硅酸镁在氢氧化钠亚熔盐体系中的溶解行为

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1、万方数据第25卷第5期2009年10月分子科学学报JOURNALOFMOIE㈣SCIENCEVd．25N6．5October2009[文章编号]1000-9035(2009)05．0322-05硅酸镁在氢氧化钠亚熔盐体系中的溶解行为赵昌明，翟玉春。(东北大学材料冶金学院，辽宁沈阳ltO004)[摘要]采用液相法合成硅酸镁(M茚iq)，研究其在氢氧化钠高浓介质体系中的溶解行为，探讨了液固比、氢氧化钠初始浓度和反应温度对硅酸镁中氧化硅反应率的影响，用液．固多相收缩未反应核模型研究其在氢氧化钠高浓介质体系中的反应

2、动力学．结果表明：硅酸镁在氢氧化钠高浓介质体系中溶解过程的控制步骤为界面化学反应控制，硅酸镁脱硅反应的表观活化能为31．664kJ／mol，反应级数为1．98．此方法研究硅酸镁的溶解行为，为中低品位红土镍矿的合理利用提供理论依据．[关键词]硅酸镁；亚熔盐体系；氢氧化钠；红土镍矿[中图分类号]O641[学科代码]150·30[文献标识码]A随着硫化镍矿资源的Et趋枯竭，红土镍矿将成为未来镍的主要来源¨引．目前全球已经探明的镍储量约为1．6亿吨，其中红土镍矿占70％．与硫化镍矿不同，红土镍矿较低的镍含量和较高的

3、硅含量，以及不能通过选矿的方法富集，给其利用带来很大困难．红土镍矿是镍的硅酸盐氧化型矿物，冶金方法包括火法和湿法∞圳．火法有矿热炉冶炼工艺和回转窑一电炉工艺，矿石多为低铁高镍的纹岩型矿．湿法工艺又分为两种流程：(1)还原焙烧氨浸法bJ，适用于含硅酸盐较多、氧化镁较高的矿石；(2)酸浸法，适用于处理低镁的红土镍矿．无论采用哪种工艺，脱硅都是一个关键环节．因为红土镍矿是镍的硅酸盐氧化型矿物，矿中镍含量在1％左右，而氧化硅含量高达40％一50％L6-12J，氧化硅易与其他成分形成复杂的硅酸盐，例如硅酸镁(mMgO

4、·凡si02)、硅酸铝(mAl203·nSi02)、硅酸铁(mFe203·nSi02)和硅酸镍(mNiO·nSi02)等．氧化硅含量多，不加以利用，产生大量的含硅废渣，给环境造成大的负担．因此，红土镍矿中氧化硅的提取和利用具有重要意义．本文以硅酸镁为原料，NaOH亚熔盐体系为反应介质，通过研究硅酸盐在碱溶液中的溶解行为，为提高红土镍矿的综合利用率、减少冶金废渣排放提供理论依据．相关研究尚未见文献报道．1实验1．1实验试剂和仪器硅酸钠(Na2Si03)、氯"fr七镁(MgCl2)、氢氧化钠(NaOH)均为AR

5、级，购自天津科密欧化工有限公司．水为去离子水．收稿日期：2009-05—12基金项目：围家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB613603)．联系人简介：翟玉春(1962．)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事材料化学及冶金物理化学研究．E-mail：hzllaocIIa删，IliI唱@yahoo．conl．cn万方数据第5期赵昌明，等：硅酸镁在氢氧化钠亚熔盐体系中的溶解行为323成分分析采用岛津IcPQ．100型ICP-AES装置，采用日本理学RigakuX射线自动射仪对样品进行物相分析，Cu砭l

6、射线波长A=0．154056nln，扫描步长为0．020．反应釜由不锈钢制成，自带加热套，通过KWT型可控硅温度控制器控温，用镍铬．镍硅热电耦测温，温控精度为±2℃，反应器上装有搅拌装置和回流冷凝管，其接口处、采样口以及釜盖均采取密封措施，利用取样勺取样，实验装置如图1所示．1．2实验方法将等物质的量比的Na2Si03和MgCl2溶液放人2L烧杯中，采用搅拌器搅拌，把反应后的溶液固液分离．合成的M幽03固体放入1200oC炉内焙烧以备用．其XRD见图1，所有衍射峰都被确定为纯净物的晶态物相，其主要峰与JCP

7、DS卡片(1l～273)MGSi03的物相一致．称取一定量氢氧化钠放人反应釜中，加入去离子水至设定浓度，开通回流冷凝管中的冷却水，并开始搅拌．将反应釜升温到设定温度，待体系温度恒定后，按一定的液固比(氢氧化钠溶液质量与硅酸镁的质量比)加入硅酸镁，反应开始计时，定时取液体样，样品经骤冷、过滤、洗涤，用ICP-AES分析其硅含量．1．交流可调电压控制器2．电动机3．冷凝器4-安全阀5．密封圈6．热电偶7．接线柱8-控温仪9．反应釜10．加热套11．搅拌器12．热电偶13．数字显示嚣图1实验装置图2结果与讨论恻露

8、j一地k。，九～～A．∥从。M。1836547220／(。)图2硅酸镁的XRD图硅酸镁在氢氧化钠亚熔盐体系中的溶解反应为Mgsi03+2NaOH=Mg(OH)2+Na2Si03．该反应是液．固多相反应过程．硅酸镁在氢氧化钠溶液中的溶解反应在固体颗粒表面进行．随浸出过程的进行，未反应核不断缩小，同时固体颗粒表面会形成不溶于氢氧化钠溶液的氢氧化镁，氢氧化钠分子必须穿过氢氧化镁才能与硅酸镁继续反应．因此，硅酸镁在氢氧化