碳酸镁晶须微观结构演变规律及晶型稳定化研究

我国菱镁矿优质矿产资源利用率偏低，且大量低品位菱镁矿被废弃并占地堆放，造成资源极大浪费。为了高效利用镁资源，本课题拟对低品位菱镁矿选矿提纯、碳酸镁晶须微观结构演变规律及晶型稳定化处理进行研究。具体内容包括：利用选择性浸出法提纯低品位菱镁矿；利用提取的镁离子合成具有不同结构的碳酸镁晶须，通过对碳酸镁晶须结构测试及性能表征，确定碳酸镁晶须稳定存在条件，在此基础上研究同一反应体系中不同结构碳酸镁晶须的生长过程，掌握碳酸镁晶须微观结构的演变规律；为了提高碳酸镁晶须的稳定性能，对碳酸镁晶须进行晶型稳定化处理：通过加入适宜的晶型稳定剂来封闭碳酸镁晶须表面与水发生作用的活性点，实现不同结构碳酸镁晶须的晶型稳定，提高产品质量，降低生产成本，进一步扩大其应用领域，为低成本、高性能碳酸镁晶须的工业化生产奠定基础。我国拥有丰富的低品位菱镁矿资源，研究成果将大幅提高低品位菱镁矿的附加值，加快我国菱镁矿工业发展。

为了高效利用低品位菱镁矿，本课题对低品位菱镁矿选矿提纯、碳酸镁晶须微观结构演变规律及晶型稳定化处理进行研究。完成内容包括：①利用选择性浸出法提纯低品位菱镁矿并确定出试验参数。分别采用氯化铵法和碳酸化法浸提轻烧氧化镁中的镁离子，对比发现，采用氯化铵法，采用间接加药方式，镁离子浸出率高达89%。采用碳酸化法浸提镁离子的浸出率为90.1%。并对浸提镁元素后的滤饼中其他有用组分进行了分离提纯，分别提取出二氧化硅、三氧化二铁、氢氧化铝及碳酸钙等产物。②利用提取的镁离子合成出具有不同结构的碳酸镁晶须，确定出晶须合成过程中的影响因素。得出五水碳酸镁晶须的合成条件为：反应液中Mg2+初始浓度为0.5mol/L，NH4HCO3初始浓度为1.0 mol/L时，在反应温度为10℃时，获得的产物为五水碳酸镁晶体；确定出高长径比三水碳酸镁晶须的合成条件为：反应温度50℃，反应物浓度0.5mol/L，反应时间60min，镁盐滴加速率4.0ml/min，pH值9.5，搅拌速度120rpm，表面活性剂为磷酸二氢钾，最佳添加量为1.3%，合成的晶须产品长度245μm、长径比高达32。通过XRD、SEM、FTIR测试分析，确定出三水碳酸镁晶须在反应温度小于60℃时能够稳定存在，当反应温度超过60℃时，三水碳酸镁晶须将向碱式碳酸镁晶须转变。③确定出液相微波法合成三水碳酸镁晶须的试验参数。在无添加剂条件下，采用液相微波法制备三水碳酸镁晶须的理想试验条件为：MgSO4•7H2O浓度为0.5mol/L，NH4HCO3浓度为1.30mol/L，反应时间6min，微波辐照强度为400W，该条件下制备出的MgCO3•3H2O晶须长度172μm、直径10.20μm，长径比高达16.86。④揭示了碳酸镁晶须微观结构的演变规律。在碳酸镁晶须晶体演变过程中，五水碳酸镁晶须随着反应温度的升高，直接演变为三水碳酸镁晶体，三水碳酸镁在升温过程中亦直接演变为四水碱式碳酸镁，无中间物相的出现。⑤ 对三水碳酸镁晶须进行了稳定化处理研究，提出了油酸钠可以提高三水碳酸镁晶体稳定性的原因在于晶体表面裸露的镁离子与油酸根相互作用生成了性能更加稳定的油酸镁。油酸镁不仅抑制了反应环境与晶须晶体之间的热量传递、而且阻止了在较高温度下晶体微结构的相变，最终使得晶须晶体结晶形态未发生改变。该研究成果将大幅提高低品位菱镁矿附加值，加快我国菱镁矿工业发展。