芒硝礦中硫酸鈉和氫氧化鎂的提取

芒硝礦中硫酸鈉和氫氧化鎂的提取

芒硝是現(xiàn)代礦物學(xué)中的一種礦物名稱。但在礦物學(xué)、巖石學(xué)中,芒硝不僅僅是指一種礦物,而是指能從其中提取硫酸鈉組分的一組礦物。世界上已知含硫酸鈉的礦物有10多種,其中最常見(jiàn)并具有工業(yè)價(jià)值的有芒硝、無(wú)水芒硝、鈣芒硝、白鈉鎂礬4種工業(yè)礦物和鹽湖鹵水,此外還有碳酸芒硝、鉀芒硝等多種含硫酸鈉的礦物。前兩者是含硫酸鈉的單鹽,后兩者是復(fù)鹽。內(nèi)蒙古某地芒硝礦其實(shí)為芒硝和白鈉鎂礬復(fù)合礦,其中Na2SO4占59.02%,MgSO4占20.8%。我們受客戶的委托,對(duì)該礦進(jìn)行了可選性試驗(yàn)研究。1蝕像及微觀以so44h2o礦石礦物成分主要為芒硝和白鈉鎂礬,少量鈉鎂礬及石鹽,雜質(zhì)為泥沙、碎屑物等。白鈉鎂礬(Na2·Mg(SO4)2·4H2O)呈短柱狀、纖維狀,無(wú)色透明,溶解蝕像呈三角形。粒度<1.5mm,呈緊密鑲嵌狀,風(fēng)化后表面為白色粉末。鈉鎂礬為粒徑<0.05mm的細(xì)小菱形,含量少。礦石為半自形~他形結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要由半自形、他形白鈉鎂礬緊密鑲嵌構(gòu)成,顆粒間充有泥沙質(zhì)或風(fēng)化產(chǎn)物。化學(xué)全分析配鹽結(jié)果見(jiàn)表1。2采礦試驗(yàn)該芒硝、白鈉鎂礬礦中MgSO4含量達(dá)20.8%,我們比較了NaOH法、Na2CO3法和冷卻結(jié)晶法三種方案分離提純硫酸鈉和硫酸鎂。2.1溶解度的測(cè)定為了解芒硝、白鈉鎂礬復(fù)合礦石在不同溫度下的溶解情況,為下一步進(jìn)行Na2SO4的分離提純?cè)囼?yàn)提供溶解度資料,進(jìn)行的溶解度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知,當(dāng)溫度為50℃時(shí),礦石溶解度最大,為簡(jiǎn)化分離工藝流程,取溶礦溫度條件為30℃。2.2沉淀mg2+試驗(yàn)在溶解了芒硝、白鈉鎂礬復(fù)合礦的溶液中加入NaOH,使其與硫酸鎂反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀和Na2SO4,從而達(dá)到硫酸鈉、硫酸鎂分離的目的。試驗(yàn)中的反應(yīng)方程式如下:MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4①試驗(yàn)中沉淀Mg2+時(shí)加NaOH調(diào)整濾液pH值至8,讓NaOH微過(guò)量是為了MgSO4中Mg2+能充分沉淀。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出,分離提純后Na2SO4、Mg(OH)2純度分別為93.04%、90.39%,Mg(OH)2中CaSO4含量達(dá)5.13%,Na2SO4中MgSO4達(dá)4.8%。CaSO4含量高是因?yàn)槿艿V所用自來(lái)水中鈣含量較高。Na2SO4產(chǎn)品中含MgSO4高,可能是由于自來(lái)水中Mg2+含量高,也可能是NaOH與MgSO4沒(méi)有反應(yīng)完全,影響了Na2SO4、Mg(OH)2產(chǎn)品的純度。鑒于以上試驗(yàn)所得結(jié)果,溶礦前先使自來(lái)水經(jīng)離子交換樹(shù)脂凈化。由Mg(OH)2溶度積1.8×10-11計(jì)算表明,當(dāng)pH=14時(shí),能使溶液中的Mg2+沉淀最完全,故用NaOH沉淀Mg2+時(shí)調(diào)pH=14,試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖2,結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)結(jié)果表明,利用NaOH法分離提純Na2SO4和Mg(OH)2能獲得十分理想的技術(shù)指標(biāo),得到的硫酸鈉(純度為99.52%)產(chǎn)品達(dá)到了元明粉一級(jí)品(Na2SO499%)的要求,并可獲得純度為98.65%的副產(chǎn)品氫氧化鎂。2.3u3000試驗(yàn)結(jié)果該方案的目的是探索Na2CO3能否代替NaOH沉淀Mg2+。利用Na2CO3沉淀溶液中的Mg2+是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)生成的是堿式碳酸鎂(4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O)沉淀,而該試驗(yàn)僅是探索Na2CO3能否充分沉淀溶液中的Mg2+,故在計(jì)算Na2CO3用量時(shí),僅利用以下方程進(jìn)行:MgSO4+Na2CO3=MgCO3↓+Na2SO4②按方程式②計(jì)算,要與100g礦樣中的MgSO4完全反應(yīng),應(yīng)加入18.37gNa2CO3。為了保證反應(yīng)徹底我們加入了Na2CO320g。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5試驗(yàn)結(jié)果可看出,采用Na2CO3法只能獲得低品級(jí)的硫酸鈉,分離效果不太理想,無(wú)論技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上均不合理。2.4冷卻結(jié)晶分離法該法為物理法,不添加任何試劑,是利用Na2SO4、MgSO4的溶解結(jié)晶性質(zhì)不同而進(jìn)行Na2SO4的分離提純,這兩種鹽在0~30℃范圍內(nèi)都隨著溫度的降低溶解度變小,但Na2SO4變化更為顯著,這兩種鹽在水中的溶解情況見(jiàn)表6。由表6可知,十水硫酸鈉在30℃與0℃時(shí)溶解度相差35.8g,而結(jié)晶硫酸鎂只相差10g左右,冷卻結(jié)晶分離法正是利用了這兩種鹽在低溫下的溶解度差異進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí)在30℃溫度條件下溶礦,過(guò)濾除去水不溶物后,將溶液溫度降至0℃附近,然后過(guò)濾分離MgSO4、Na2SO4。試驗(yàn)得到結(jié)晶Na2SO4產(chǎn)品重量44.8g,產(chǎn)品純度91.99%,回收率69.83%。結(jié)果表明,冷卻法雖可獲得純度為91.99%的硫酸鈉產(chǎn)品,但回收率只有69.83%。這可能是因?yàn)?(1)該礦溶解度小,溶礦加入大量水,而在特定溫度下Na2SO4溶解度一定,溶礦時(shí)加入的水量越大,溶解在水中的Na2SO4越多,損失越大。(2)Na2SO4在低溫時(shí)有兩種結(jié)晶形態(tài):Na2SO4·10H2O和Na2SO4·7H2O,同一溫度下七水硫酸鈉溶解度比十水硫酸鈉大得多,由于Na2SO4·7H2O的存在使結(jié)晶硫酸鈉的回收率降低。(3)結(jié)晶物與溶液分離時(shí),外部環(huán)境溫度較高,結(jié)晶出的Na2SO4又重新溶解在濾液中使回收率降低。3naoh法提純工藝的選擇經(jīng)過(guò)上述三個(gè)流程的試驗(yàn)對(duì)比,可得出如下結(jié)論:NaOH法提純分離Na2SO4、MgSO4可獲得較為理想的技術(shù)指標(biāo)。利用該法有產(chǎn)品純度高、回收率高,綜合利用率高等特點(diǎn),不足之處在于需要用大量NaOH,成本較高。而Na2CO3法、冷卻法都不能獲得滿意的技術(shù)指標(biāo),因此,選擇NaOH法提純工藝,工藝流程見(jiàn)圖2,產(chǎn)品技術(shù)鑒定結(jié)果見(jiàn)表8、表9。根據(jù)元明粉產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB6009-85),本產(chǎn)品Na2SO4含量≥99%,有害雜質(zhì)含量均未超標(biāo),達(dá)到了元明粉一級(jí)品的要求。4元明粉na2soq產(chǎn)品通過(guò)對(duì)該芒硝、白鈉鎂礬