苦卤合成碱式硫酸镁晶须及母液析盐工艺的研究

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国内苦卤资源利用以生产氯化钾、硫酸钾、溴和氯化镁等产品为主,尚无高附加值镁盐产品。由于苦卤加工过程中资源回收率低,导致苦卤的综合利用率不足20%,而未利用的苦卤被排入大海会对环境造成污染。因此,急需开发新工艺来改善苦卤资源利用现状。本文以利用镁资源推动苦卤综合利用技术进步为出发点,进行了合成高附加值碱式硫酸镁晶须和后序母液分离工艺的研究。本文以苦卤为原料,液碱Na OH为沉淀剂合成153型碱式硫酸镁晶须[Mg SO4·5Mg(OH)2·3H2O,MOS],考察了原料配比、反应温度、液碱浓度及反应时间对液相组成和产品形貌的影响,并用XRD和SEM等手段对产品进行表征。结果表明,适宜的MOS合成条件为Mg2+与OH-摩尔比1:1.5,Na OH浓度4 mol/L,反应温度200℃,反应时间7 h。该条件下得到长度约为60~80μm,长径比最大约为200的扇形MOS晶须,通过实验数据模拟建立了MOS晶须的结晶动力学方程,结果显示MOS晶须的水热合成受晶体生长控制。制备MOS晶须后的母液蒸发浓缩,利用25℃时Na+,K+,Mg2+//Cl-,SO42--H2O五元介稳体系相图预测母液蒸发路径,实验结果与预测路径基本吻合。对析盐规律进一步分析,结果表明,在母液密度低于1.2607 g/cm3时,为Na Cl的主要析出阶段,密度高于此值,便有含钾的混盐共析,且随母液密度的增大固相析出速率明显提高。根据母液蒸发的析盐规律,设计了母液兑卤制备氯化钠和软钾镁矾并副产水氯镁石的新工艺,进而实现苦卤中镁、钾等资源综合利用与开发。将母液中剩余镁离子转化为镁盐产品除去,简化了后续母液中钠盐和钾盐的分离过程。分别考察了母液与Na2CO3反应制备碱式碳酸镁和与Na OH反应制备氢氧化镁的条件。结果表明制备碱式碳酸镁的工艺中,镁离子转化率最高为97.82%,并且引入HCO3-和CO32-,而按照Mg2+/OH-摩尔比1:2制备氢氧化镁,镁离子转化率为100%且OH-反应完全。制氢氧化镁后的母液根据0℃和25℃时Na+,K+//Cl-,SO42--H2O四元体系相图、25℃和100℃时Na Cl-KCl-H2O三元体系相图,通过蒸发浓缩结晶和低温结晶分离出Na Cl,Na2SO4·10H2O和KCl。
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