【word】 碳酸镁水合物在283～363K范围内的晶体组成及晶型

【word】 碳酸镁水合物在283～363K范围内的晶体组成及晶型 碳酸镁水合物在,范镁的晶内体283363K 镁成及晶型第卷第期93 年月20096 镁程工程 TheChineseJournalofProeessEngineering Vb1.9NO-3 June2009 碳酸镁水合物在范镁的晶镁成及晶型内体283—363K 邵平平李志宝密建国,, 北京化工大化工院学学北京中科院镁程工程究所镁国学研f1.,100029;2.色镁程工程重点镁镁室与北京,100190)摘要研究了由和在,反镁淀得到的酸镁沉碳:MgSONa2CO283363K水合物的镁成和形貌反镁度的镁化镁律随温,并镁镁品镁行了表征镁果表明在,镁可得到棒三水酸镁状碳.,283313K, 当温度升高到镁(MgCO3.3H2O);323K, 镁物由棒三水酸镁镁镁球形式酸镁状碳碱碳且着反镁度升高随温球形式碱,,碳径酸镁的直增大的初始镁度.MgSO 和滴加速率镁三水酸镁晶形貌有明镁的影碳体响Na2CO.镁镁镁三水酸镁碳碱碳式酸镁晶镁成体晶形貌体反镁度温:;;;:中镁分镁号文镁镁镁献文章镁号:TQ132.2:A:1009—606X(2009)03—0520— 06 前言1 工镁生镁镁镁及其化合物如[MgO,MgC12, 等的需求越越大来目前利用镁湖中的镁镁Mg(OH)21. 源已成镁全世界生镁镁及其化合物的主流我镁湖国. 多大富全镁镁利用镁史悠久其中镁,,,,,MgSO源十分富丰青海镁湖中镁量达镁【在我.MgSO16tlJ;国运山西城镁湖中也镁藏有大量镁源固镁体MgSO,中有百万数吨湖表镁水中有万【硼镁镁的镁镁,150t2];中在得到硼酸的同镁也镁生了大量的副镁物七水硫酸, 镁镁了充分利用富的丰镁源本工作提出了一.MgSO, 镁工镁即利用与镁原料控制反镁条,MgSO4Na2CO3, 件制取水合酸镁来碳通镁控制不同的反镁度得到三温, 水酸镁碳和式酸镁碱碳(MgCO3?3H2O) 【Mgs(CO3)4(OH)2?4H20].碳酸镁水合物是由和按一定MgCO3,Mg(OH)2H2O摩镁比镁成的一系列白色无味的粉末物镁状包括菱镁,镁三水菱镁镁五水菱镁镁(MgCO3),(MgCO3?3H2O), 和式酸镁碱碳(MgCOs?5H2O)[Mg5(co3)4(0H)2?4H2O] 等因镁镁具有特殊的镁性镁它构尤其是式酸镁碱碳,, 和三水酸镁所具有的特殊物理化性镁碳学其镁镁镁用,如镁医化镁品制造橡工镁胶印刷镁及作镁制取,,, 的先镁物镁等已镁引起了人镁泛的镁趣广MgO,I3,.镁在已有镁多镁于不同形貌水合酸镁制镁方法碳 的镁道等用和反镁,Kloprogge[5]MgC12?6H2ONazCO3,通镁镁镁共淀镁程中反镁度沉温镁拌镁镁和镁化镁, 镁合成了镁和聚合物的状状,MgCO.3H20;Mitsuhashi 利用的酸化作用碳与水溶液反镁生成6JCO2Mg(OH)镁的状晶体重点考察了性溶液碱MgCO3.3H2O,NaOH加入量体镁和度镁晶晶型的影温体响等【利用镁();Yan化镁和尿素通镁水镁法制得,Mg5(co3)4(OH)2?4H2O, 重点考察了镁的影响等】以和pH;Zhang[8l9Mg(NO3)2 镁原料研温究了不同度和条件下合成的水K2CO,pH 合酸镁形貌的镁化镁律和尺寸大小碳朱云等加】以元江;[镁镁镁出的镁液镁原料采用硫酸镁一酸镁镁碳MgSO, 法制各镁镁指出了影反镁的主要因素镁反响MgCO, 镁镁镁反镁度和硫酸镁的镁度温并提出了最佳的反,, 镁件条镁品川以和镁原料制;[MgSO4.7H2ONHaHCO3镁和并通镁小镁镁合成的镁镁温MgCO3MgO,MgSO4度镁镁及反镁镁度镁行了镁镁找确条出了正的工镁,, 件并生镁出了符合镁准的镁镁和王镁,MgCO3MgO;君等】利用城镁湖镁水镁源和运镁原料在INaHCO3 下镁行反镁制取式酸镁和化镁碱碳氧镁333—338K,;宏等【】以镁湖提镁后老镁中的副镁物粗镁基本BMgC12原料运研碱碱碳用正交镁镁法究了镁法制镁式酸镁的, 方法王勇等】利用和反镁制取;[]MgC12Na2CO3 并温考察了反镁度镁度镁拌速率MgCO3.3H2O,,,,滴定速率等因素镁镁物的影响. 由上可镁目前镁有镁于没与反镁,MgSO4Na2CO3的镁道本工作究了研与在不同反镁温.MgSO4Na2CO3度不同镁度和不同滴加速率下得到的酸镁水合物的碳, 镁化镁律通镁分析了反镁度镁酸镁水合物温碳,XRD 镁成的影响用镁描镁镁镁镁物的形貌和尺寸镁行了镁, 察镁镁一步究反镁镁晶镁力和镁晶器的放大镁镁研学. 提供前提件条. 镁镁2 镁镁和镁器2.1 硫酸镁北京化工厂碳酸镁(MgSO4?7H2O),AR,; 北京化工厂镁黑指示镁(Na2CO3),AR,;T,EDTA(0.015收稿日期一修回日期:2009—01l3,:2009—03—12基金镁目国学家自然科基金镁助镁目镁号国研家重点基镁究镁:(:20876161);展镁划镁助镁目镁号(973)JJ~(:2007CB613501)作者镁介邵平平一男山镁省威海市人镁士究生研化工程镁镁学:(1983),,,,;密建国通镁镁系人,,E—mail:mijg@mail.buct.edu.cn. 第期邵平平等碳酸镁水合物在,范镁的晶镁成及晶型内体3:283363K 521 去子水离射镁衍射镁mol/L),.X’PertPROX, 冷镁镁射镁描镁子镁微镁JSM.6700F. 镁镁置装2.2 镁镁置镁如镁装包括镁晶器蠕镁镁恒槽温1.,, 和镁镁镁拌机镁晶器材料镁璃玻具有镁套和镁板.,; 恒槽具有制冷功温能可做低温镁镁,. 7 ?... 量一 镁蚓 1.r 1.Crystallizer2.Stirrer3Thermometer4.Baffle 5.Thermostaticheater6Waterjacket7.Peristalticpump 镁镁镁置镁装1 Fig.1Schematicdiagramofexperimentalsetup 镁镁方法2.3 称取等摩镁的和分镁配成MgSO4?7H20Na2CO3, 镁度镁的溶液量取等镁的体和0.5mol/L.MgSO4 溶液将溶液反镁釜中加镁到一Na2CO3,MgSO4)JuA, 镁. C 三 定度温并保持恒定在镁拌镁程中将温相同度的. 溶液以恒定的流量加入溶液中滴加镁Na2CO3MgSO4. 束后镁镁镁拌镁化镁物镁镁镁去子水离洗镁后,2h.,, 在下烘干得到不同度件下的水合酸镁温条碳323K,.取上镁液清镁镁后稀镁倍取稀镁后10mL,10; 的溶液加入镁形中瓶再加10mL,,10mLNH3—NH4Cl镁溶液冲镁镁镁然后加入少镁镁黑指示(pH=10)pH,T 镁用镁度镁镁的镁准溶液滴定.0.015mol/LEDTA 重镁滴定次取平均镁得出反镁镁程中Mg2+,3,,Mg 的反镁速率. 镁果镁镁与3 反镁度镁镁物的影温响3.1 镁分析可知镁当温反镁度在,XRD(2),2833l3K 之镁镁得到的镁物镁随温着反镁度提,MgCO3?3H2O; 高得到的水合酸镁镁镁定的碳,Mg5(co3)4(OH)2?4H20. 由此可知当与反镁镁在镁低的度下温MgSO4Na2CO3,首先合成但其只有一个温相镁镁定的度MgCO3”3H2O, 区镁当温度升高镁镁始镁化镁,,MgCO3”3H2O 其反镁镁程镁Mg5(co3)4(OH)2?4H20,MgSO4+Na2CO3+3H20=MgCO3?3H20~,+Na2SO4, 5MgCO3.3H20=Mg5(co3)4(0H)2-4H2o,l,+co2T+10H2O ‘ C 三 镁不同反镁度下所得水合酸镁的温碳镁镁2XRDFig.2XRDpatternsofmagnesiumcarbonatehydrateobtainedatthetemperatur esfrom283to363K 反镁度镁反镁速率的影温响3.2 取相同镁度的和溶液分镁在MgSO4Na2CO3,283, 和下将溶液以一定速率滴293,303,333343KNazCO3入溶液中每隔一定镁镁取反镁釜中的溶液镁MgSO, 镁镁后用溶液滴定度镁镁镁果如镁,EDTAMg2+~,3所示由镁可镁无镁是生成镁】或.,MgCO3?3H20[3(a) 镁在相镁镁高的反镁度温Mg5(co3)4(OH)2?4H2O[3(b)],条件下镁度能在镁短镁镁到平内达衡且,Mg,Mg2平衡镁度反镁度升高随温而降低镁是因镁度镁高镁温. 反镁速率加快反镁所需镁镁越短反镁也越完全,,. 反镁度镁晶型的影温响3.3 通镁镁描镁镁镁不同反镁度下所得镁物的形貌和温 尺寸镁行了镁察镁果如镁所示由镁可看出随着,4.,反镁镁镁增加镁物的形貌和尺寸都明镁改镁当反镁,. 镁程工程第卷5229 0.5 o 邑0.4 亡 O 0.3 亡 n) g0.2O o?1 0.0 t(min) ? 0 C o 0 志 0 0.5 0.4 0.3 0.2 01 0.O 0501O0150200250300350400t(min) 镁不同度下温镁度的镁化3Mg Fig.3VariationofconcentrationofMgatdifferenttemperatures (a)283K (d)313K (g)343K (b)293K (h)353K (c)303K (D333K (i)363K 镁不同反镁度下所得水合酸镁的温碳镁4SEMFig.4SEMimagesofthemagnesiumcarbonatehydratessynthesizedatdifferen ttemperatures 一l0E—co;BJIu 第期邵平平等碳酸镁水合物在,范镁的晶镁成及晶型内体3:283363K523 温度在之镁镁镁物镁直径,镁283—313K,0.510gm, 镁的棒状但不同反镁度下晶温10~1001MgCO3?3H2O.体构很表面镁有大不同当温反镁度控制在.283—303K镁得到表面光滑的棒晶状体如镁一当反镁,[4(a)4(c)];温度升高到镁其晶表体糙面镁得比镁粗附着313K,,有镁粒状物镁反镁度镁一步升高到温镁物由三;323K水酸镁镁镁式酸镁碳碱碳镁镁可以镁察(XRD),SEM 到水合酸镁的晶形貌镁始由棒镁镁球形碳体状随温着:度镁一步升高,镁物镁成直镁径(333353K1,30—40gm的球形式酸镁碱碳混合物且球形镁粒表面镁镁花瓣状, 镁,当温反镁度增加到镁得到的球[4(f)4(h)];363K, 形镁粒的直增加到径,且晶体状构呈镁镁镁镁4050um,.晶形貌是由其镁晶镁及在生镁镁程中各晶体构面的生镁速度定的决晶体和.MgCO3”3H2O 的理想形貌如镁所示Mg5(co3)4(oH)2.4H2O[1515. 镁晶具有六方柱状的理想形貌在其内部MgCO3.3H2O,存在镁镁型化镁学一镁是在镁晶镁程前形成的镁强2: 的和镁另一镁是在镁晶镁程中形成的镁G_oC_H, 弱的和镁后一镁化镁镁镁晶镁程起学H…OMg_—o, 主要作用决体定了最后的晶形貌根据布拉镁定律,.,在晶上最可体能出镁的和镁展镁好的晶面是格子面镁镁小或面网密度镁大的晶面在三水酸镁晶中碳体., 晶面的面网密度镁小因此在晶生镁镁程中体(010),, 晶面不生镁断以至消失留下的是面网密度相镁(010),, 镁大的晶面最镁得到棒状状构或镁镁镁镁,,[4(a)4(d)]. 晶表镁镁体状六方片的镁晶镁性Mg5(CO3)4(OH)2?4H20 【镁其与晶面中的镁能镁强面网密度5(b)],(100)(001), 镁小因此在晶生镁镁程中主要体沿镁个晶面生镁,2,得到片状的晶体镁,】Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O[4(g)4(i).f (101) , (ooI) z... 0oo), ,I(OLO) (olo)0oo , ,(oo(1o1j Co)Mg5(CO3)4(OH)2?4H20镁和晶的理体想形貌5MgCOy3H20Mg5(co3)4(OH)2?4H2OFig.5ThesimulatedmorphologyofMgCO3?3H2Oand Mgs(CO3)4(OH)2?4H20inviewpointofchemicalbond 初始镁度镁三水酸镁晶型的影碳响3.4MgSO 从镁物镁可以看出在相同度温相同滴6,(303K),加速率下溶液的初始镁度镁(1.63mL/min),MgSO40.5 镁可得到表面光滑的三水酸镁晶碳体当镁度mol/L,, 升高到镁得到的晶表体糙面镁始镁得粗同1mol/L,.镁镁可以镁察到在低镁度溶液中得到的三水酸镁晶碳, 体粒度比在高镁度溶液中粒度大因此低镁度有利于晶. 体的生镁而高镁度得到晶型镁会碳体差的三水酸镁晶,.(b)0.5mol/L 镁不同镁度下得到的三水酸镁的碳镁6MgS04SEMFig.6SEMimagesofnesqehonite(MgC03? 3H20)synthesizedatdifferentMgSO4concentrations 滴加速率镁三水酸镁晶型的影碳响3.5NaCO. 在镁取初始镁度镁等镁的体303K,0.5mol/L, 溶液与溶液将溶液分镁以Na2CO3MgSO4,Na2CO30.54, 和的速率滴加到溶液中镁物1.633.33mL/minMgSO,的分析镁果镁镁可以看出在滴加速SEM7.,Na2CO3率镁和的情况下得到的晶表体面镁0.543.33mL/min, 粗糙附着有小镁粒当滴加速率镁镁,;1.63mL/min,可得到表面光滑的棒的三水酸镁晶状碳体.』(,,I2 , , , , 毗 镁一一,,,,,..,,\,,\)(7 一一一 镁程工程第卷5249 (a)0.54mL/min(b)1.63mL/min(c)3.33mL/min 镁不同滴加速率下得到的三水酸镁的碳镁7Na2CO3SEMFig.7SEMimagesofthenesqehonite(IV[gCO3? 3H20)synthesizedatdifferentNa2CO3titrationspeeds 机理分析3.6 镁上所述反镁件的镁化直条响体接影晶形镁晶,.镁或晶镁的生镁机理有镁螺形位镁机理及一液一气2: 固机理】近年来又提出了一些新的机理如液一液一固I.,机理【固一液一固机理等从体条晶的生镁件和晶形l7],[. 可推镁生镁机理本镁镁是将溶液滴加到相同.NaCO 镁度的溶液中制镁水合酸镁晶碳体推镁在镁MgSO,一 镁程中晶的生镁机理镁液一液一固机理体其示意镁镁,镁当溶液逐镁滴加到溶液中镁在8.Na2CO3MgSO,晶镁镁端由于液滴的滴入镁致溶液镁镁和于是晶镁,,就在固液界面上不生镁断系镁镁镁固液界面能最低的. 固液界面作镁晶面晶镁在此界面上的快速生镁就镁生, 了不同的晶形镁体. Naz504 Solution a2CO3+3H20Mg, CO3., H20 —\ 镁镁霆 —///— LiquidSolid 镁晶生镁镁体8MgCO3?3H20 Fig.8SchematicdiagramofgrowthmechanismofMgCO3?3H20 镁镁4 通镁究研与反镁镁程中反镁度温Na2CO3MgSO4, 溶液的初始镁度滴加速率镁水合酸碳MgSO4,Na2CO3镁晶生镁的影体响可以得到如下镁镁,: 随温着反镁度升高的利用率提高且在镁(1),Mg 快的镁镁内就可镁近平衡. 当温反镁度低于镁得到的镁物镁三水(2)313K, 碳酸镁在镁得到表面光滑的(MgCO3?3H20),303K, 晶体当温反镁度镁高镁镁物镁式碱碳MgCO3.3H2O;, 酸镁且度升高晶镁随温体粒增[Mg5(co3)4(0H)2.4H20], 大. 当溶液初始镁度镁低镁有利于(3)MgSO4, 晶的生镁体可得到表面光滑的MgCO3?3H2O, 晶体MgCO3?3H20. 在滴加速率镁大镁得到的(4)Na2CO3 晶表体面光滑MgCO3?3H2O. 参献考文: 胡镁福刘景镁胡镁湘等中镁镁化工材料生镁镁展国与[1],,,.[J]. 中国属非金工镁镁刊,2006,56(4):7-10. 镁向社镁春宝王玉萍运研城镁湖镁田硫酸镁生镁新工镁究[2],,. 镁湖化工与[J]_,2006,36(2):22—24. [3]FreitagF,KleinebuddeP.HowRollCompactionandDryGranulationAffecttheTabletingBehaviourofInorganicMaterials:ComparisonofFourMagnesiumCarbonates[J]_Eur.J.Pharm.Sci.,2003,19:281-289. [4]BothaA,StrydomCA.PreparationofaMagnesium HydroxycarbonatefromMagnesiumHydroxide[J].Hydrometallurgy,2001,62:175-183. 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CompositionandMorphologyofMagnesiumCarbonateHydratesSynthesized bytheReactionofMgSO4withNa2CO3in283-363K SHAOPing-ping,LIZhi.bao,MIJian.guo (.SchoolofChemicalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beij’ing100029,China; 2.KeyLaboratoryofGreenProcessandEngineering,InstituteofProcessEngineering,CAS,Beifing100190,China) Abstract:PrecipitationofvariousformsofmagnesiumcarbonatehyrdrateswasinvestigatedbythereactionofMgS04withNa2CO3at thetemperaturesfrom283to363K.XRDandSEManalysisshowedthatthereactiontemperaturehadgreateffectonthemorphologyof precipitate.Threemorphologies,needle-like,spherical-likeandsheet-like,wereobtained.Theneedle-likenesquehonite(IVIgCO3”3H2O) ?wassynthesizedfrom283to313K.,henmetemperaturewasbelow303K.the crystalsobtainedexhibitedasmoothsurface.withthe increaseofreactiontemperatureto313K.theneedle.1ikeparticlesdisplayedco ?arsesurfacecoveredbyliRlerod.1ikecrystals.,henthe 叩temperaturewasto323~363K,thespherical- likecrystalswereobtained,andwit11thetemperatureincreasing,thediameterofcrystals increased.TheinitialconcentrationofMgS04andNa2CO3titrationspeedhadalsosignificanteffectoncrystalmorphologyof nesquehonite. Keywords:nesquehonite;hydromagnesite;composition;morphology;reactiontemperature