三水碳酸镁晶体微观形貌调控及其形成机理研究

High quality mineral resource of magnesite has low utilization in China, low-grade magnesite is discarded and stacked, which is a great waste of mineral resources. In order to highly using magnesite resource, the aims of this project are to synthesize spherical, sectorial, radial and petaliform nesquehonite crystals with low-grade magnesite(MgO content is between 35 per cent and 42 percent)as a raw material synthesizes. The influences of the super saturation, solution pH, temperature and crystal-growing controlling agents level on crystal morphology are studied. Appling fields (microwave,electric,magnetic and so on) control the crystal structure unit dimension and the anisotropic growth in different parts of space and reveal the relasionship among crystal structure unit dimension change, steric configuration and crystal microstructure. The laws of nesquehonite crystal growth are shown by monitoring the kinetics of the hydration process and studying the crystal growth behavior. They explain the formation mechanism of crystal feature variety which provides the theory basis for building micro-nanometer materials knowledge framework. The research enriches the theories and methods of magnesium carbonate crystal morphology preparation controllable and lays the foundation of the science of inorganic micro-nanometer materials preparation controllable and low-cost, high-performance industrial production of nesquehonite fine magnesium salts. The conclusions of this project will largely improve added- value of low-grade magnesite and accelerate the development of magnesite industrial in China.

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。为了高效利用镁矿资源，申请课题拟以低品位菱镁矿(MgO含量35%-41%)为原料，合成出球形、扇形、放射状、花瓣状三水碳酸镁晶体，研究溶液过饱和度、溶液pH值、反应温度及晶形控制剂对晶体生长形貌的影响；采用外加场(微波、电、磁等)手段调控晶体结构单元维度及其在不同空间区域的各向异性生长，揭示晶体生长基元空间构型与宏观溶液组成及晶体微观形貌之间的关系；通过监测晶体水合动力学过程，研究晶体结晶生长习性，揭示三水碳酸镁晶体生长规律，阐明晶体形貌多样性形成机理，为构建微纳米材料知识框架提供理论依据。研究成果丰富了碳酸镁晶体形貌可控制备的理论和方法，对无机微纳米材料形貌可控制备及低成本、高性能精细镁盐工业化生产奠定科学基础。我国拥有丰富的低品位菱镁矿，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。

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。为了高效利用镁矿资源，申请课题拟以低品位菱镁矿(MgO 含量35%-41%)为原料，合成出了颗粒状、扇形、放射状、花瓣状及束状三水碳酸镁晶体，通过研究溶液过饱和度、溶液pH值、反应温度及晶形控制剂对晶体生长形貌的影响；采用微波场手段调控晶体结构单元维度及其在不同空间区域的各向异性生长，揭示反应体系溶液组成及棒状形貌晶体微观形貌之间的关系；通过测定反应体系中镁离子浓度及反应体系pH,测定反应体系中镁离子向三水碳酸镁晶体转化的转化率，分别建立了棒状、放射状及束状晶体的水合动力学模型。通过研究晶体结晶生长习性，揭示三水碳酸镁晶体生长规律：随着镁离子初始浓度的增大，晶体相貌由放射状向扇形转变，并最终转变为棒状形貌。通过分析镁离子与铵离子之间的作用方式，提出了Mg(NH3)y2+络合物的存在及其晶核在表面活性剂的作用下的特定排列，促使不同形貌晶体的结晶生长发育，并阐明了晶体形貌多样性形成机理，该研究为构建微纳米材料知识框架提供理论依据。课题研究成果丰富了碳酸镁晶体形貌可控制备的理论和方法，对无机微纳米材料形貌可控制备及低成本、高性能精细镁盐工业化生产奠定科学基础。我国拥有丰富的低品位菱镁矿，低品位菱镁矿探明储量8.4×108t，利用丰富的低品位菱镁矿制备特殊形貌的三水碳酸镁精细镁盐化工产品，不仅能够充分利用大量废弃的菱镁矿，拓宽低品位菱镁矿应用范围，提高矿产资源利用率，实现节能减排及环境污染治理，从根本上缓解菱镁矿富矿资源紧缺的局面；而且可以提升镁盐企业生产力，提高产品附加值，并进一步增强我国精细镁盐化工产品在国际市场上的竞争力。课题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。