一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，它包括：使用分析純的三水碳酸鎂粉末作為起始原料；使用壓片機(jī)將三水碳酸鎂粉末壓成圓柱形，使用銀箔將其包裹做成樣品；將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150℃溫度下烘干2小時(shí)；用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含步驟2所述樣品的氯化鈉圓柱體樣品；將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)；將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀箔，即得到純的無水碳酸鎂；解決了現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法、CO2氣氛保護(hù)退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學(xué)穩(wěn)定性不好容易吸水等技術(shù)問題。
【專利說明】
一種在高溫高壓下制備無水碳酸鏌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料合成領(lǐng)域，尤其涉及一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方 法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在工業(yè)上，碳酸鎂(MgC03)可作為一種重要的無機(jī)阻燃劑，具有無毒、熱穩(wěn)定好、無 腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，此外，還可用于食品加工、藥品、橡膠等領(lǐng)域的添加劑。而目前市場(chǎng)所提供的 碳酸鎂產(chǎn)品，除天然的菱鎂礦外，一般為三水碳酸鎂和水合堿式碳酸鎂。而天然存在的菱鎂 礦，由于極易和菱鐵礦、菱錳礦等形成類質(zhì)同象，常含有Fe 2+、Mn2+等雜質(zhì)，無法達(dá)到碳酸鎂 單一物相研究所需要的純度。
[0003] 工業(yè)上以白云石、菱鎂礦為原料，采用煅燒、碳化等過程，得到三水碳酸鎂 (MgC03 · 3H20)。在常壓下，三水碳酸鎂只能部分脫水，極易水解為堿式碳酸鎂(4MgC03 · Mg (0H)2 · 4H2〇)，其過程為
[0004] 5[MgC03 · 3H20]-4MgC03 · Mg(0H)2 · 4H2O+CO2+IOH2O
[0005] 對(duì)于此化學(xué)脫水、水解反應(yīng)，TGA的研究結(jié)果表明，三水碳酸鎂分子含有兩分子結(jié) 晶水和一分子結(jié)構(gòu)水，加熱過程容易脫去兩分子結(jié)晶水，而最后一分子結(jié)構(gòu)水極難脫去，會(huì) 發(fā)生復(fù)雜的水解反應(yīng)，生成水合堿式碳酸鎂，從而無法得到無水碳酸鎂(MgC0 3)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)制備無水碳酸鎂的制備方法包括水熱法、co2氣氛保護(hù)退火等，但是其操 作過程復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學(xué)穩(wěn)定性不好好容易吸水缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，以 解決現(xiàn)有技術(shù)采用水熱法、co2氣氛保護(hù)退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復(fù)雜、反應(yīng) 時(shí)間長(zhǎng)，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學(xué)穩(wěn)定性不好容易吸水等技術(shù)問題。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0009] -種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，它包括：
[0010] 步驟1:使用分析純的三水碳酸鎂粉末作為起始原料；
[0011] 步驟2:使用壓片機(jī)將三水碳酸鎂粉末壓成圓柱形，使用銀箱將其包裹做成樣品；
[0012] 步驟3、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150°C溫度下烘干2小時(shí)；
[0013] 步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含步驟2所述樣品的氯化鈉圓柱體樣品；
[0014] 步驟5、將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn) 行高溫高壓反應(yīng)；
[0015] 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即得到純的無水碳酸鎂。
[0016] 步驟4所述的用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體的 氯化鈉圓柱體樣品的制備方法為:將氯化鈉粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鈉圓柱體，然后 將用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再往用銀箱包裹 的三水碳酸鎂鐵圓柱體上加蓋氯化鈉粉末，然后在粉末壓片機(jī)中IMPa條件下壓實(shí)，得到內(nèi) 含用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品。
[0017]步驟5所述的將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括：
[0018] 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個(gè)圓形通孔；
[0019] 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐；
[0020] 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀箱包裹的樣品；
[0021] 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0022] 所述的高壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。
[0023] 步驟5所述高溫高壓反應(yīng)的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小 時(shí)。
[0024]步驟6所述純的無水碳酸鎂是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0025]步驟6所述純的無水碳酸鎂為三方結(jié)構(gòu)，空間群為R-3c(no. 167)，晶格參數(shù) a = U A，c .=15-16 /u
[0026] 本發(fā)明的有益效果：
[0027] 本發(fā)明通過在高溫高壓的條件下，通過抑制三水碳酸鎂的化學(xué)水解反應(yīng)，使其完 全脫水，可以成功地制備純的無水碳酸鎂，其化學(xué)反應(yīng)為
[0029]相比已報(bào)道的無水碳酸鎂的制備方法，包括水熱法、C02氣氛保護(hù)退火等），高溫高 壓的方法具有操作過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間極短等優(yōu)勢(shì)，獲得的碳酸鎂具有純度高、化學(xué)穩(wěn)定性 好不易吸水等特點(diǎn)，該方法為碳酸鎂單一物相的研究提供了重要保障;解決了現(xiàn)有技術(shù)采 用水熱法、c〇 2氣氛保護(hù)退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，獲得的碳 酸鎂具有純度不高、化學(xué)穩(wěn)定性不好容易吸水等技術(shù)問題。
【附圖說明】：
[0030] 圖1為本發(fā)明高溫高壓反應(yīng)后獲得的無水碳酸鎂的粉末XRD圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明高溫高壓反應(yīng)后獲得的無水碳酸鎂的Raman光譜圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0032] -種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，它包括：
[0033] 步驟1:使用分析純的三水碳酸鎂粉末作為起始原料；
[0034] 步驟2:使用壓片機(jī)將三水碳酸鎂粉末壓成圓柱形，使用銀箱將其包裹做成樣品；
[0035] 步驟3、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150°C溫度下烘干2小時(shí)； [0036]步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含步驟2所述樣品的氯化鈉圓柱體樣品； [0037]步驟5、將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn) 行高溫高壓反應(yīng)；
[0038] 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即得到純的無水碳酸鎂。
[0039] 步驟4所述的用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體的 氯化鈉圓柱體樣品的制備方法為:將氯化鈉粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鈉圓柱體，然后 將用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再往用銀箱包裹 的三水碳酸鎂鐵圓柱體上加蓋氯化鈉粉末，然后在粉末壓片機(jī)中IMPa條件下壓實(shí)，得到內(nèi) 含用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品。
[0040]步驟5所述的將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括：
[0041] 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個(gè)圓形通孔；
[0042] 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐；
[0043] 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀箱包裹的樣品；
[0044] 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。
[0045] 所述的高壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。
[0046] 步驟5所述高溫高壓反應(yīng)的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小 時(shí)。
[0047] 步驟6所述純的無水碳酸鎂是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0048]步驟6所述純的無水碳酸鎂為三方結(jié)構(gòu)，空間群為R-3c(no. 167)，晶格參數(shù) a. = 1-5 八，g =-15-16 八。
[0049] 實(shí)施例1
[0050] 以分析純的三水碳酸鎂作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將三水碳酸鎂(約0.30g) 末壓成圓柱體（Φ6mmX 5mm)，使用銀箱(0.025mm)將其包裹做成樣品；以NaCl為傳壓介質(zhì)， 使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入NaCl鹽柱（?10mmX12mm)中，完成高壓組裝塊。高壓組裝塊組 裝方式：
[0051 ] ①32 X 32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的圓形通孔；
[0052]②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14_，內(nèi)徑為10_的石墨加熱爐；
[0053]③石墨加熱爐中間放內(nèi)含三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為用直徑為 10_的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0054]至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據(jù)用銀箱包裹的三水 碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳 壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對(duì)溫度測(cè)量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級(jí)傳壓介質(zhì)，具有很 好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級(jí)傳壓 介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0055] 將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為lGPa，設(shè)定溫度為 600°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即可 得到純的碳酸鎂樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0056] 實(shí)施例2
[0057]以分析純的三水碳酸鎂作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將三水碳酸鎂（約0.30g) 末壓成圓柱體（Φ6mmX 5mm)，使用銀箱(0.025mm)將其包裹做成樣品；以NaCl為傳壓介質(zhì)， 使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入NaCl鹽柱（?10mmX12mm)中，完成高壓組裝塊。高壓組裝塊組 裝方式：
[0058] ①32 X 32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的圓形通孔；
[0059] ②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14mm，內(nèi)徑為10mm的石墨加熱爐；
[0060] ③石墨加熱爐中間放內(nèi)含三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為用直徑為 10_的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0061] 至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據(jù)用銀箱包裹的三水 碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳 壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對(duì)溫度測(cè)量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級(jí)傳壓介質(zhì)，具有很 好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級(jí)傳壓 介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0062] 將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為3GPa，設(shè)定溫度為 800°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即可 得到純的碳酸鎂樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質(zhì)相。
[0063] 實(shí)施例3
[0064]以分析純的三水碳酸鎂作為起始原料，使用粉末壓片機(jī)將三水碳酸鎂(約0.30g) 末壓成圓柱體（Φ6mmX 5mm)，使用銀箱(0.025mm)將其包裹做成樣品；以NaCl為傳壓介質(zhì)， 使用粉末壓片機(jī)，將樣品壓入NaCl鹽柱（?10mmX12mm)中，完成高壓組裝塊。高壓組裝塊組 裝方式：
[0065] ①32 X 32mm的葉臘石塊中心打直徑為14mm的圓形通孔；
[0066] ②葉臘石塊的圓形通孔里面套一個(gè)外徑為14_，內(nèi)徑為10_的石墨加熱爐；
[0067] ③石墨加熱爐中間放內(nèi)含三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體，上下為用直徑為 10_的葉臘石堵頭進(jìn)行封堵。
[0068]至此，高壓組裝塊完成，其中高壓組裝塊涉及到的尺寸可根據(jù)用銀箱包裹的三水 碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品的尺寸來具體確定;該組裝塊中，葉臘石和氯化鈉作傳 壓介質(zhì)，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發(fā)明高壓組裝塊的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統(tǒng)通過熱電偶反饋的溫度調(diào)節(jié)加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度的即時(shí)監(jiān)控，適用于對(duì)溫度測(cè)量精度要求高的實(shí)驗(yàn);②葉臘石作為一級(jí)傳壓介質(zhì)，具有很 好的傳壓性、機(jī)械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級(jí)傳壓 介質(zhì)，使腔體中的壓力比較均勻，且其密封性好;③石墨爐作為加熱爐，溫度均勻性高。
[0069]將組裝塊放入六面頂大壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)，設(shè)定壓力為2GPa，設(shè)定溫度為 700°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。高溫高壓反應(yīng)完成后，將得到的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即可 得到純的碳酸鎂樣品。根據(jù)XRD結(jié)果和拉曼散射表征，通過本發(fā)明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質(zhì)相。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，它包括： 步驟1:使用分析純的三水碳酸鎂粉末作為起始原料； 步驟2:使用壓片機(jī)將三水碳酸鎂粉末壓成圓柱形，使用銀箱將其包裹做成樣品； 步驟3、將氯化鈉研磨成200目以上的粉末，置于烘箱中以150°C溫度下烘干2小時(shí)； 步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含步驟2所述樣品的氯化鈉圓柱體樣品； 步驟5、將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中并放置在六面頂大壓機(jī)進(jìn)行高 溫高壓反應(yīng)； 步驟6、將反應(yīng)后的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即得到純的無水碳酸鎂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:步驟 4所述的用烘干后的氯化鈉粉末制備內(nèi)含用銀箱包裹的三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體 樣品的制備方法為:將氯化鈉粉末在粉末壓片機(jī)中壓成氯化鈉圓柱體，然后將用銀箱包裹 的三水碳酸鎂圓柱體放在氯化鈉圓柱體上表面的中間位置，再往用銀箱包裹的三水碳酸鎂 鐵圓柱體上加蓋氯化鈉粉末，然后在粉末壓片機(jī)中IMPa條件下壓實(shí)，得到內(nèi)含用銀箱包裹 的三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:步驟 5所述的將氯化鈉圓柱體樣品組裝在高壓合成組裝塊中的方法包括： 步驟5.1、選取一塊葉臘石塊，在葉臘石塊中心打一個(gè)圓形通孔； 步驟5.2、在圓形通孔內(nèi)套一個(gè)圓形的石墨加熱爐； 步驟5.3、在石墨加熱爐中間放置用銀箱包裹的樣品； 步驟5.4、將圓形石墨加熱爐上下兩端用葉臘石堵頭密封。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:所述 的高壓合成組裝塊內(nèi)設(shè)置有熱電偶。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:步驟 5所述高溫高壓反應(yīng)的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應(yīng)時(shí)間為1個(gè)小時(shí)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:步驟 6所述純的無水碳酸鎂是單一物相，無雜質(zhì)相。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，其特征在于:步驟6所 述純的無水碳酸鎂為三方結(jié)構(gòu)，空間群為R-3c(n〇. 167)，晶格參數(shù)a = 4-5 A.，c A。
【文檔編號(hào)】C01F5/24GK105883867SQ201610466785
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】梁文, 胡志明, 李和平
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所