專利名稱：一種由蛇紋石或其尾礦制備硅酸鎂和氫氧化鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蛇紋石及其尾礦深加工綜合利用及無機(jī)鹽制備的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地 說是一種以蛇紋石或其尾礦為原料制取硅酸鎂和氫氧化鎂的方法。
背景技術(shù)：
蛇紋石(通式為Mg3Si205(0H)4)是由硅氧四面體和氫氧鎂八面體結(jié)合而成的1 1 型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。我國(guó)蛇紋石礦資源極為豐富，目前蛇紋石主要被用來制造鈣鎂磷 肥，作為冶金助熔劑和裝飾材料。由于蛇紋石礦具有葉片狀或磷片狀晶形，分化層較大，我 國(guó)均為露天開采，在開采過程中產(chǎn)生大量的碎礦石，粒度< 2cm，一般稱為蛇紋石粉礦或尾 礦，約占開采量的1/2-1/3。這種粒度的尾礦不適宜于制造鈣鎂磷肥、作冶金助熔劑和裝飾 材料用，常被當(dāng)作廢料拋棄。如此不僅浪費(fèi)大量的礦產(chǎn)資源，而且堆放會(huì)造成環(huán)境污染。測(cè) 試結(jié)果表明，這種尾礦的化學(xué)組成與蛇紋石原礦相差不大，均含有較豐富的氧化鎂、二氧化 硅等。如皖南某蛇紋石尾礦的主要成份為以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為MgO 37-39% ；Si02 39-41%。 若是能有效利用其各有用成分，則不僅解決蛇紋石廢粉礦堆放對(duì)環(huán)境的污染、有效利用蛇 紋石礦產(chǎn)資源，而且還可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。硅酸鎂屬硅酸與鎂化合物形成的硅酸鎂鹽，屬硅酸鹽系列產(chǎn)品。根據(jù)硅 酸鎂中氧化鎂與二氧化硅摩爾比不同，分為三硅酸鎂和六硅酸鎂。其中，三硅酸鎂 (2Mg0-3Si02 .5H20)在醫(yī)藥上作為胃酸抑制劑，能中和胃酸和保護(hù)潰瘍面，主要用于治療胃 及十二指腸潰瘍病和胃酸過多癥，還可做脫臭劑和脫色劑等，也用于陶器或橡膠制造。六硅 酸鎂(2Mg0*6Si02*xH20)為無定形、多孔性結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，在化學(xué)工業(yè)中廣泛 用于除去有機(jī)產(chǎn)品中的微量雜質(zhì)，如用于精制聚醚等；此外還可用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品添加劑 等方面。目前，工業(yè)上生產(chǎn)硅酸鎂的方法主要有菱苦土分解法和硫酸鎂-水玻璃法。其中， 菱苦土分解法是以菱苦土、硫酸、水玻璃、燒堿等為原料，經(jīng)酸解、精制除雜、復(fù)分解反應(yīng)、分 離、干燥、粉碎等工序制得硅酸鎂；硫酸鎂_水玻璃法是以硫酸鎂、水玻璃、燒堿等為原料， 經(jīng)復(fù)分解反應(yīng)、分離、干燥、粉碎等工序制得硅酸鎂，以上所述方法中都采用工業(yè)原料，生產(chǎn) 成本較高、能耗較高。氫氧化鎂主要用作環(huán)保工程中無污染的中和劑，造紙工業(yè)中的填充劑，氣體凈化、 鍋爐煙氣的脫硫劑，還用于鎂鹽制造、砂糖精制、制藥、保溫材料等；經(jīng)過表面處理的氫氧化 鎂是塑料的優(yōu)良阻燃劑和填充劑。目前，工業(yè)上生產(chǎn)氫氧化鎂的方法主要有合成法和白云 石的選擇煅燒法。其中，合成法是以含氯化鎂的鹵水為原料與堿性物質(zhì)，如氫氧化鈣、氨水、 氫氧化鈉等在水溶液中反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、干燥等工序而制得產(chǎn)品。白 云石的選擇煅燒法是依據(jù)碳酸鈣和碳酸鎂分解溫度不同，在白云石煅燒時(shí)，將溫度控制在 750°C以下，得到白云灰，經(jīng)消化，除渣及固液分離、干燥等工序制得產(chǎn)品，存在采用工業(yè)原 料，生產(chǎn)成本較高、能耗較高的缺陷。迄今為止，尚沒有以蛇紋石或其尾礦為原料制取三硅酸鎂和六硅酸鎂方法的相關(guān) 報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效 益好、三廢排放少、能耗低的由蛇紋石或其尾礦制取硅酸鎂和氫氧化鎂的方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明由蛇紋石或其尾礦制備硅酸鎂和氫氧化鎂的方法，包括酸浸、凈化、堿浸、 分離、合成反應(yīng)、洗滌和干燥，其特征在于以蛇紋石礦粉為原料，所述的酸浸是在粒度小于200 μ m的蛇紋石礦粉中，按蛇紋石礦粉和酸液重量比 為1 2. 0 5. 0加入濃度為15 50wt%的酸液，在90 100°C溫度下反應(yīng)2 4小時(shí) 后，過濾得酸浸濾餅和酸浸濾液，將所述酸浸濾餅用清水洗滌至中性；所述的酸液為硫酸或 鹽酸；所述的凈化是將所述酸浸濾液用堿液調(diào)PH值為6. 8 8. 5后，加 入雙氧水反應(yīng)至 溶液中的Fe2+全部被氧化為Fe3+后過濾，所得濾液為鎂鹽溶液；所述的堿浸是在所述酸浸濾餅中按酸浸濾餅和氫氧化鈉溶液重量比為1 2. 5 5. 0加入濃度為10 30wt%的氫氧化鈉溶液，在沸點(diǎn)溫度以下，并且不低于85°C的溫度條 件下反應(yīng)0. 5 2小時(shí)后趁熱過濾，所得濾液為水玻璃；所述的合成反應(yīng)是將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為8 20wt%的溶液，按摩爾比SiO2 MgO為 1. 5 1. 75 1加入所述水玻璃，在室溫 50°C的溫度條件下反應(yīng)10 40分鐘后分離、
洗滌、干燥即得三硅酸鎂；或者將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為4 20wt%的溶液，按摩爾比SiO2 MgO 為3 3. 75 1加入所述水玻璃，再加入堿液調(diào)pH值為9 10，在溫度室溫 75°C的溫 度條件下反應(yīng)0. 5 2小時(shí)后分離、洗滌、干燥即得六硅酸鎂；或者將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為5 30wt %的溶液，按摩爾比Mg2+ NH4V Na+為1 2 8加入濃度10 28wt%堿液，在室溫 90°C的溫度條件下反應(yīng)15 60分 鐘小時(shí)后分離、洗滌、干燥即得氫氧化鎂。本發(fā)明方法各步驟反應(yīng)方程式為a、蛇紋石或其尾礦的酸浸(以硫酸為例)Mg3Si2O5 (OH) 4+H2S04 — MgS04+Si02 · ηΗ20Fe203+3H2S04 — Fe2 (SO4) 3+3H20b、蛇紋石或其尾礦酸浸濾液及洗液的凈化(以氨水為例)
Fe2 (SO4) 3+6NH3 · H2O — 2Fe (OH) 3 I +3 (NH4) 2S04C、蛇紋石或其尾礦酸浸濾餅的堿浸SiO2 · nH20+2Na0H — Na2O · nSi02+ (n+1) H2O三硅酸鎂的制備MgS04+Na20 · nSi02+H20 — 2Mg0 · 3Si02 · xH20 I +Na2SO4六硅酸鎂制備MgS04+Na20 · nSi02+H20 — 2Mg0 · 6Si02 · yH20 I +Na2SO4氫氧化鎂制備(以氫氧化鈉為例)
MgS04+2Na0H — Mg (OH) 2 I +Na2S04與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明方法生產(chǎn)硅酸鎂和氫氧化鎂，充分利用了蛇紋石中的氧化鎂、二氧化硅 和氧化鐵等有用成分，生產(chǎn)閉路循環(huán)，基本無三廢排放。2、本發(fā)明方法生產(chǎn)硅酸鎂所需的氧化鎂、二氧化硅均來自于蛇紋石礦，無需采用 工業(yè)原料，可使其生產(chǎn)成本得到有效降低。3、本發(fā)明方法生產(chǎn)水玻璃的能耗較之目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的由石英砂為原 料生產(chǎn)時(shí)的能耗可得到顯著降低。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例按如下過程制備步驟1 蛇紋石或其尾礦的酸浸在粒度小于200 u m的蛇紋石粉礦中，按蛇紋石礦粉和酸液重量比為1 2. 0-5. 0 加入重量百分比濃度為15-50%的硫酸或鹽酸溶液，加熱使其在90-100°C的溫度下攪拌反 應(yīng)2-4小時(shí)后，過濾得濾餅和酸浸濾液，將酸浸濾餅用清水洗滌使其為中性，分別收集酸浸 濾餅、酸浸濾液和洗液；步驟2 蛇紋石或其尾礦酸浸濾液及洗液的凈化將步驟1所得酸浸濾液和洗液混合后，加入重量百分比濃度為10% -28%的 氨水或氫氧化鈉溶液，使溶液的PH值為6. 8-8.5 ；再向溶液中加入重量百分比濃度為 10% -30%的雙氧水，室溫下攪拌反應(yīng)2-3小時(shí)，使溶液中的Fe2+全部被氧化為Fe3+，再在 40°C -80°C下靜置1-3小時(shí)后過濾，將濾餅用清水洗滌至無硫酸根離子或氯離子；濾液及洗 液合并為即得硫酸鎂或氯化鎂溶液；濾餅中主要含有氫氧化鐵，可以進(jìn)行回收利用。步驟3 蛇紋石或其尾礦酸浸濾餅的堿浸在步驟1所得酸浸濾餅中，按酸浸濾餅和氫氧化鈉重量比為1 2. 5 5. 0加入 重量百分比濃度為10% 30%的氫氧化鈉溶液，在沸點(diǎn)溫度以下、并且不低于85°C的溫度 條件下加熱攪拌反應(yīng)0. 5 2小時(shí)，再趁熱過濾，所得濾液為備用水玻璃；所得濾餅主要含 有未反應(yīng)的蛇紋石，洗凈后可返回至酸浸反應(yīng)中。步驟4 合成反應(yīng)三硅酸鎂制備將步驟2所得硫酸鎂或氯化鎂溶液配制成重量百分比濃度為 8% 20%的溶液，再按摩爾比Si02 MgO為1.5 1.75 1加入步驟3所得水玻璃，在 室溫 50°C的溫度條件下攪拌反應(yīng)10 40分鐘，再靜置陳化1 2小時(shí)，然后過濾；將濾 餅洗滌至無S042—離子(或氯離子)，并在100°C -110°C下干燥至含水率不大于15%，得三 硅酸鎂產(chǎn)品。六硅酸鎂制備將步驟2所得硫酸鎂或氯化鎂溶液配制成重量百分比濃度為 4% 20%的溶液，再按摩爾比Si02 MgO為3 3. 75 1加入步驟3所得水玻璃，攪拌 均勻后再加入重量百分比濃度為4% 20%的氫氧化鈉溶液將其pH值調(diào)至9 10，在室溫 75°C的溫度條件下攪拌反應(yīng)0. 5 2小時(shí)，經(jīng)1 3小時(shí)靜置陳化后過濾，將濾餅洗滌 至無S042_離子，并在100°C -110°C的溫度下干燥至含水率不大于10%，得六硅酸鎂產(chǎn)品。氫氧化鎂的制備在步驟2所得硫酸鎂或氯化鎂溶液配制成重量百分比濃度為 5% 30%的溶液，再按摩爾比Mg2+ NH4+(或Na+)為1 2 8加入重量百分比濃度 為10 % 28 %的氨水或氫氧化鈉溶液，在室溫 90 V的溫度條件下攪拌反應(yīng)15 60 分鐘，經(jīng)0. 5 2小時(shí)的靜置陳化后過濾，將濾餅洗滌至無S042_離子(或氯離子)，并在 100°C -110°C下干燥至含水率不大于2. 5%，得氫氧化鎂產(chǎn)品。實(shí)施例1 本實(shí)施例按如下步驟進(jìn)行1、在粒度為75 iim的蛇紋石粉礦中，按重量比為1 3. 0加入重量百分比濃度為 40 %的硫酸溶液，在95°C的溫度條件下加熱攪拌3小時(shí)，趁熱過濾，并將濾餅洗滌至中性， 分別收集酸浸濾餅、酸浸濾液和洗液以備用。2、將步驟1中的酸浸濾液和洗液混合后加入重量百分比濃度為15%的氨水，使溶 液的PH值為7. 2，再加入濃度為30wt %的雙氧水，于室溫下攪拌反應(yīng)3小時(shí)至溶液中的Fe2+ 全部被氧化為Fe3+，再在70°C下靜置2小時(shí)，過濾，并將濾餅洗滌至無硫酸根離子。濾液及 洗液合并為備用硫酸鎂溶液。3、在步驟1所得酸浸濾餅中，按重量比為1 3.0加入重量百分比濃度為20%的 氫氧化鈉溶液，在85°C下加熱攪拌1. 5小時(shí)，趁熱過濾，濾液為水玻璃。4、三硅酸鎂制備將步驟2所得硫酸鎂溶液加水稀釋成濃度為12wt%的溶液，按摩爾比Si02 MgO 為3 1.8加入步驟3所得水玻璃，在40°C下攪拌反應(yīng)20分鐘，過濾，將濾餅洗滌至無 S042—離子，并在100°C 110°C下干燥至含水率小于等于15%，得三硅酸鎂產(chǎn)品。經(jīng)測(cè)三硅 酸鎂產(chǎn)品中氧化鎂含量為24. 7%、二氧化硅含量為53. 2%、灼燒失重為21. 1%，達(dá)到了藥 典(2005年版二部)中的要求。實(shí)施例2 本實(shí)施例按如下步驟進(jìn)行1、在粒度為96 iim的蛇紋石粉礦中，按重量比為1 4. 0加入濃度為25wt%的鹽 酸溶液，在95°C的溫度條件下加熱攪拌3. 5小時(shí)，趁熱過濾，并將濾餅洗滌至近中性，分別 收集酸浸濾餅、酸浸濾液和洗液以備用。2、將步驟1所得酸浸濾液及洗液混合后加入重量百分比濃度為20%的氫氧化鈉 溶液調(diào)節(jié)溶液的PH值為7. 8，再向溶液中加入濃度為30襯％的雙氧水，于室溫下攪拌反應(yīng) 2. 5小時(shí)，至溶液中的Fe2+全部被氧化為Fe3+，再在60°C下靜置2. 5小時(shí)，然后過濾，將濾餅 洗滌至無氯離子。濾液及洗液合并為備用氯化鎂溶液。濾餅主要含氫氧化鐵，可回收利用。3、在步驟1所得酸浸濾餅中，按重量比為1 2.5加入濃度為25襯％的氫氧化鈉 溶液，在95°C下加熱攪拌1小時(shí)，趁熱過濾，濾液為備用水玻璃。4、將步驟2所得氯化鎂溶液加水稀釋成濃度為8wt%的溶液，按摩爾比Si02 MgO 為3 0.8加入步驟3所得水玻璃，用濃度為10wt%的氫氧化鈉溶液將其pH值調(diào)至9 10，在65°C溫度下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，再靜置陳化2小時(shí)，過濾，將濾餅洗滌至無氯離子，并在 100°C -110°C下干燥至含水率小于等于10%，得六硅酸鎂產(chǎn)品。經(jīng)測(cè)六硅酸鎂產(chǎn)品中氧化 鎂含量為13. 8%、二氧化硅含量為61. 5%，達(dá)到了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)施例3 本實(shí)施例按如下步驟進(jìn)行
1、在粒度為120 μ m的蛇紋石粉礦中，按重量比為1 4. 0加入濃度為25wt%的硫酸溶液，在95°C的溫度條件下加熱攪拌4小時(shí)，趁熱過濾，并將濾餅洗滌至中性，分別收集 酸浸濾餅、酸浸濾液和洗液備用。2、將步驟1所得酸浸濾液和洗液混合后加入濃度為25襯％的氨水調(diào)pH值為8. 2， 再向溶液中加入濃度為30wt%的雙氧水，于室溫下攪拌反應(yīng)3小時(shí)，至溶液中的Fe2+全部 被氧化為Fe3+，再在50°C下靜置2小時(shí)，然后過濾，將濾餅洗滌至無硫酸根離子，濾液及洗液 合并為備用硫酸鎂溶液；濾餅主要含有氫氧化鐵，可回收利用。3、將步驟2所得硫酸鎂溶液加水稀釋成濃度為12wt %的溶液，按銨鎂摩爾比 6 1加入25襯％氨水，在50°C下攪拌反應(yīng)30分鐘，再經(jīng)1小時(shí)的靜置陳化，然后過濾，將 濾餅洗滌至無SO42-離子，并在100°C 110°C下干燥至含水率小于等于2.5%，得氫氧化鎂 產(chǎn)品。經(jīng)測(cè)氫氧化鎂產(chǎn)品中氧化鎂含量為66. 83%、氧化鈣含量為0. 064%，達(dá)到了 HG/T 3067-2000中I型(主要用作阻燃材料)的要求。
權(quán)利要求
一種由蛇紋石或其尾礦制備硅酸鎂和氫氧化鎂的方法，包括酸浸、凈化、堿浸、分離、合成反應(yīng)、洗滌和干燥，其特征在于以蛇紋石礦粉為原料；所述的酸浸是在粒度小于200μm的蛇紋石礦粉中，按蛇紋石礦粉和酸液重量比為1∶2.0～5.0加入濃度為15～50wt％的酸液，在90～100℃溫度下反應(yīng)2～4小時(shí)后，過濾得酸浸濾餅和酸浸濾液，將所述酸浸濾餅用清水洗滌至中性；所述的酸液為硫酸或鹽酸；所述的凈化是將所述酸浸濾液用堿液調(diào)pH值為6.8～8.5后，加入雙氧水反應(yīng)至溶液中的Fe2+全部被氧化為Fe3+后過濾，所得濾液為鎂鹽溶液；所述的堿浸是在所述酸浸濾餅中按酸浸濾餅和氫氧化鈉溶液重量比為1∶2.5～5.0加入濃度為10～30wt％的氫氧化鈉溶液，在沸點(diǎn)溫度以下，并且不低于85℃的溫度條件下反應(yīng)0.5～2小時(shí)后趁熱過濾，所得濾液為水玻璃；所述的合成反應(yīng)是將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為8～20wt％的溶液，按摩爾比SiO2∶MgO為1.5～1.75∶1加入所述水玻璃，在室溫～50℃的溫度條件下反應(yīng)10～40分鐘后分離、洗滌、干燥即得三硅酸鎂；或者將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為4～20wt％的溶液，按摩爾比SiO2∶MgO為3～3.75∶1加入所述水玻璃，再加入堿液調(diào)pH值為9～10，在室溫～75℃的溫度條件下反應(yīng)0.5～2小時(shí)后分離、洗滌、干燥即得六硅酸鎂；或者將所述鎂鹽溶液配制成鎂鹽濃度為5～30wt％的溶液，按摩爾比Mg2+∶NH4+/Na+為1∶2～8加入濃度10～28wt％堿液，在室溫～90℃的溫度條件下反應(yīng)15～60分鐘后分離、洗滌、干燥即得氫氧化鎂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由蛇紋石或其尾礦制備硅酸鎂和氫氧化鎂的方法，包括酸浸、凈化、堿浸、分離、合成反應(yīng)、洗滌和干燥，其特征是以蛇紋石礦粉為原料；本發(fā)明方法生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益好、三廢排放少、能耗低。
文檔編號(hào)C01B33/22GK101830475SQ20101012579
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者于少明, 陳虹 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)