吳良彪 王建榮

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州石化公司，甘肅 蘭州 730060)

高純超細(xì)的氧化鎂是白色無定形粉末[1-2]，具有良好的絕緣性能，耐高溫，光透過率高，抗菌性能好，廣泛運(yùn)用于絕緣材料、電子器件、陶瓷、催化劑和醫(yī)藥等領(lǐng)域。具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前國內(nèi)生產(chǎn)的氧化鎂大多屬于普通化工原料，高純度、超細(xì)的氧化鎂大多依賴進(jìn)口，因此，對高純度、超細(xì)的氧化鎂研究具有重要意義。

常見的超細(xì)氧化鎂的制備方法有固相法、液相法[3-4]和氣相法。液相法制備超細(xì)氧化鎂具有設(shè)備及工藝路線簡單、投資少、雜質(zhì)含量少、易放大等優(yōu)點(diǎn)，是目前制備超細(xì)氧化鎂的最常用的方法。

本實驗以氯化鎂為原料，氨水為沉淀劑，使用PVA為分散劑，采用直接沉淀法制備氧化鎂。確定最佳工藝條件[5-6]。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

實驗采用直接沉淀法制備超細(xì)氧化鎂，即在氯化鎂溶液中加入氨水，需要注意的是在加入沉淀劑前，要先把分散劑PVA加入氯化鎂溶液中，攪拌使其溶解，然后使生成的氫氧化鎂沉淀從溶劑中析出，將原料和分散劑通過水洗和醇洗從沉淀中除去，氫氧化鎂經(jīng)洗滌、烘干，在磨碎，再經(jīng)過煅燒得超細(xì)氧化鎂。

反應(yīng)中涉及到的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：

MgCl2+NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4Cl

Mg(OH)2=MgO+H2O(高溫煅燒)

1.2 試劑與儀器

主要試劑：氨水，氯化鎂，聚乙烯醇(PVA)，無水乙醇；藥品均為分析純試劑。

主要儀器：電磁加熱攪拌器、離心分離機(jī)、干燥箱、馬弗爐、掃描電鏡等。

1.3 實驗方法

稱取一定質(zhì)量的氯化鎂放入燒杯中配制成一定濃度的氯化鎂溶液，不斷攪拌下加入一定量的PVA，配制一定量的一定濃度的氨水溶液，在攪拌條件下用滴液漏斗以一定速度緩慢的滴加到氯化鎂溶液中。滴加完氨水溶液后，繼續(xù)攪拌幾分鐘，當(dāng)反應(yīng)完全后，停止攪拌，陳化1h，與沉淀分離后，將沉淀物用水洗3次，醇洗3次，用離心分離機(jī)分離，然后將其在干燥箱中80℃條件下干燥數(shù)小時，再于馬弗爐中，在一定溫度下煅燒數(shù)小時，最后得到超細(xì)氧化鎂。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 氯化鎂濃度對氧化鎂粒度的影響

反應(yīng)溫度50℃，PVA用量1.0%(樣品量的百分?jǐn)?shù))，1mol/L氨水溶液100mL，改變氯化鎂濃度(20mL)，實驗反應(yīng)時間為30min，沉淀在溫度600℃煅燒2h，考察對氧化鎂粒度的影響，如圖1。

圖1 氯化鎂濃度對粒徑的影響

由圖1可見，在氯化鎂濃度小時，粒徑有所增加，隨著濃度增大，粒徑開始減小，濃度過大時，粒徑又開始增大。原因是低濃度時，溶液的過飽和度小，粒子生長速度大于成核速度，容易生成大的粗粒子；隨著濃度增大，溶液過飽和度增大，粒子生長速度和成核速度都增大，但是，過飽和度對成核速度影響更大，所以，粒子成核速度遠(yuǎn)大于生長速度，有利于生成細(xì)顆粒，最終表現(xiàn)為氧化鎂粒徑減小。濃度過大時，均相成核作用明顯，容易得到大顆粒，使氧化鎂粒徑增大。

綜合考慮，本實驗采用氯化鎂濃度為1.0mol/L。

2.2 反應(yīng)溫度對氧化鎂粒徑的影響

用1mol/L的氯化鎂溶液20mL，1mol/L氨水溶液100mL，PVA用量為1.0%。實驗反應(yīng)時間為30min，沉淀在600℃條件下煅燒2h，考察反應(yīng)溫度對氧化鎂粒徑的影響，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)溫度對粒徑的影響

由圖2可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高，氧化鎂的粒徑先增加，但當(dāng)溫度增加到35℃后，粒徑隨反應(yīng)溫度的增加而下降。55℃時達(dá)到最小，隨后隨溫度升高，粒徑又開始增大。這是由于，反應(yīng)溫度越高，氨水離解度加大，OH-濃度增加，溶液過飽和度增加，成核速度增加，有利于生成細(xì)顆粒，溫度過高時，粒子生長速度增加，顆?；钚栽黾樱菀资沽Ｗ娱L大，導(dǎo)致氧化鎂粒徑增加。

綜合考慮，本實驗選取反應(yīng)溫度為50～55℃。

2.3 反應(yīng)時間對氧化鎂粒徑的影響

固定反應(yīng)溫度為55℃，其它條件同上?？疾旆磻?yīng)時間對氧化鎂粒徑的影響，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)時間對粒徑的影響

由圖3可以看出，隨著反應(yīng)時間的增加，氧化鎂的粒徑逐漸減小，但當(dāng)反應(yīng)時間增加到40min后，粒徑隨反應(yīng)時間變化不大。這是由于，較短的反應(yīng)時間即代表著滴加速度較快，這樣會導(dǎo)致溶液瞬間混合不均勻，反應(yīng)不完全，由于部分PVA及其它未反應(yīng)離子的包裹在沉淀里，導(dǎo)致顆粒體系粘度增大，從而使得粘融現(xiàn)象增加，粒徑增大；當(dāng)反應(yīng)時間增加到40min時，溶液反應(yīng)完全，此時粒徑隨反應(yīng)時間變化不明顯。

綜合考慮，本實驗選取反應(yīng)時間為40～45min。

2.4 分散劑PVA用量對粒徑的影響

氯化鎂濃度1.0mol/L，反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)時間40～45min，改變分散劑PVA用量(樣品量的百分?jǐn)?shù))，考察對粒徑的影響，如圖4。

圖4 分散劑PVA用量對粒徑的影響

由圖4可見，隨PVA用量的增加，氧化鎂粒徑迅速減小，用量超過1%后減小不再明顯，所以綜合考慮，本實驗PVA用量為1.0%。

2.5 煅燒溫度對氧化鎂粒徑的影響

固定反應(yīng)溫度為55℃，反應(yīng)時間為 40min，氯化鎂濃度1.0mol/L，PVA用量為1.0%，考察煅燒溫度對氧化鎂粒徑的影響，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 煅燒溫度粒徑的影響

由圖5可以看出，隨著煅燒溫度的增大，氧化鎂的粒徑先減小后增大，當(dāng)煅燒溫度為650℃時所得產(chǎn)品粒徑最小。這是因為，當(dāng)溫度低于650℃時，煅燒不完全，沉淀可能還沒有分解完全，致使產(chǎn)物粒徑較大；當(dāng)溫度高于650℃時，氧化鎂粉末隨煅燒溫度的增加產(chǎn)生嚴(yán)重的粘融現(xiàn)象，發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致氧化鎂粒徑的急劇增大。綜合考慮，煅燒溫度選為650℃。

2.6 煅燒時間對粒徑的影響

實驗中固定反應(yīng)溫度為55℃，反應(yīng)時間為40min，煅燒溫度為650℃，氯化鎂濃度1.0mol/L，PVA用量為1.0%，考察煅燒時間對氧化鎂粒徑的影響，其結(jié)果如圖6所示。

圖6 煅燒時間對粒徑的影響

由圖6可以看出，隨著煅燒時間的增大，粒徑先減小后急劇增大。當(dāng)煅燒時間為2h時，所得產(chǎn)品粒徑最小。這是因為，當(dāng)煅燒時間小于2h時，可能沒有分解完全；當(dāng)煅燒溫度為2h時，沉淀完全分解為氧化鎂；當(dāng)煅燒時間大于2h時，容易導(dǎo)致氧化鎂顆粒間粘融。發(fā)生團(tuán)聚，是粒徑急劇增大。

綜合考慮，選取煅燒時間為2h。

在反應(yīng)溫度為55℃，反應(yīng)時間為40min，煅燒溫度為650℃，煅燒時間為2h時，氯化鎂濃度1.0mol/L，PVA用量為1.0%，測得的超細(xì)氧化鎂的SEM圖，如圖7所示。其平均粒徑為48nm左右。

圖7 所制超細(xì)氧化鎂的SEM圖

在最佳條件下制備的氧化鎂采用熒光光譜分析，產(chǎn)物中氧化鎂含量超過99.8%，屬于高純物質(zhì)。

3 結(jié)論

(1)實驗以氯化鎂和氨水為原料，采用直接沉淀法制備出了超細(xì)氧化鎂，其最佳工藝為：氯化鎂濃度1.0mol/L，PVA用量為1.0%，反應(yīng)溫度50～55℃，反應(yīng)時間40 ～45min，煅燒溫度為650℃，煅燒時間為2h。

(2)在最佳工藝條件下制備的超細(xì)氧化鎂平均粒徑為48nm，所得產(chǎn)品粒徑分布均勻，分散性良好；純度達(dá)到99.8%。

(3)實驗所用原料是氯化鎂和氨水，價格便宜；工藝簡單，生產(chǎn)成本低，對超細(xì)氧化鎂的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

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