[发明专利]一种利用硼泥制备纳米氢氧化镁和纳米白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用硼泥制备纳米氢氧化镁和纳米白炭黑的方法，属于矿物加工与固体废弃物利用技术领域。

背景技术

硼泥是生产硼酸、硼砂等产品时产生的废渣。硼泥呈浅红色，颗粒细，成松散状，其主要成份为MgO和SiO₂，并含有少量的Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、B₂O₃等。由于硼泥显碱性，其碱液可溶入到地下水中，使周围的农田减产，严重时可导致农作物绝产，并且对周围的饮用水产生污染。因此，其不仅占用土地，而且对周围的耕地造成严重污染，所排放之处土地枯竭，寸草不生。随着社会经济的不断发展，对硼砂、硼酸的需求量逐年增大，硼泥的产量也将逐年增加。大量硼泥的处理目前已成为硼资源开发与硼矿加工行业亟待解决的难题之一。

硼泥中含有镁、硅等有价元素，具有较高的利用价值。因此，开发这种二次资源，生产高品质氢氧化镁和白炭黑，对减少环境污染、促进资源再生和提高企业经济效益都有重要意义。

本发明针对目前硼泥对环境造成的污染及综合利用的现状，提出一种高效利用硼泥中氧化镁和二氧化硅组分制备纳米氢氧化镁和纳米白炭黑的方法。

发明内容

将硼泥与硫酸溶液进行浸出反应；将反应后的浆液过滤、洗涤以分离固液组分；在所得滤液中加入适当的氧化剂氧化其中的Fe²⁺后加碱溶液沉淀滤液中的铁组分；过滤除去氢氧化铁等沉淀物后，加碱反应，同时加入适量的粒子表面修饰剂；反应后进行反应体系的陈化、过滤、洗涤、干燥和解聚，得到原级粒度为纳米级、颗粒形状为片状的氢氧化镁粉；将硼泥与硫酸反应后的残渣与氢氧化钠在加热的情况下进行水热反应，反应后将产物过滤，将滤液加水调节至一定的浓度后加入一定量的粒子阻隔剂，用酸进行沉析；将沉析产物陈化、过滤、洗涤、干燥后得到球形纳米级白炭黑。

其工艺步骤及原理如下：

(1)将硼泥在煅烧温度300～700℃下煅烧0.5～1.5h；

(2)将煅烧后硼泥加水和硫酸进行反应，得到含硫酸镁、硫酸铝、硫酸亚铁和硫酸铁等成分的混合浆料，其反应式为：

MgO+H₂SO₄→MgSO₄+H₂O

Al₂O₃+3H₂SO₄→Al₂(SO₄)₃+3H₂O

Fe₂O₃+3H₂SO₄→2Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

FeO+H₂SO₄→FeSO₄+H₂O

(3)将上述混合浆料过滤、除去固体残渣后调至合适的浓度，加入双氧水对二价铁离子氧化15～45min后加碱反应至浆液pH值4～7，其反应式如下：

H₂O₂+2FeSO₄+H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

Fe₂(SO₄)₃+6NaOH＝2Fe(OH)_3↓+3Na₂SO₄

(4)将上述氧化反应产物过滤、除去氢氧化铁沉淀后，加入粒子表面修饰剂，加碱反应至浆液pH值10～13，得氢氧化镁沉淀。其反应式如下：

MgSO₄+2NaOH＝Mg(OH)_2↓+Na₂SO₄

(5)将含氢氧化镁沉淀物的浆液陈化、过滤、洗涤、干燥，解聚即得到片状纳米级氢氧化镁产品。

(6)将步骤(2)中滤出的固体残渣与烧碱在加热条件下进行反应，生成含有硅酸钠的浆液，其反应式为：