用廉價白云石制備納米氧化鎂，只需解決這兩個

 

 

目前，白云石制備納米氧化鎂很少工業化生產，都是因為存在著兩個問題需要解決，分別為白云石鈣鎂分離和團聚現象。

 

 

白云石礦藏作為重要的鈣鎂資源，在實際應用中的關鍵問題在于：如何成功分離白云石中的鈣和鎂，從而制備純凈的鎂產品或鈣產品。

 

目前，白云石中鈣鎂常用的分離方式包括酸解法、碳化法和銨浸法三種類型。

 

 

酸解法是采用酸解劑溶解白云石，以得到相應的鎂鹽和鈣鹽，該法常用的酸解劑為鹽酸和硫酸。

 

采用不同的酸解劑工藝具有各自的優點和缺點。采用鹽酸作為酸解劑，可以同時生產鎂化合物和鈣化合物，原料利用率高，但是生產步驟較繁瑣；而以硫酸為酸解劑一般只用于生產鎂化合物，其生產過程相對更簡單，可以實現一步分離鈣鎂離子。

 

酸解法是使用酸直接溶解白云石，該法不需要對白云石進行煅燒，對設備的要求不高，而且生產效率高、反應速度快，最重要的是鈣鎂分離度很高，故制備的鈣鎂產品的純度高。但酸解法的缺點是反應過程中酸消耗量大，導致生產成本大大增加，不適用于工業化生產。

 

 

碳化法也是白云石中鈣鎂分離常用的方式，其基本工藝流程如下：

 

（1）煅燒：白云石在高溫條件下煅燒生成CaO和MgO粉末；

（2）消化：向上述粉末中加水消化并除去殘渣后，即可得到精制的Ca(OH)2和Mg(OH)2漿體；

（3）碳化：漿體在碳化塔內用CO2氣體碳化，Ca(OH)2被碳化生成CaCO3沉淀，Mg(OH)2被碳化形成可溶性鎂鹽Mg(HCO3)2而變成澄清液；

（4）熱解：Mg(HCO3)2經煅燒后可生成輕質MgCO3，MgCO3煅燒又可制備MgO。

 

碳化法是目前國內工業生產中最常用的方法，但是該工藝對設備要求嚴格，而且操作比較復雜，不適用于實驗室研究。

 

 

銨浸法是以煅燒白云石灰為原料，銨鹽作為浸出劑，對鈣鎂進行浸取。

 

該法基本原理是：銨鹽溶液呈酸性，在加熱的條件下可與經過消化的煅燒白云石灰反應，生成可溶性的鎂鹽和鈣鹽，或者可溶性的鎂鹽和難溶性的鈣鹽。前者可以通過加入堿性物質調節溶液PH值使得鎂鹽轉化為氫氧化鎂或碳酸鎂沉淀，從而分離鈣和鎂，后者直接過濾即可成功分離鈣和鎂。

 

相對而言，銨浸法反應條件溫和、操作簡單、生產成本低，而且鈣鎂的浸出率高，能夠更有效地分離鈣和鎂。

 

 

由于納米材料具有許多傳統材料不具備的小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面效應等特殊性能而被廣泛應用，但納米材料具有較大的比表面積，活性很高，極不穩定，極其容易發生團聚而失去原有的性質，降低了材料的價值，對納米材料的制備、儲存造成了一定的難度，因此，納米材料的團聚問題是限制納米材料發展的關鍵技術問題。

 

納米材料的團聚分為軟團聚、硬團聚兩種。軟團聚是由分子間作用、范德華力引起的，比較容易去除，而關于硬團聚的形成原因目前有毛細管吸附理論、氫鍵理論、晶橋理論、化學鍵作用理論、表面原子擴散鍵合機理五種觀點，但是到目前為止，還沒有統一的解釋。

 

而對于納米氧化鎂的防團聚技術已有大量研究，主要有物理分散法和化學分散法。

 

物理分散是通過機械攪拌、超聲作用等物理方法使納米粒子均勻團聚現象得以改善。

 

化學分散是通過表面改性的方法降低納米粒子之間的引力，對納米粒子的表面電性、官能團、吸附性等加以改善，提高納米粒子的分散性，改善團聚現象的一種方法。可分為以下兩大類：

 

 

（1）偶聯劑法是利用偶聯劑同時具有親無機的基團和親有機的基團，利用偶聯劑對納米粒子進行表面處理，既能改善提高納米粉體的分散性，有效改善團聚現象，又能提高納米粒子在其他有機材料中的相容性。

（2）酯化反應是指金屬氧化物與醇的反應，對金屬氧化物納米粒子表面親水的特性變為表面疏水，減少納米粒子表面電荷，改善納米離子的分散性。

（3）表面接枝改性也是常見的一種表面改性方法。利用單體在引發劑作用下在無機納米粒子表面進行聚合反應，最終在納米粒子表面形成包覆層，或單體聚合的同時與無機納米粒子發生接枝反應，增大納米粒子之間的斥力，有效改善納米粒子的團聚問題。

 

 

分散劑分散在濕化學法中應用較多，通過分散劑的加入，改變納米粒子的表面電荷分布，通過靜電穩定機制、空間位障穩定機制、電空間位障穩定機制三種機制達到分散效果。

 

（1）靜電穩定機制。通過分散劑的加入使納米粒子與極性溶液接觸面形成雙電子層，增加粒子之間的靜電斥力，從而達到防止團聚的目的；（2）空間位障穩定機制。分散劑分子吸附纏繞在納米粒子周圍，形成保護層，增大了納米粒子之間的距離，減小了分子間作用力，從而使納米粒子能夠均勻分散；（3）電空間位障穩定機制。若加入的分散劑是聚合電解質，在特定情況下就能同時發揮靜電穩定機制和空間位障作用起到雙重穩定的效果。

 

水熱處理就是典型的分散劑分散處理法。除了使用純水作為溶劑外，還常加入礦化劑、表面活性劑等輔助水熱處理，通過水熱溫度、水熱時間、水熱介質、表面活性劑等的改變控制晶體生長速率，生長取向，從而達到改變產物形貌、粒徑、分散性的目的。

 

小結

隨著社會的進步和科技的發展，人們對礦產資源的有效開發利用越來越受重視，以及對高強度、耐高溫、多功能高附加值的復合材料的需求越來越多，以白云石為原料制備粒徑均勻、分散性高的納米氧化鎂材料將會越來越受到重視。