编号：FTJS108155
篇名： 镁渣高效浸取制备轻质碳酸钙与二氧化硅的性能及机理研究
作者： 李威
关键词： 镁渣; 浸取; 乙酸铵; 轻质碳酸钙; 二氧化硅;
机构：沈阳化工大学
摘要： “皮江法”是我国原镁生产的主要工艺,每年伴生大量的炼镁废渣（镁渣）,严重危害生态环境安全,镁渣的资源化利用是行业内亟待解决的重要难题。目前的研究主要采用盐酸或氯化铵（NH4Cl）浸取其中的Ca组分,但强酸性环境易导致Mg2+、Fe3+等杂质离子共溶,且Cl-存在腐蚀设备、难以降解等问题。针对上述问题,本文提出一种高效、环保的镁渣资源化方案,通过选择性浸取分离Ca和Si组分,分别制备具有高附加值的轻质碳酸钙（LCC）及SiO2材料,为镁渣的高值利用提供新策略。 本文研究内容取得的主要结果如下: （1）Ca组分的高效浸取:乙酸铵（NH4OAc）浸取性能较好,优选的浸取条件下:反应温度为45℃,NH4OAc浓度为120 g/L,液固比为40:1,反应20 min,Ca的浸取率为80.9%,浸取液和浸取渣的主要成分分别为Ca（Ac）2和无定形的SiO2。动力学分析表明,浸取过程受表面层传质与核层化学反应混合控制,符合未反应收缩核模型,宏观动力学方程可描述为:1/3ln（1-η）+（1-η）（-1/3）-1=k3t。 （2）LCC的可控制备:以上述浸取液为前驱体,通入CO2碳化制备LCC。通过调变碳化温度可实现CaCO3晶型和形貌的调控。5℃时制备的CaCO3晶型为球霰石,含量为97.2%。碳化温度升高会促使其向方解石和文石转变,75℃时全部转变文石。此外,调变通气速率也会影响产物晶型和形貌,通气速率增加会驱动CaCO3向方解石转变。在碳化温度为5℃、搅拌速率为300 r/min、通气速率为150 mL/min及陈化1 h条件下,制得LCC中球霰石含量为96.4%,比表面积为20.9 m2/g,纯度为99.1%,白度为97.1%,各项指标均符合《普通工业沉淀碳酸钙》（HG/T 2226-2019）中的要求。用于脱除亚甲基蓝时吸附率最高为38.5%。鉴于5℃条件下所得LCC中球霰石相含量较高且稳定性良好,结合球霰石生长机制分析了原因:在NH3·H2O介质下,外部较低的碳化温度以及体系内较高的CO32-/Ca2+比例、较高的Ac-和NH4HCO3浓度的协同作用。 （3）Si组分的高效提取及SiO2的制备:利用盐酸可有效破坏浸取渣中残留的Ca2SiO4相,获得粗SiO2。利用NaOH能有效浸取SiO2制备水玻璃溶液（Na2O·n SiO2）。优选的浸取条件为:粗SiO2为5 g,液固比为10:1,反应温度40℃,NaOH用量4g,反应120 min,该条件下Si浸取率为70.9%。以液体石蜡和环己烷为油相,与水玻璃混合制备乳液,经乳液法制得的SiO2的微观形貌为粒径小于400 nm的SiO2球。当以环己烷作为油相并以CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）作为模板剂时,所制备的SiO2为介孔SiO2微米球,其比表面积为87.5 m2/g,用于脱除甲基橙时吸附率最高为46.1%。属于《橡胶配合剂—沉淀水合二氧化硅》（HG/T 3061-2020）中对沉淀法水合SiO2的分类标准中的E类产品,纯度为97.3%,白度为98.4%。