本发明涉及无机盐工业的技术领域，更具体地，涉及一种利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的方法。
背景技术：
干涸盐湖的盐卤，指的是一些青海盐湖由于常年风吹、日晒和强烈蒸发，使得盐湖处于干涸或半干涸状态，远远望去就如同拖拉机刚刚耕过的土地一样。干涸盐湖中的盐卤，即是指高浓度卤水失去水分后而凝结为固体块状的盐块。在这种盐卤中含有丰富的氯化镁、氯化钠等无机盐。碱式硫酸镁晶须是一种新型无机阻燃、增强纤维材料，呈单晶结构。盐卤中复杂的无机盐组成使得难以利用盐卤制备碱式硫酸镁晶须，大宗利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须十分困难。目前，还没有利用盐卤制备碱式硫酸镁晶须的方法，急需利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的方法，包括如下步骤：
S1. 用水将盐卤溶解，制得苦卤，所述苦卤中镁离子浓度为2.3~3.2 mol/L；
S2. 在苦卤中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，然后在温度为87~93 ℃、pH值为12.0~12.6、空气流动速度为5.0~8.5m/s的条件下，水分蒸发91~101h，过滤沉淀得到碱式硫酸镁晶须；所述苦卤与所述Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为2.8~3.3:1，所述Na2SO4/NaOH混合溶液中的Na2SO4浓度为0.85~1.15mol/L，所述Na2SO4/NaOH混合溶液中的NaOH浓度为0.40~0.60mol/L。
优选地，所述制备方法还包括如下步骤：
S3. 将S2.过滤后的滤液继续进行水分蒸发至镁离子浓度为2.1~3.1mol/L，然后过滤，取滤液；
S4. 往S3.的滤液中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，重复S2.的操作，进行循环。
生产中，将盐卤溶解于体积较大的露天人造盐池（如长×宽×高=5×3×0.5米3）中后，控制好水的用量，使得盐卤溶于水后处于或接近高浓度状态，即亚稳态，处于这种状态的浓盐体系一旦加入沉淀剂就很易析出结晶。根据能够析出碱式硫酸镁晶须的条件，控制好加入的Na2SO4和NaOH的浓度以及用量，控制好pH、反应温度、反应时间，即可制备得碱式硫酸镁晶须。
上述盐池里苦卤的浓盐体系，加入一定量的硫酸钠和碱，随着水分蒸发，可生成碱式硫酸镁晶须，其反应式如下：
碱式硫酸镁晶须经过滤分离后，收集可得碱式硫酸镁晶须。滤液中主要是水、氯化钠和其他可溶性盐等物质，此时，滤液体系中镁离子浓度必然减小。如果将滤液继续蒸出水分，而氯化钠（及一些溶解度较小的盐）也由于水的减少而析出，但氯化镁却不会析出，因此氯化镁的浓度必然增大，碱式硫酸镁晶须的生长要求氯化镁有一定的浓度。这时，如果再向体系中注入碱即可进入新一轮的循环。须说明，这种循环也是有限度的，不能无止境循环下去。这是因为：氯化钠、氯化钾及其他一些盐可被析出，水可被蒸出，但是也必然有小部分组分（如铁、铝等离子）却是依然留在体系的，且随着循环次数的增多，这种组分浓度累积越来越大，结果使得晶须样品受到了沾染，晶须纯度降低以致不符合企业使用的规定；一般要求，晶须中，铁的含量不超过0.94%（按Fe2O3称量计算），铝的含量不超过0.85%（按Al2O3称量计算）。
不经提纯分离直接生产镁盐晶须，主要是利用晶须本身具有“自洁性”的特性，它不易受沾染，不易吸咐、夹带杂质，这是晶须与其他无定形沉淀的很大区别，无定形沉淀如絮凝状氢氧化镁却是非常容易吸咐、夹带杂质的。
碱式硫酸镁晶须具有的“自洁性”是指晶须原子排列高度有序、无缺馅、或极少缺馅、难吸附杂质、难被杂质沾染的特性。因此，制备过程不存在复杂的除杂，只要将晶须样品用水洗涤即可。
晶须自洁性的科学依据是：第一，晶须不含(或极少含)有缺陷；第二，晶须表面力场呈高度对称分布且比表面积小，因而不易吸附杂质。根据表面化学理论，表面力场越对称的、比表面积越小的，对杂质的吸附能力就越小，很难发生化学吸附。第三，晶须在生长过程中要求生长基元必须具有特定的稳定能，否则不能进入晶格。不过，晶须的物理吸附倒是肯定存在的，但这种弱的物理吸附只需用水洗涤就可将吸附的杂质去除。但是，晶须笔直生长发挥其自洁性是有条件的，并不是在任何情况下都不会吸附杂质，被杂质沾染。这个条件指的就是晶须生长体系合适的化学、物理条件，如碱的浓度与加入量、体系pH值、反应温度、反应时间等。
本发明使用的干涸盐湖盐卤采用柯柯盐湖的盐卤。
优选地，所述S2.还包括将碱式硫酸镁晶须洗涤、烘干的步骤。
优选地，所述洗涤步骤采用水或Na2SO4溶液洗涤。随着碱式硫酸镁晶须的生成，可能会物理吸附少量杂质生成，物理吸附的少量杂质通过水或Na2SO4溶液处理即可去除。
发明人研究发现，循环次数一般可达12次，一般从第13次开始，发现晶须样品沾有含量超过国家标准规定的含量的铁和铝等杂质。
优选地，所述水分蒸发采用风吹和/或日晒。利用风吹，或者太阳晒，充分利用风能或太阳能，节能环保，有利于降低成本，保护环境。
优选地，所述碱式硫酸镁晶须的化学式为Mg2(OH)2SO4·xH2O (x=0、1、2…N)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用碱式硫酸镁晶须的自洁性，通过控制Na2SO4/NaOH混合溶液的浓度和加入体积，控制好pH、反应温度、反应时间，能够生产得到具有符合要求的晶须纯度的碱式硫酸镁晶须。生产过程，不需要复杂的除杂过程，只要将晶须样品洗涤即可，既有利于高效利用盐卤资源，还有利于保护生态环境；而且碱式硫酸镁晶须产量高，品质优良，适用于实际生产中大规模制备镁盐晶须，具有巨大的应用价值。
附图说明
图1为本发明利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1~4以及对比例1~8的结果中，晶须比率采用扫描显微镜观察估算，结果为质量分数；晶须长径比也采用扫描显微镜观察得到；镁离子的首次利用率是指首次沉淀的镁离子含量占盐卤的镁离子总量的百分数。
需要说明的是，碱式硫酸镁晶须一般要求长径比不小于10:1；不过，也有的要求长径比不小于5:1即可。
实施例1
本实施例的利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的步骤如下：
S1. 在体积为7.5m3的盐池里，引入2吨的盐卤，加入自来水至盐卤全部溶解为止，给予适当的搅拌，得到苦卤，测得溶液体积为3.4m3，过滤，镁离子浓度为2.3 mol/L；
S2. 配制2.300mol/L的Na2SO4溶液和1.000mol/L的NaOH溶液，然后等体积混合，此混合液简称“Na2SO4/NaOH混合溶液”，配制Na2SO4/NaOH混合溶液体积为1.14m3（即，苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为3.0:1），然后引入到上述苦卤中，在温度为87~93 ℃、pH值为12.0~12.6、空气流动速度为5.0~8.5/s的条件下，风吹日晒96h蒸发水分，得到沉淀；用致密的纱布过滤这些苦卤，即可得到碱式硫酸镁晶须；再经洗涤、烘干即得产品；
S3. 将S2.步骤所得的滤液继续风吹日晒将水蒸发带走，直至镁离子浓度为2.600±0.5 mol/L，过滤除去NaCl、KCl等沉淀，取滤液；
S4. 然后往S3的滤液中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，重复S2步骤进入下一次的循环，即S3的滤液与S4的Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比等于S2的苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比相同。
按上述步骤循环，一般循环12次后，反应体系中的杂质组分浓度也随之升高了，这时杂质可沾染晶须，使晶须纯度下降，纯度不符合要求。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为20:1，镁离子的首次利用率为6.8%，产物中晶须比率为96%。
实施例2
本实施例的利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的步骤如下：
S1. 在体积为7.5m3的盐池里，引入2吨的盐卤，加入自来水至盐卤全部溶解为止，给予适当的搅拌，得到苦卤，测得溶液体积为2.8m3，过滤，镁离子浓度为2.8 mol/L；
S2. 配制2.000mol/L的Na2SO4溶液和0.800mol/L的NaOH溶液，然后等体积混合，此混合液简称“Na2SO4/NaOH混合溶液”，配制Na2SO4/NaOH混合溶液体积为0.85m3（即，苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为3.3:1），然后引入到上述苦卤中，在温度为87~93 ℃、pH值为12.0~12.6、空气流动速度为5.0~8.5/s的条件下，风吹日晒91h蒸发水分，得到沉淀；用致密的纱布过滤这些苦卤，即可得到碱式硫酸镁晶须；再经洗涤、烘干即得产品；
S3. 将S2.步骤所得的滤液继续风吹日晒将水蒸发带走，直至镁离子浓度为2.600±0.5 mol/L，过滤除去NaCl、KCl等沉淀，取滤液；
S4. 然后往S3的滤液中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，重复S2步骤进入下一次的循环，即S3的滤液与S4的Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比等于S2的苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比相同。
按上述步骤循环，一般循环12次后，反应体系中的杂质组分浓度也随之升高了，这时杂质可沾染晶须，使晶须纯度下降，纯度不符合要求。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为比为21:1，镁离子的首次利用率为6.9%，产物中晶须比率为97%。
实施例3
本实施例的利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的步骤如下：
S1. 在体积为7.5m3的盐池里，引入2吨的盐卤，加入自来水至盐卤全部溶解为止，给予适当的搅拌，得到苦卤，测得溶液体积为2.5m3，过滤，镁离子浓度为3.2 mol/L；
S2. 配制1.600mol/L的Na2SO4溶液和1.200mol/L的NaOH溶液，然后等体积混合，此混合液简称“Na2SO4/NaOH混合溶液”，配制Na2SO4/NaOH混合溶液体积为0.89m3（即，苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为2.8:1），然后引入到上述苦卤中，在温度为87~93 ℃、pH值为12.0~12.6、空气流动速度为5.0~8.5/s的条件下，风吹日晒101h蒸发水分，得到沉淀；用致密的纱布过滤这些苦卤，即可得到碱式硫酸镁晶须；再经洗涤、烘干即得产品；
S3. 将S2.步骤所得的滤液继续风吹日晒将水蒸发带走，直至镁离子浓度为2.600±0.5 mol/L，过滤除去NaCl、KCl等沉淀，取滤液；
S4. 然后往S3的滤液中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，重复S2步骤进入下一次的循环，即S3的滤液与S4的Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比等于S2的苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比相同。
按上述步骤循环，一般循环12次后，反应体系中的杂质组分浓度也随之升高了，这时杂质可沾染晶须，使晶须纯度下降，纯度不符合要求。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为比为19:1，镁离子的首次利用率为6.8%，产物中晶须比率为98%。
实施例4
本实施例的利用盐卤生产碱式硫酸镁晶须的步骤如下：
S1. 在体积为7.5m3的盐池里，引入2吨的盐卤，加入自来水至盐卤全部溶解为止，给予适当的搅拌，得到苦卤，测得溶液体积为2.8m3，过滤，镁离子浓度为2.8 mol/L；
S2. 配制2.300mol/L的Na2SO4溶液和1.200mol/L的NaOH溶液，然后等体积混合，此混合液简称“Na2SO4/NaOH混合溶液”，配制Na2SO4/NaOH混合溶液体积为0.94m3（即，苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为3.0:1），然后引入到上述苦卤中，在温度为87~93 ℃、pH值为12.0~12.6、空气流动速度为5.0~8.5/s的条件下，风吹日晒96h蒸发水分，得到沉淀；用致密的纱布过滤这些苦卤，即可得到碱式硫酸镁晶须；再经洗涤、烘干即得产品；
S3. 将S2.步骤所得的滤液继续风吹日晒将水蒸发带走，直至镁离子浓度为2.600±0.5 mol/L，过滤除去NaCl、KCl等沉淀，取滤液；
S4. 然后往S3的滤液中加入Na2SO4/NaOH混合溶液，重复S2步骤进入下一次的循环，即S3的滤液与S4的Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比等于S2的苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比相同。
按上述步骤循环，一般循环12次后，反应体系中的杂质组分浓度也随之升高了，这时杂质可沾染晶须，使晶须纯度下降，纯度不符合要求。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为比为22:1，镁离子的首次利用率为6.9%，晶须比率为97%。
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于，减少引入盐卤的质量，使过滤后卤水的镁离子浓度为1.8 mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为12:1，镁离子的首次利用率为2.5%，产物中晶须比率为13%。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，增大引入盐卤的质量，使过滤后卤水的镁离子浓度为3.6 mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为12:1，镁离子的首次利用率为3.2%，产物中晶须比率为1%。
对比例3
对比例1与实施例2的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液体积为1.33m3；此时苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为2.1:1；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为8:1，镁离子的首次利用率为3.1%，产物中晶须比率为3.8%。
对比例4
对比例1与实施例1的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液体积为0.74m3；此时苦卤与Na2SO4/NaOH混合溶液的体积比为3.8:1；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为6:1，镁离子的首次利用率为1.2%，产物中晶须比率为0.5%。
对比例5
对比例1与实施例1的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液的Na2SO4浓度为0.6mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为9:1，镁离子的首次利用率为1.2%，产物中晶须比率为1.8%。
对比例6
对比例1与实施例1的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液的Na2SO4浓度为1.9mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为4:1，镁离子的首次利用率为0.9%，产物中晶须比率为0.82%。
对比例7
对比例1与实施例1的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液的NaOH浓度为0.2 mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
制得的碱式硫酸镁晶须长径比为6:1，镁离子的首次利用率为0.2%，产物中晶须比率为0.6%。
对比例8
对比例1与实施例1的区别在于，Na2SO4/NaOH混合溶液的NaOH浓度为1.8mol/L；
其他原料及操作步骤与实施例2相同。
结果：无晶须生成。
根据实施例1~4以及对比例1~8的结果可知，本发明的实施例1~4能够制备得到的产品中且晶须比率很高，长径比优良，而且镁离子的首次利用率也较高，产品质量好，同时生产效率高。而对比例1~8制得的产品晶须比率很低，有的甚至不能产生晶须。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。