一种制备碱式硼酸镁晶须的方法与流程

本发明涉及无机材料制备技术领域，具体地，涉及一种制备碱式硼酸镁晶须的方法。

背景技术：

我国是一个海盐生产大国，漫长的海岸线为我国海盐生产提供了保证。我国的海盐产量居世界第一位，年产海盐2300万吨，每年副产苦卤2000万m3，其中氯化镁，硫酸镁的资源量分别达379.2万吨和175.2万吨。虽然在制盐过程中副产的苦卤里各种化学元素较海水浓缩了40倍左右，是提取海水中化学元素的极佳原料，但受技术水平的限制，苦卤的利用率不足20%，大量的苦卤资源排入大海或在盐田循环，既造成了资源的浪费又影响了近海海域的生态平衡。实现苦卤彻底的综合利用是解决我国陆地资源不足的有效措施，是实现海盐生产节能减排的必要保证，也是海盐化工迫在眉睫急需解决的问题。

苦卤中镁资源相当丰富，苦卤中镁离子的浓度为60g/l，约为海水中的50倍，是制备镁盐晶须的极优良原材料。传统制备镁盐晶须时，研究人员都是将注意力放在如何先除去苦卤杂质，然后再去制备预期的材料，或者是边制备边除杂，又或者先初步制得粗产品，再去除杂等。无论是哪一种，由于都有复杂的除杂，因而都会给环境带来损害。所以这种“要么利用资源破坏环境，要么不利用资源保护好环境”的矛盾关系便成为开发利用资源的科学瓶颈问题。

2015年吴健松等首次公开直接利用广东徐闻盐场苦卤为原料，在不经提纯分离苦卤的情况下直接加入碱液作为沉淀剂，同时制备了优质的碱式氯化镁晶须、碱式硫酸镁晶须和碱式碳酸镁晶须，免去了极其繁杂的除杂过程。但是，到目前为止，还未见不经过除杂单独制备碱式硼酸镁晶须的报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种制备碱式硼酸镁晶须的方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，包括如下步骤：在搅拌状态下向苦卤中加入混合碱液，先在47～53℃条件下反应15h，然后在175～185℃条件下反应18h后出样，干燥得到碱式硼酸镁晶须；所述混合碱液由0.8mol/l的naoh溶液和1mol/l的na2b4o7溶液按照1：1的体积比混合而成；所述混合碱液与苦卤的体积比为3∶5～2∶3。

本发明通过研究发现，只有复合碱液的种类、浓度、配比，复合碱液与苦卤的用量比值，水热反应温度会影响晶须的质量和产率，而复合碱液的加入速度对于晶须的质量和产率没有显著差异影响。

优选地，所述苦卤来源于察尔汗盐湖、雷州盐场或徐闻盐场。

更优选地，所述苦卤来源于察尔汗盐湖盐场。

优选地，所述混合碱液与苦卤的体积比为2∶3。

优选地，先在50℃条件下反应15h，然后在180℃条件下反应18h。

青海察尔汗盐湖来源的苦卤中镁离子浓度一般为2.8mol/l，当混合碱液与苦卤的体积比为2:3时，混合碱液中naoh与镁离子的摩尔比为3：35，na2b4o7与镁离子的摩尔比为5：28，在这样条件下得到的碱式硼酸镁晶须的差率和质量最高。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过精确控制复合碱液的种类、浓度、配比，复合碱液与苦卤的用量比值，水热反应温度，从而获得长径比符合晶须要求，晶须纯度符合工业应用要求的碱式硼酸镁晶须。本发明尤其适合以青海察尔汗盐湖来源的苦卤为原料来制备碱式硼酸镁晶须。

附图说明

图1为碱式硼酸镁晶须的sem图。

图2为碱式硼酸镁晶须的xrd衍射图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

发明人分别从察尔汗盐湖、徐闻盐场和雷州盐场采集苦卤，并测定了各种来源的苦卤的组要组分，结果见表1。

表1为三种来源的苦卤主要组分分析结果

实施例1

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，包括如下步骤：

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制0.8mol/l的naoh溶液和1mol/l的na2b4o7溶液，然后将此两种溶液等体积混合（简称混合碱液）。

s3.取苦卤溶液100ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入混合碱液60ml。继续在50℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为180℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，即得碱式硼酸镁晶须。

测定所得晶须的xrd、sem、元素分析结果，sem测试表明是晶须状（见图1），xrd测试结果表明是碱式硼酸镁（见图2），元素分析（见表2）表明是碱式硼酸镁晶须的化学式：mgbo2(oh)。晶须产率为96%，晶须长径比为22:1，晶须质量优，完全符合工业应用的需求。

表2碱式硼酸镁晶须元素分析数据

实施例2

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，包括如下步骤：

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制0.8mol/l的naoh溶液和1mol/l的na2b4o7溶液，然后将此两种溶液等体积混合（简称混合碱液）。

s3.取苦卤溶液90ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入混合碱液60ml。继续在50℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为180℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，即得碱式硼酸镁晶须。xrd衍射和元素分析均证明碱式硼酸镁晶须的化学式为：mgbo2(oh)，sem测试表明是晶须产率为97%，晶须长径比为：23∶1。

实施例3

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，包括如下步骤：

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制0.8mol/l的naoh溶液和1mol/l的na2b4o7溶液，然后将此两种溶液等体积混合（简称混合碱液）。

s3.取苦卤溶液100ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入混合碱液60ml。继续在53℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为175℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，即得碱式硼酸镁晶须。xrd衍射和元素分析均证明碱式硼酸镁晶须的化学式为：mgbo2(oh)，sem测试表明是晶须产率为95%，晶须长径比为：20∶1。

对比例1

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，基本步骤同实施例1，除了复合碱液不同。

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制1.6mol/l的naoh溶液和2mol/l的na2b4o7溶液，然后将此两种溶液等体积混合（简称混合碱液）。

s3.取苦卤溶液100ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入混合碱液60ml。继续在50℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为180℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，本实施例不能得到碱式硼酸镁晶须。xrd衍射杂峰很多，表明是多种物质混合体。sem测试表明仅有16%为晶须状物质。

对比例2

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，除了碱液不同，基本步骤同实施例1。

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制2mol/l的na2b4o7溶液。

s3.取苦卤溶液100ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入na2b4o7溶液60ml。继续在50℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为180℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，本实施例不能得到碱式硼酸镁晶须。xrd衍射杂峰很多，表明是多种物质混合体。sem测试表明无晶须状物质生成。

对比例3

一种制备碱式硼酸镁晶须的方法，除了苦卤与混合碱液的用量比值不同，基本步骤同实施例1。

s1.取300ml苦卤（苦卤取于青海察尔汗盐湖），过滤并弃去不溶物。

s2.配制0.8mol/l的naoh溶液和1mol/l的na2b4o7溶液，然后将此两种溶液等体积混合（简称混合碱液）。

s3.取苦卤溶液200ml，置于250ml的锥形瓶内，并将锥形瓶内置于50℃水浴锅至50℃。然后在搅拌状态下慢滴加入混合碱液60ml。继续在50℃下水浴15h。

s4.将s3的反应物装入水热反应釜中，设定水热反应温度为180℃，反应18h后出样。将样品于烘箱（t=80±3℃,t=24h）烘干，即得碱式硼酸镁晶须。xrd衍射图表明各种杂质峰众多，不是纯物质，sem测试表明是晶须产率仅为50%，晶须长径比为：12∶1，产品纯度不符合要求。