鋰硼對(duì)氨法沉鎂的影響規(guī)律及氫氧化鎂晶體生長(zhǎng)機(jī)理研究.pdf

1、以鹽湖鹵鎂資源開(kāi)發(fā)氫氧化鎂產(chǎn)品既能為解決鹽湖“鎂害”問(wèn)題提供便利，又能促進(jìn)鹵水有價(jià)元素如鋰、硼等資源的綜合利用開(kāi)采。但目前用鹵鎂氨法提取氫氧化鎂的工藝尚存在沉淀一次結(jié)晶粒徑細(xì)、不易實(shí)現(xiàn)固液分離、難以獲取高純產(chǎn)品等難題。要開(kāi)發(fā)高附加值氫氧化鎂產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)鹽湖鹵鎂資源綜合利用，就必須闡明鋰、硼雜質(zhì)對(duì)鹵水氨法沉鎂過(guò)程的影響及雜質(zhì)成分在溶液或產(chǎn)品中的賦存遷移規(guī)律。本文用X．射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、激光粒度分析、紅外光譜(FTIR)

2、、熱重(TG)和差示掃描量熱分析(DSC)等測(cè)試技術(shù)，以含鋰、硼鹵鎂溶液為原料，用氨法制備氫氧化鎂，研究鋰、硼雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶過(guò)程及其產(chǎn)物性質(zhì)的影響規(guī)律;用水熱法和均勻沉淀法制備具有特殊形貌的氫氧化鎂晶體，探索氫氧化鎂晶體生長(zhǎng)機(jī)理。研究工作對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)鹵水硼鋰鎂資源綜合利用路線，進(jìn)行氫氧化鎂功能材料開(kāi)發(fā)等方面有一定的理論和實(shí)際意義。
　　本文取得的主要研究成果如下:
　　(1)研究了室溫下含氯化鋰的氯化鎂溶液氨法沉鎂過(guò)程中鋰對(duì)沉淀產(chǎn)

3、物的性質(zhì)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，鋰雜質(zhì)的存在對(duì)沉淀產(chǎn)物的晶相、形貌、紅外吸收影響較小，但鋰離子能改變氫氧化鎂沉淀顆粒的表面荷電性質(zhì)，使沉淀粒子極性增強(qiáng)、團(tuán)聚現(xiàn)象增加，比表面積比空白產(chǎn)物降低了約二十分之一。隨鋰雜質(zhì)添加量從0.0375 mol·L-1增加到3 mol·L-1，氫氧化鎂產(chǎn)物的熱分解活化能呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，熱分解溫度由380℃振蕩下降到325℃。研究表明鋰元素在氫氧化鎂沉淀過(guò)程中幾乎未向固相遷移。
　　(2)

4、研究了室溫下含不同濃度硼酸氯化鎂溶液氨法沉鎂過(guò)程中硼對(duì)結(jié)晶過(guò)程及其產(chǎn)物性質(zhì)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，含硼雜質(zhì)改變了氨法沉鎂產(chǎn)物的成分，產(chǎn)物從結(jié)晶型氫氧化鎂轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形硼鎂化合物，d(0.5)粒徑平均比空白增大了約70倍;熱分解性能等受硼雜質(zhì)的影響顯著，分解溫度可達(dá)420℃，顯著失重臺(tái)階的失重率從25％逐漸降低至13.7％，比空白樣品的27％普遍降低;熱分解活化能和DSC峰值溫度都明顯高于空白產(chǎn)物。研究表明硼元素以形成復(fù)雜硼鎂化合物沉淀的

5、方式從液相遷移至固相。
　　(3)研究了室溫下同時(shí)含不同濃度硼酸和一定量氯化鋰的氯化鎂溶液氨法沉鎂過(guò)程中硼、鋰對(duì)沉淀產(chǎn)物的性質(zhì)共同影響規(guī)律。XRD、FTIR均檢測(cè)到產(chǎn)物中含有復(fù)雜硼鎂化合物，SEM表明硼鋰雜質(zhì)共存情形下制備的產(chǎn)物形貌與硼雜質(zhì)單獨(dú)存在時(shí)制備的沉淀產(chǎn)物較為接近，即硼雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)的影響更明顯。粒度分析表明隨硼酸雜質(zhì)量增加沉淀粒徑呈現(xiàn)震蕩上升又震蕩下降的波動(dòng)趨勢(shì)，表明溶液中硼化合物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。熱分析結(jié)果表明產(chǎn)物熱分解活化

6、能與僅添加硼酸所得產(chǎn)物熱分解活化能相比較相差不大，但DSC峰溫向低溫區(qū)移動(dòng)，說(shuō)明雜質(zhì)鋰可能使復(fù)雜硼鎂化合物更容易發(fā)生熱分解。
　　(4)基于結(jié)晶學(xué)原理，利用水熱處理法和均勻溶液沉淀法制備了六角板片狀和織物紋理狀的特殊形貌氫氧化鎂。XRD、FTIR證實(shí)了兩種產(chǎn)物均為氫氧化鎂;粒度分析表明，隨水熱處理時(shí)間增加水熱法產(chǎn)物粒度增加較緩慢，硫化銨法制備產(chǎn)物粒度較大、分布較寬。對(duì)各晶面尺寸相對(duì)大小比對(duì)可發(fā)現(xiàn)，在氨法、水熱法和硫化銨法三種反應(yīng)體

7、系下氫氧化鎂晶體優(yōu)先發(fā)育面不同:水熱處理后的氫氧化鎂晶體(001)與(101)面比較是優(yōu)先發(fā)育面，硫化銨法則是(101)面為優(yōu)先發(fā)育面，而氨法則呈現(xiàn)(101)面與(001)面呈競(jìng)爭(zhēng)發(fā)育的趨勢(shì)。
　　(5)用BFDH法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)計(jì)算，結(jié)果表明氫氧化鎂理想晶體的生長(zhǎng)形態(tài)為六角片狀，(001)非極性面最穩(wěn)定，(100)晶面次之，(101)面暴露較少，計(jì)算結(jié)果與經(jīng)水熱處理后實(shí)際晶體的形貌非常相似。用量子化學(xué)方法，計(jì)算了氫氧化鎂顯露晶面(