[发明专利]一种利用白云石制备纳米碳酸钙和纳米水滑石的方法

说明书

本发明提供了一种利用白云石制备纳米碳酸钙和纳米水滑石的方法，通过两步蒸氨反应实现轻烧白云石中钙镁的高效分离与提纯，蒸氨得到的氨水与CO₂反应制备碳酸铵或碳酸氢铵，用于制备纳米碳酸钙和水合碳酸镁，碳酸镁与拟薄水铝石和功能客体反应制备镁铝水滑石，利用白云石绿色制备得到高附加值的纳米碳酸钙和纳米镁铝水滑石。借助胶体磨高剪切力强制碳酸镁和拟薄水铝石的微观混合，避免了由颗粒团聚导致反应不完全的问题。由于原料为湿滤饼，未发生硬团聚，颗粒尺寸小，反应活性高，在常压下加热即可快速反应生成纳米水滑石。本发明所采用的制备方法具有原料来源丰富、价格低廉、制备过程简单、反应条件温和、绿色环保、易于工业化生产等优点。

所属领域

本发明涉及无机非金属功能材料制备领域，具体涉及一种利用白云石制备纳米碳酸钙和纳米水滑石的方法。

背景技术

白云石为菱镁矿(MgCO₃)和方解石(CaCO₃)组成为1∶1的复盐，化学式为CaCO₃·MgCO₃，我国白云石矿产资源储量丰富，分布广泛，目前已探明可开采的白云石矿资源储量超过200亿吨。白云石是一种重要的钙镁资源，广泛用于冶金、镁、耐火材料、建材、化工、农业、环保等领域中。白云石矿主要用来生产初级产品，产品附加值低，如何提高白云石矿产资源的附加值，对白云石进行深加工，生产高附加值的高端产品是一个亟待解决的问题。

白云石中钙镁元素的分离是白云石高值利用的基础与关键，目前主要有碳化法、酸解法、铵浸法等分离方法，其中碳化法是工业上最常采用的方法。白云石碳化法是将白云石煅烧制得轻烧白云石粉，加水消化除渣精制成浆液，浆液在碳化塔内用CO₂气体碳化，将Ca(OH)₂转化为CaCO₃，MgO转变为Mg(HCO₃)₂，将碳化液过滤，滤渣为含镁碳酸钙，滤液经热解得到轻质碳酸镁。但碳化反应是气－液－固三相反应，CO₂溶解度小，反应速率慢，过程较为复杂，碳酸钙中含有大量的镁及其它杂质，颗粒不规则、尺寸不均一，无法制备得到纳米级碳酸钙。由于反应终点不易控制，Mg(HCO₃)₂滤液中通常含有Ca(HCO₃)₂杂质，严重影响了镁产品的纯度和质量，降低了其价值。

专利201110199958.4以白云石为原料，采用碳化法制备氧化镁，副产普通碳酸钙，但Mg(HCO₃)₂溶解度较低，需要消耗大量的水，热解Mg(HCO₃)₂溶液的时候也需要消耗大量的能量，得到的碳酸钙杂质含量高，品质低劣。专利201310705065.1利用Ca(OH)₂和Mg(OH)₂溶解度的差异，将煅烧白云石用大量水消化，过滤得到Ca(OH)₂溶液，溶液中通入CO₂反应得到碳酸钙，过滤碳酸钙得到的滤液再次用于溶解煅烧白云石滤渣中的Ca(OH)₂，如此反复操作多次，直至Ca(OH)₂全部溶解，最终得到碳酸钙和氢氧化镁。但由于Ca(OH)₂溶解度较低，该方法需要消耗大量水，步骤繁琐，得到的碳酸钙粒径较大，氢氧化镁纯度较低。专利201610023391.8公开了一种利用白云石制备纳米氧化镁的方法，将煅烧的白云石灰用硫酸铵浸取得到硫酸镁溶液，再加氨水沉淀制备氢氧化镁，但该方法会副产大量的硫酸钙废渣，且氨水易挥发，容易污染环境，其碱性较弱，使镁离子沉淀不完全，降低了生产效率。专利201710648275.X公开了一种从白云石中提取氢氧化镁和碳酸钙的方法，将煅烧的白云石粉与铵盐反应得到钙镁溶液和氨水，氨水再与钙镁溶液反应制备氢氧化镁，然后将CO₂气体通入滤液中制备碳酸钙，该方法可同时制备氢氧化镁和碳酸钙，但该方法制备的氢氧化镁和碳酸钙颗粒尺寸大，达不到纳米级别且镁的转化率较低。