利用電石渣和氯化鎂制氫氧化鎂工藝研究

，，洪玲，

(1.石河子大學化學化工學院,新疆石河子 832003；2.新疆伊利職業技術學院)

電石渣是電石法制乙炔過程產生的廢棄物，每消耗1 t電石，要產生1.2～1.5 t電石渣[1-2]，其主要成分是氫氧化鈣，含量高達85%(質量分數)以上。由于電石渣所含雜質較多，而且復雜，故其利用率較低。據報道，大部分電石廠產生的電石渣基本都是露天堆放，不僅占用大量土地，還污染環境。目前利用電石渣制氫氧化鎂的研究還未見文獻報道。中國有豐富的鎂資源[3]，鹽湖、海水、地下鹵水等都含有儲量巨大的鎂鹽，目前鹽湖工業主要以生產鉀鹽為主，而副產物鎂鹽則任意堆放或是用來生產廉價的六水氯化鎂和七水硫酸鎂，或以礦石的形式直接出口，造成了鎂資源的浪費。目前，國內外對環境友好的綠色阻燃劑氫氧化鎂[4]的需求越來越大，故開展利用電石渣和鹽湖氯化鎂制氫氧化鎂不但可以獲得較高的經濟效益，還可以解決電石渣和鹽湖鎂鹽大量堆放產生的環境問題，具有明顯的經濟、環境和社會效益，可以促進電石產業和鉀鹽工業的可持續發展。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

電石渣主要成分為Ca(OH)2。將電石渣和氯化銨反應，生成的氨氣通入氯化鎂溶液制備氫氧化鎂，主要反應式如下：

1.2 實驗原料及預處理

電石渣為新疆天業集團有限公司生產乙炔氣體剩下的廢棄物。將電石渣在105 ℃預處理，使其中的硫化氫、磷化氫和乙炔殘氣等雜質與電石渣分離，以免影響氨氣的純度以及氫氧化鎂的生成率。

氯化鎂是青海格爾木鹽田生產鉀鹽產生的副產物。取一定量鹽湖氯化鎂加入少量蒸餾水溶解，減壓抽濾，濾液重結晶2～3次。將氯化鎂晶體配制成一定濃度的溶液備用。

1.3 實驗方法

將過量的電石渣與氯化銨在85～95 ℃下反應，生成的氨氣通入氯化鎂溶液中，不斷攪拌，生成白色氫氧化鎂沉淀。將物料離心分離，然后用蒸餾水洗滌至濾液中無Cl-為止(滴加AgNO3溶液無明顯沉淀)，在90 ℃干燥即得粉末狀氫氧化鎂。

1.4 產品檢測

根據HG/T 3607—2007《工業氫氧化鎂》,采用EDTA絡合滴定法測定氫氧化鎂純度。采用X射線衍射儀(D8-ADVANCE型)和掃描電鏡(JSM-6490LV型)對氫氧化鎂產品進行表征。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

以電石渣和鹽湖氯化鎂為原料，以氫氧化鎂的生成率為考查指標，通過單因素實驗(固定條件：陳化時間為2.5 h)，確定制備氫氧化鎂的較佳條件：氯化銨與氯化鎂物質的量比為4.5，氯化鎂濃度為1.5 mol/L，反應時間為60 min，反應溫度為25 ℃。

2.2 正交實驗

根據單因素實驗設計正交實驗，以優化實驗條件。正交實驗因素及水平見表1，實驗方案及結果見表2。根據表2結果，并結合投入與產出的關系，得出優化工藝條件：氯化銨與氯化鎂物質的量比為5.0，氯化鎂濃度為2.0 mol/L，反應時間為60 min，反應溫度為25 ℃。

表1 正交實驗因素及水平

2.3 陳化時間對氫氧化鎂生成率的影響

在上述優化條件下考察不同的陳化時間對氫氧化鎂生成率的影響，結果見圖1。由圖1看出，陳化時間的延長有利于氫氧化鎂生成率的提高。陳化時間為2 h時，氫氧化鎂的生成率最大，之后變化很小。故選擇陳化時間為2 h。

表2 正交實驗方案及結果

圖1 陳化時間對氫氧化鎂生成率的影響

2.4 驗證實驗

利用電石渣和氯化鎂為原料，在優化條件下制備氫氧化鎂，考察氫氧化鎂的生成率，并根據HG/T 3607—2007《工業氫氧化鎂》對產品質量進行檢測，共進行了4組實驗，結果見表3。由表3看出，氫氧化鎂產品純度在98%以上，其他指標均符合現行工業氫氧化鎂行業標準。

表3 驗證實驗及氫氧化鎂樣品純度檢測結果

2.5 XRD和SEM表征

圖2是氫氧化鎂XRD譜圖。由圖2看出：衍射峰值與文獻值(JCPDS7-239)一致，可知產品為氫氧化鎂；圖中無其他雜質峰說明氫氧化鎂純度較高。圖3為氫氧化鎂SEM照片。由圖3看出，氫氧化鎂為片狀，粒徑分布較均勻，平均粒徑在800 nm左右。

圖2 氫氧化鎂樣品XRD譜圖 圖3 氫氧化鎂樣品SEM照片

3 結論

利用電石渣和氯化鎂制取氫氧化鎂是可行的。利用氯化銨與電石渣反應，最后又有氯化銨生成，氯化銨可循環利用，可以解決氨法制氫氧化鎂的氨氣污染環境的問題。最佳工藝條件：氯化銨與氯化鎂物質的量比為5.0，氯化鎂濃度為2.0 mol/L，反應時間為60 min，反應溫度為25 ℃，陳化時間為2 h。在此條件下制取氫氧化鎂的生成率可達到89.30%，氫氧化鎂產品粒徑在800 nm左右，純度在98%以上。

[1] 閆琨,周康根.電石渣綜合利用研究進展[J].環境科學導刊,2008,27(增刊):103-106.

[2] 呂鋼,李珺瑋,邱楊率,等.電石渣制備石膏晶須關鍵因素研究[J].非金屬礦,2008,31(6):19-21.

[3] 郭光遠.利用鹽湖水氯鎂石制備高純氫氧化鎂[J].化工礦物與加工,2007,36(9):3-5.

[4] 郭會仙,曾波,王國棟.氫氧化鎂生產現狀及市場分析[J].無機鹽工業,2010,42(3):7-10.