铵光卤石制备无水氯化镁新工艺及基础理论研究

论文题目: 铵光卤石制备无水氯化镁新工艺及基础理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 冶金物理化学

作者: 周宁波

导师: 陈白珍

关键词: 水氯镁石,盐湖,铵光卤石,脱水,无水氯化镁,氧化镁,动力学

文献来源: 中南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 镁作为一种最轻的结构金属材料在各方面的应用正在逐年增加。生产金属镁的方法主要有热还原法和电解法。热还原法炼镁能耗高，工艺落后，生产条件差；电解法炼镁工艺先进，能耗较低，是一种极具发展前景的炼镁方法。电解法炼镁的关键是需制备合适的原料无水氯化镁。我国青海盐湖蕴藏着丰富的镁资源，为电解炼镁提供了大量优质的原料。为了制备低氧化镁含量适合于电解炼镁的无水氯化镁，本文用盐湖水氯镁石和氨法沉镁过滤后的氯化铵溶液为原料，合成铵光卤石，铵光卤石脱水后用有机溶剂法、氨法、气固反应法制备无水氯化镁。以测得的铵光卤石溶解度数据建立了其低温结晶动力学方程；用热重分析法计算了铵光卤石脱水的动力学参数，并研究了氨合氯化镁和氨合铵光卤石的热分解脱氨过程非等温动力学。 对水氯镁石在脱水过程中可能存在的化学反应进行了热力学计算和动力学分析，得出了温度较低时，水氯镁石不易脱水；温度较高时，在脱水的同时不可避免地发生水解反应。无保护气氛条件下110～200℃时，选择适宜的脱水时间可将MgCl2·6H2O转化为MgCl2·2H2O而无水解反应发生；若继续脱水必须在保护气氛下进行，否则脱水的同时会水解。 研究了用盐湖水氯镁石溶液和氨法沉镁过滤后的氯化铵溶液制备铵光卤石的工艺，当溶液中MgCl2和NH4Cl物质的量比1：1，在pH=6.0、温度85℃、搅拌速度500r·min-1、加热1h、7℃冷却结晶4h，过滤烘干，铵光卤石一次结晶产率为60％，二次结晶产率高达80％。测定了铵光卤石在水溶液中不同温度下的溶解度，利用10℃、20℃的溶解度和动力学参数建立了铵光卤石结晶动力学方程。动力学方程证明铵光卤石的低温结晶受单核结晶生长控制。 对铵光卤石脱水进行了热分析研究。铵光卤石的脱水是分步进行的，在110～180℃范围内可脱水为低水铵光卤石，超过此温度范围铵光卤石在脱水的同时会水解。实验证明铵光卤石160℃脱水4h可得结晶水为0.5～1的低水铵光卤石。Freeman-carroll法计算的动力学参数表明，铵光卤石在各温度范围内脱水反应均不是基元反应，而是由多个不同级数的基元反应所控制。 研究了低水铵光卤石甲醇法制备无水氯化镁的工艺条件。低水铵光卤石甲醇混合液的滴加速度≤2.1g·min-1，含氯化铵≥3％的饱和了氨的甲醇溶液中通入氨的流量≥160L·h-1时，氯化镁甲醇配合物与氨取代反应形成的氨合氯化镁沉淀经过惰性气氛下的离心过滤分离，得不含氢氧化镁的氨合氯化镁。氨合氯化镁在氮气保护下，700℃煅烧15min，得颗粒大而均匀氧化镁的质量分数为0.00087的高纯无水氯化镁。经分析无水氯化镁中其它有害杂质元素的含量低，低水铵光卤石转化为无水氯化镁的产

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 国内外镁资源的概述

1.2.1 镁的存在形式

1.2.2 世界镁资源的分布和矿物存在形式

1.2.3 我国青海盐湖的镁资源

1.2.4 青海盐湖镁资源的开发和利用

1.3 镁的生产与应用

1.3.1 镁的生产

1.3.2 镁的应用

1.4 水氯镁石脱水研究进展

1.4.1 水氯镁石脱水工艺研究进展

1.4.2 水氯镁石脱水热力学和动力学研究进展

1.5 无水氯化镁的制备方法

1.5.1 以菱镁矿(MgCO_3)为原料制备无水氯化镁

1.5.2 水氯镁石(MgCl_2·6H_2O)脱水制备无水氯化镁

1.6 本实验研究的内容目的及意义

第二章 水氯镁石脱水反应的热力学计算和动力学分析

2.1 引言

2.2 水氯镁石脱水过程中存在的化学反应

2.3 各反应的热力学函数计算

2.4 温度、浓度对水氯镁石脱水反应的影响

2.5 水氯镁石脱水反应的研究

2.5.1 实验

2.5.2 水氯镁石的DTA-TG分析

2.5.3 水氯镁石的脱水反应

2.6 本章小结

第三章 铵光卤石复盐的制备及结晶动力学研究

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 水氯镁石溶液的制备

3.2.2 氯化铵母液的制备

3.2.3 铵光卤石的制备

3.2.4 铵光卤石溶解度的测定

3.2.5 X射线衍射分析

3.2.6 SEM形貌分析

3.2.7 ICP-AES分析

3.2.8 铵光卤石化学成分的分析

3.3 铵光卤石制备工艺条件的研究

3.3.1 MgCl_2与 NH_4Cl物质的量比对铵光卤石结晶产率及纯度的影响

3.3.2 加热蒸发时间对铵光卤石结晶产率的影响

3.3.3 混合液的pH值对铵光卤石结晶产率的影响

3.3.4 搅拌速度对铵光卤石结晶产率的影响

3.3.5 冷却结晶时间对铵光卤石结晶产率的影响

3.4 二次结晶对铵光卤石结晶产率的影响

3.5 减压蒸馏法制备铵光卤石

3.6 直接蒸发结晶制备铵光卤石

3.6.1 常压直接蒸发结晶

3.6.2 减压直接蒸发结晶

3.7 铵光卤石溶解度的测定

3.8 铵光卤石的结晶化学

3.8.1 铵光卤石低温结晶动力学模型

3.8.2 计算结果及动力学方程

3.9 本章小结

第四章 铵光卤石的热脱水及动力学研究

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 铵光卤石脱水

4.2.2 脱水结果的测定

4.2.3 铵光卤石的综合热分析

4.3 铵光卤石的 TG-DTA分析

4.4 脱水时间和温度对铵光卤石脱水效果的影响

4.5 铵光卤石的脱水反应

4.6 铵光卤石脱水动力学

4.6.1 热分析研究动力学方法

4.6.2 铵光卤石脱水动力学参数的计算

4.6.3 结果讨论

4.7 本章小结

第五章 有机溶剂无水氯化镁的制备研究

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 低水铵光卤石制备氨合氯化镁

5.2.2 氨合氯化镁制备无水氯化镁

5.2.3 无水氯化镁中氧化镁的测定

5.2.4 氨合氯化镁中氢氧化镁的测定

5.2.5 滤液中甲醇的分析

5.2.6 滤液中乙二醇的分析

5.2.7 氨的分析

5.2.8 NH_4~+的分析

5.2.9 中间产物及无水氯化镁的表征

5.3 有机溶剂的选择

5.3.1 用于制备无水氯化镁醇类物质的确定

5.3.2 温度对低水铵光卤石在甲醇、乙二醇中溶解性的影响

5.4 以甲醇作有机溶剂各因素对氨合氯化镁制备的影响

5.4.1 滴加速度对氨合氯化镁纯度的影响

5.4.2 反应温度的影响

5.4.3 氨气的流量和纯度的影响

5.4.4 反应器内甲醇溶液中氯化铵的量对氨合氯化镁纯度的影响

5.4.5 氨合氯化镁的分离方式对其纯度的影响

5.4.6 其它条件对氨合氯化镁制备的影响

5.5 实验条件对氨合氯化镁制备无水氯化镁的影响

5.5.1 氨合氯化镁 TG-DTA分析

5.5.2 氨合氯化镁的煅烧温度对无水氯化镁纯度的影响

5.5.3 氨合氯化镁的煅烧时间对无水氯化镁纯度的影响

5.5.4 分解气氛和流量对氨合氯化镁制备无水氯化镁纯度的影响

5.5.5 氨合氯化镁与无水氯化镁的XRD谱和 SEM图

5.6 低水铵光卤石甲醇有机溶剂法制取无水氯化镁的工艺流程

5.7 低水铵光卤石甲醇溶液及沉淀反应滤液的红外光谱分析

5.8 低水铵光卤石乙二醇有机溶剂法制备无水氯化镁

5.9 水氯镁石甲醇法制备无水氯化镁

5.10 盐湖卤水与氯化铵混合液乙二醇有机溶剂法制备无水氯化镁

5.11 本章小结

第六章 氨合氯化镁煅烧制备无水氯化镁过程动力学研究

6.1 引言

6.2 氨合氯化镁热分解反应的数学描述

6.3 热分解过程的动力学模型

6.4 氨合氯化镁热分解非等温动力学研究

6.4.1 低温部分脱氨过程反应模型与参数

6.4.2 中温部分脱氨过程反应模型与参数

6.4.3 高温完全脱氨过程反应模型与参数

6.5 本章小结

第七章 铵光卤石氨法无水氯化镁制备及热分解动力学研究

7.1 引言

7.2 实验

7.2.1 氨合铵光卤石的制备

7.2.2 氨合铵光卤石制备无水氯化镁

7.2.3 无水氯化镁中氧化镁的测定

7.2.4 氨合铵光卤石和无水氯化镁的表征

7.3 铵光卤石氨法制备无水氯化镁的反应

7.4 取代反应条件对无水氯化镁纯度的影响

7.4.1 取代反应温度和反应时间对无水氯化镁纯度的影响

7.4.2 氨流量对无水氯化镁纯度的影响

7.4.3 其它因素对制备氨合铵光卤石效果的影响

7.5 氨合铵光卤石分解条件对无水氯化镁纯度的影响

7.5.1 分解温度的影响

7.5.2 分解时间的影响

7.5.3 分解气氛的影响

7.6 水氯镁石氨法制备无水氯化镁

7.7 氨合铵光卤石热分解制备无水氯化镁的动力学

7.7.1 氨合铵光卤石351℃～391℃热分解过程反应模型和参数

7.7.2 氨合铵光卤石391℃～410℃热分解过程反应模型和参数

7.7.3 氨合铵光卤石410℃～495℃热分解过程反应模型和参数

7.7.4 氨合铵光卤石495℃～557℃热分解过程反应模型和参数

7.8 本章小结

第八章 铵光卤石气固反应法制备无水氯化镁

8.1 引言

8.2 实验

8.2.1 铵光卤石的制备

8.2.2 铵光卤石的脱水

8.2.3 无水氯化镁的制备

8.2.4 无水氯化镁的表征

8.2.5 ICP-AES分析

8.3 铵光卤石热空气脱水结果对无水氯化镁中氧化镁含量的影响

8.4 低水铵光卤石中加入氯化铵的量对无水氯化镁中氧化镁含量的影响

8.5 脱水温度和煅烧温度对无水氯化镁纯度的影响

8.6 水氯镁石气固反应法制备无水氯化镁

8.7 低水铵光卤石有机溶剂法、氨法、气固反应法制备无水氯化镁比较

8.7.1 有机溶剂法

8.7.2 氨法

8.7.3 气固反应法

8.8 电解炼镁对无水氯化镁质量要求

8.9 本章小结

第九章 结论

参考文献

附录 攻读博士学位期间主要的研究成果

致谢

发布时间: 2006-11-27

参考文献

• [1].盐湖富产水氯镁石氨法脱水制备电解镁用无水氯化镁的化学研究[D]. 龙光明.中国科学院研究生院（青海盐湖研究所）2004

相关论文

• [1].废弃水氯镁石热解制备高纯镁砂研究[D]. 黄琼珠.华东理工大学2013
• [2].晶须制备研究与镁资源开发[D]. 何运良.天津大学2008
• [3].含镁多孔性材料的制备与性能研究[D]. 朱培怡.中国海洋大学2009
• [4].高镁矿石酸浸降镁及浸出液综合利用研究[D]. 胡显智.昆明理工大学2002
• [5].真空中煤还原氧化镁的研究[D]. 李志华.昆明理工大学2004
• [6].西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D]. 金祖权.东南大学2006
• [7].氧化镁晶须的合成及其生长机理的研究[D]. 乃学瑛.中国科学院研究生院（青海盐湖研究所）2007
• [8].前驱物分解法介观形貌镁质材料研究[D]. 乌志明.中国科学院研究生院（青海盐湖研究所）2006

标签：水氯镁石论文;  盐湖论文;  铵光卤石论文;  脱水论文;  无水氯化镁论文;  氧化镁论文;  动力学论文;