专利名称：一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法
技术领域：
本发明涉及无机非金属材料的制备领域，具体地，本发明涉及一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法。
背景技术：
我国盐湖资源丰富，其中含有大量的镁资源，青海钾肥厂每年副产氯化镁超过 2000万吨，这些副产的氯化镁资源没有得到有效地利用而被外排到盐湖中，这不仅造成资源的巨大浪费而且会产生严重的环境问题。因此开发出适应市场需求的高附加值的镁产品将成为一个重要研究方向。纳米级氧化镁是随着纳米材料技术的发展而诞生的一种新型功能精细无机材料， 由于颗粒细小化而具有不同于本体材料的热、电、光、力学和化学特性，广泛应用于新型耐火材料的合成、电气绝缘材料、高级陶瓷材料、金属催化剂载体、酸性气体吸附剂、橡胶填充剂等领域，有着广阔的应用前景和巨大的经济潜力。目前文献报道的关于纳米级氧化镁的制备方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、醇盐水解法、气相法、电解法等。翟学良等人(海湖与化工，1996,25 ) 5-8)以氨水和卤水为原料，无水乙醇为反应介质，采用超临界干燥法制得50 IOOnm的氧化镁粉体。这种方法操作条件要求高，不易工业化生产。张近，王志奎等人(陕西师范大学学报， 1999(1) :82-84)将一定浓度的氯化镁溶液与氨水或尿素溶液混合，在一定温度下反应生成Mg (OH)2沉淀，经过滤、洗涤、干燥后在400°C左右煅烧制得纳米氧化镁。该方法的缺点是中间产物Mg(OH)2过滤困难，工艺条件不易控制。K. Chhor等(Materials Chemistry and Physical, 2005,40(1) :63-68)将镁的螯合物在乙醇中加热分解，得到的中间产物于500 600°C进行热分解，得到一次粒径小于IOOnm的立方晶型MgO。该方法的缺点是在反应中易发生不均勻成核，原料成本高。Watari等(Journalof Chemical Society of Japan, 1984(6) :1075-1076)用镁蒸气和氧气进行气相反应制得矩形或立方形纳米氧化镁，粒径在 50-400nm。Ooga B. Koper 等(Chemical Materials, 1997(11) :2468-2480)将甲醇镁转化为氢氧化镁凝胶，经超临界干燥和真空脱水得到纳米氧化镁，该方法的缺点是工艺技术复杂，能耗高，成本高。
发明内容
本发明的发明人针对上述制备纳米微米氧化镁存在的问题，为了充分利用我国盐湖氯化镁资源，成功发明了一种原料来源丰富、工艺流程简单，产品可控制性强的纳米微米级氧化镁的生产方法。本发明的目的在于提供一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法。本发明提出了一种利用盐湖氯化镁资源生产纳米级氧化镁的新方法，其工艺流程见图1。本发明的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法包括以下步骤1)将氯化镁和碳酸盐溶液同时滴加到反应器中，反应温度为10 50°C，并搅拌直到滴加结束，得到乳液，将得到的乳液过滤、洗涤、干燥后得到三水碳酸镁晶体；2)将步骤1)中得的三水碳酸镁晶体以7 12°C/min的升温速率升至900 1300°C后煅烧，得到纳米微米级高纯氧化镁。根据本发明制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，所述的步骤1)中氯化镁和碳酸盐的浓度相同为0. 1 lmol/L ；所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵或其他可溶性碳酸盐，氯化镁和碳酸盐溶液的滴加速度为5 lOr/min ；所述的干燥为50°C下干燥他。在本发明的一具体实施例中，根据本发明的方法包括以下步骤(1)配制lmol/L的MgCl2溶液和等摩尔浓度的碳酸盐溶液(Na2CO3, (NH4)2CO3)，待 MSMPR反应器中反应温度恒定后，用蠕动泵将MgCl2溶液和碳酸盐溶液以相同的滴加速度滴加到MSMI5R反应器中，以300r/min的搅拌速度搅拌直到滴加结束，将得到的乳液过滤、洗涤、50°C下干燥他后即制得三水碳酸镁晶体。MgCl2溶液和碳酸盐的浓度可以在0. 1 lmol/L之间；三水碳酸镁晶体的合成温度可以在10 50°C之间。(2)将⑴中制得的三水碳酸镁晶体，以7 12°C /min的升温速率升至900 1300°C后煅烧1 3h，即得到纳米级高纯氧化镁。本发明提出的以盐湖氯化镁资源利用为背景的制备纳米微米氧化镁的方法，以氯化镁溶液和可溶性碳酸盐为原料，在10 50°C的反应温度下合成三水碳酸镁晶体，当温度低于10°C得到的为五水碳酸镁晶体，当温度高于50°C时得到碱式碳酸镁晶体，得到的三水碳酸镁晶体相比于Mg(OH)2更容易过滤、分离，工艺条件也更加简单，以7 12°C /min的升温速率升至900 1300°C后将三水碳酸镁煅烧1 3h，同时煅烧温度会影响得到的氧化镁的粒度，当温度高于1300°C得到主要是微米级氧化镁，低于900°C得到主要是纳米级氧化镁，在900 1300°C煅烧后得到的氧化镁为立方晶型，相比煅烧氢氧化镁得到的产品具有更好粒度和晶型，性能也更加优越，体现在具有更小的空隙度和比表面积，产品更加致密通过测定得到氧化镁的粒度分布及SEM图可以看出其粒度较均勻。通过BET方法测出制得氧化镁样品的孔隙率在4%以内，比表面积在1. 76 30. 37m2/g之间。本发明的优点是工艺流程简单，原料来源丰富，生产成本低，产品可控制性强通过控制反应温度、反应物浓度、溶液滴加速度、煅烧温度、保温时间等对产品的粒度进行控制， 易于工业化生产，得到的氧化镁产品粒度在50 300nm，纳米级氧化镁的粒度范围通常认为在7 IOOnm之间，因此通过本发明制备得到的50 300nm之间氧化镁称之为纳米微米级氧化镁。氧化镁纯度大于99. 1%，产品具有广泛的应用价值。
图1为利用盐湖氯化镁资源制备纳米微米氧化镁的工艺流程图；图2为实施例1中合成温度为50°C时合成三水碳酸镁的SEM图；图3为实施例4中合成温度为10°C时合成三水碳酸镁的SEM图；图4为实施例1中三水碳酸镁900°C下煅烧Ih所得氧化镁SEM图；
图5为实施例2中三水碳酸镁900°C下煅烧Ih所得氧化镁SEM图；图6为实施例3中三水碳酸镁900°C下煅烧池所得氧化镁SEM图；图7为实施例4中三水碳酸镁900°C下煅烧池所得氧化镁SEM图8为实施例5中三水碳酸镁1100°C下煅烧池所得氧化镁SEM图；图9为实施例6中三水碳酸镁1300°C下煅烧池所得氧化镁SEM图。
具体实施例方式实施例1将浓度lmol/L的MgCl2溶液和浓度lmol/L的N C03溶液用蠕动泵以lOr/min的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为50°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体，其SEM图如图 2所示，将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以7°C /min的升温速率升温至900°C后煅烧lh，得到氧化镁样品，如图4所示，(此时得到氧化镁无规则形状，可不写)。经检测粒度在70 IOOnm范围，纯度达到99%，比表面积为28. 62m2/g。实施例2将浓度lmol/L的MgCl2溶液和浓度lmol/L的(NH4) 2C03溶液用蠕动泵以5r/min 的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为50°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体。将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以7°C /min的升温速率升温至900°C后煅烧lh，得到氧化镁样品，如图5 所示，经检测粒度在50 80nm范围，纯度达到99. 1%，比表面积为30. 37m2/g。实施例3 将浓度0. 5mol/L的MgCl2溶液和浓度0. 5mol/L的(NH4) 2C03溶液用蠕动泵以5r/ min的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为50°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体。将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以7°C /min的升温速率升温至900°C后煅烧池，得到氧化镁样品，如图6所示，经检测粒度在80 IOOnm范围，纯度达到99. 2%，比表面积为12. 17m2/g。实施例4将浓度lmol/L的MgCl2溶液和浓度lmol/L的(NH4) 2C03溶液用蠕动泵以5r/min 的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为10°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体，如图3所示， 将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以7°C /min的升温速率升温至900°C后煅烧池，得到氧化镁
样品，如图7所示，经检测粒度在70 IOOnm范围，纯度达到99. 1%，比表面积为14. 52m2/ g°实施例5将浓度lmol/L的MgCl2溶液和浓度lmol/L的N C03溶液用蠕动泵以lOr/min的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为40°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体。将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以9°C /min的升温速率升温至1100°C后煅烧3h，得到氧化镁样品，如图8 所示，得到的氧化镁为立方晶型。经检测粒度在150 250nm范围，纯度达到99. 3%，比表面积为4. 78m2/g。实施例6将浓度lmol/L的MgCl2溶液和浓度lmol/L的Na2CO3溶液用蠕动泵以5r/min的滴加速度同时滴加到MSMPR结晶反应器中，保持反应器温度为50°C，以300r/min的搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温，真空抽滤，并用蒸馏水洗涤2 3次以除去滤饼中夹带的离子，然后将滤饼在50°C下干燥他后即得到三水碳酸镁晶体。将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以12°C /min的升温速率升温至1300°C后煅烧池，得到氧化镁样品，如图9 所示，得到的氧化镁为立方晶型。经检测粒度在200 300nm范围，纯度达到99. 4%，比表面积为1. 76m2/g。
权利要求
1.一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤1)将氯化镁和碳酸盐溶液以相同的速度同时滴加到反应器中，反应温度为10 50°C， 并搅拌直到滴加结束，得到乳液，将得到的乳液过滤、洗涤、干燥后得到三水碳酸镁晶体；2)将步骤1)中得到的三水碳酸镁晶体以7 12°C/min的升温速率升至900 1300°C 后煅烧，得到纳米微米级高纯氧化镁。
2.根据权利要求1所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，氯化镁和碳酸盐的摩尔浓度相同。
3.根据权利要求2所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，氯化镁和碳酸盐的摩尔浓度为0. 1 lmol/L。
4.根据权利要求1所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，所述的步骤1)中的碳酸盐为可溶性碳酸盐。
5.根据权利要求1所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，在所述的步骤1)中氯化镁和碳酸盐溶液的滴加速度为5 lOr/min。
6.根据权利要求1所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的将乳液过滤、洗涤后在50°C下干燥他得三水碳酸镁晶体。
全文摘要
本发明涉及一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法。所述的方法包括以下步骤1)将氯化镁和碳酸盐溶液同时滴加到反应器中，反应温度为10～50℃，并搅拌直到滴加结束，得到乳液，将得到的乳液过滤、洗涤、干燥后得到三水碳酸镁晶体；2)将步骤1)中得的三水碳酸镁晶体以7～12℃/min的升温速率升至900～1300℃后煅烧，得到纳米微米级高纯氧化镁。其中氯化镁和碳酸盐的浓度相同为0.1～1mol/L，滴加速度为5～10r/min。本发明的优点是工艺流程简单，原料来源丰富，生产成本低，产品可控制性强通过控制反应温度、反应物浓度、溶液滴加速度、煅烧温度、保温时间等对产品的粒度进行控制，易于工业化生产。
文档编号C01F5/02GK102452675SQ20101051453
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者李志宝, 翟坤明 申请人:中国科学院过程工程研究所