發、濃縮、結晶，使氯化鈉結晶析出，過濾得到氯化鈉晶體，實現了副產物的回收利用。
[0010]本發明的化學反應方程式為:
[0011](I)制備三水碳酸鎂晶須的化學反應方程式:
[0012]2NaHC03+MgCl2— Mg (HCO 3) 2+2NaCl ；
[0013]Mg (HCO3) 2+2H20 — MgCO3.3H20+C02
[0014](2)制備堿式碳酸鎂的化學反應方程式:
[0015]Mg (HCO3) 2+2H20 — MgCO3.3H20+C02；
[0016]5MgC03.3H20 — 4MgC03.Mg(OH)2.4H20+1OH2CHCO2。
[0017]本發明的具體技術方案如下:
[0018]一種制備三水碳酸鎂晶須及納米片狀堿式碳酸鎂的方法，其具體步驟為:
[0019](I)將氯化鎂和碳酸氫鈉按摩爾比1:2配制水溶液，在40?50°C之間將碳酸氫鈉溶液滴入氯化鎂溶液中，拌速滴加完畢后，溶液經過誘導反應期后產生沉淀，繼續攪拌陳化50?80min，然后過濾，得濾餅和濾液I ;
[0020](2)將步驟⑴得到的濾餅用去離子水洗滌，至洗滌液中檢測不出Cl—為止，然后將濾餅在40?50°C下烘干干燥4?6h，得到平均長徑比在20?30之間三水碳酸鎂晶須；
[0021](3)將步驟(I)得到的濾液I升溫至90?100°C，繼續攪拌保溫60?90min，溶液產生沉淀，然后過濾，得濾餅和濾液II ;
[0022](4)將步驟(3)得到的濾餅用去離子水洗滌，至洗滌液中檢測不出Cl—為止，然后將濾餅在90?100°C之間烘干，得到氧化鎂質量含量在41?44%的納米片狀堿式碳酸鎂。
[0023]所述的步驟(I)中氯化鎂初始濃度優選0.5?3mol/L ;碳酸氫鈉初始濃度優選0.5 ?L 5mol/L。
[0024]所述的碳酸氫鈉溶液滴入氯化鎂溶液的滴加速度優選4?6mL/min，機械攪拌速度優選為100?1000r/min。
[0025]所述步驟(3)得到的濾液II進行蒸發、濃縮、結晶，使氯化鈉結晶析出，過濾得到氯化鈉晶體。
[0026]將得到的濾液III返回步驟(I)中用來調整氯化鎂和碳酸氫鈉的初始濃度。
[0027]本發明的優點及積極作用在于:
[0028](I)整個制備工藝簡單，過程容易控制，條件溫和，易于實現。
[0029](2)通過調節氯化鎂和碳酸氫鈉的初始濃度、反應溫度、加料速度、攪拌轉速、陳化時間、烘干溫度、烘干時間等條件，控制三水碳酸鎂的增長方式，得到整體分散性好、純度高、平均長徑比在20?30之間的三水碳酸鎂晶須。
[0030](3)將制備三水碳酸鎂晶須得到的濾液進一步高溫沉淀反應，得到了純度高、質量好、氧化鎂含量在41?44% (質量百分比)之間的納米片狀堿式碳酸鎂。
[0031](4)所得三水碳酸鎂晶須及納米片狀堿式碳酸鎂純度高，質量好，達到了 HG/T2959-2000優等品的要求；的總收率達98.0%以上，整個工藝實現了原料利用的最大化。
[0032](5)副產物氯化鈉是附加值較高的產品，可通過鹽田蒸發回收利用，能源消耗低。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明的工藝流程示意圖。
[0034]圖2為采用本發明方法，實施例1中所制備的三水碳酸鎂晶須的XRD圖譜。
[0035]圖3為采用本發明方法，實施例1中所制備的三水碳酸鎂晶須的SEM照片。
[0036]圖4為采用本發明方法，實施例1中所制備的納米片狀堿式碳酸鎂的SEM照片。
[0037]圖5為采用本發明方法，實施例2中所制備的三水碳酸鎂晶須的SEM照片。
[0038]圖6為采用本發明方法，實施例2中所制備的納米片狀堿式碳酸鎂的SEM照片。
[0039]圖7為采用本發明方法，實施例4中所制備的三水碳酸鎂晶須的SEM照片。
[0040]圖8為采用本發明方法，實施例4中所制備的納米片狀堿式碳酸鎂的SEM照片。
【具體實施方式】
[0041]以下提供本發明一種制備三水碳酸鎂晶須及納米片狀堿式碳酸鎂的方法的【具體實施方式】:請參見附圖1。
[0042](I)將氯化鎂和碳酸氫鈉按摩爾比1:2配制成氯化鎂初始濃度0.5?3mol/L、碳酸氫鈉初始濃度0.5?1.5mol/L的水溶液，在40?50°C之間將碳酸氫鈉溶液滴入氯化鎂溶液中，滴加速度4?6mL/min，機械攪拌速度為100?1000r/min，滴加完畢后，溶液經過誘導反應期后產生沉淀，繼續攪拌陳化50?80min，然后過濾，得濾餅和濾液I。其中，該濾餅為三水碳酸鎂粗品，濾液I為含有碳酸氫鎂和氯化鈉的水溶液。
[0043](2)將步驟⑴得到的濾餅用去離子水洗滌，至洗滌液中檢測不出Cl—為止(以硝酸銀溶液檢測)，然后將濾餅在40?50°C下烘干干燥4?6h，得到平均長徑比在20?30之間三水碳酸鎂晶須。
[0044](3)將步驟(I)得到的濾液I升溫至90?100°C，繼續攪拌保溫60?90min，溶液產生大量沉淀，然后過濾，得濾餅和濾液II。其中，該濾餅為堿式碳酸鎂粗品，濾液II為含有氯化鈉的水溶液。
[0045](4)將步驟⑶得到的濾餅用去離子水洗滌，至洗滌液中檢測不出Cr為止(以硝酸銀溶液檢測)，然后將濾餅在90?100°C之間烘干，得到氧化鎂含量在41?44% (質量百分比)之間納米片狀堿式碳酸鎂。
[0046]將步驟(3)得到的濾液II進行蒸發、濃縮、結晶，使氯化鈉結晶析出，過濾得到氯化鈉晶體，同時得到濾液III