86 北京科技大学学报 第35卷 方法是先把镁沉淀出来，再进行直接煅烧2-12.上 加热进行热分析.在加热过程中，随着温度的升高 述方法存在热解效率低，产品纯度不高等缺陷：而 样品逐渐脱去结晶水，热分析得到七水硫酸镁在 将硫酸镁直接热解则存在热解温度高、分解时间长 600℃以内的热重差热分析(TG-DSC)曲线，如 等问题 图2所示.从图2可以看出，七水硫酸镁在500℃ 针对高纯氧化镁制备过程中存在的问题，本文 时可以脱去全部结晶水.因此、本实验所用样品均 尝试采用天然气还原热解硫酸镁的方式制备高纯氧 先在500℃下脱除硫酸镁中的结晶水， 化镁，先利用盐湖氯化镁与硫酸反应制备出硫酸镁， 100 0.5 将其脱水之后，利用天然气进行还原热解，研究了 0.0 热解温度、热解时间、硫酸镁的粒径及气体流量对 90 1-TG -0.5 硫酸镁转化率的影响，用氢氧化钠溶液对热解尾气 80 2-DSC SO2进行吸收，获得高附加值的亚硫酸钠产品.本 10号 工艺操作简单，热解效率高，产品品质好 70 -2.0 1实验 60 1.1实验原料、仪器及装置 50 -3.0 实验所用原料包括盐湖氯化镁、硫酸和天然气 0 3.5 所用仪器包括坩埚炉、自制石英反应器、AR1140 100200300400500600700 温度/°C 电子天平、DFI01S集热式恒温加热磁力搅拌 图2七水硫酸镁加热脱水过程的热重差热曲线 器、DZF-6020型真空于燥箱、综合热分析仪（德 国NETZSCH公司STA409C型：温度范围：室 Fig.2 TG-DSC curves of MgSO.7H20 during thermal de- 温~1400℃)、X射线衍射仪（日本理学公司D/max- hydration γB型，C靶，入为0.15406nm,管电压为40kV, 1.2.3天然气与硫酸镁的热解反应 管电流为100mA,衍射速度为4°，min-1,扫描范 将一定量的硫酸镁加入到自制的石英反应器 围20=10°~100)、扫描电子显微镜（日立H-600型） 中，加热到一定温度，开始通天然气.主要反应式 和日立原子吸收光谱仪.实验装置如图1所示. 如下： CH4+4MgSO=4MgO+4S02+CO2+2H2O. 1.2.4转化率的计算 0= 3w2×100% m 其中：α为硫酸镁转化为氧化镁的转化率.%：w为 1一天然气气瓶：2一流量计：3温控仪：4一反应器： 还原热解产物中氧化镁的质量分数，%：1为硫酸 5电炉：6二氧化硫吸收瓶；7一磁力搅拌器：8-二 镁的质量，g:m2为还原热解产物的质量，g 氧化碳吸收瓶：9一天然气收集瓶 1.3分析及表征 图1实验装置图 产物中g0质量分数由日立原子吸收光谱仪 Fig.1 Schematic diagram of experimental set-up 进行测定.利用日本理学公司的D1ax2B型X射 1.2实验方法 线衍射仪分析和日立H-600型扫描电子显微镜观察 1.2.1硫酸镁的制备 样品的晶体结构、微粒的大小和形貌 将盐湖氯化镁与硫酸按一定摩尔比混合，在一 2结果与讨论 定条件下进行反应，经固液分离、重结晶、真空干 燥等步骤，得到七水硫酸镁，同时对产生的氯化氢 2.1热解温度对硫酸镁转化率的影响 气体进行吸收得到盐酸产品，反应式如下： 将疏酸镁分别在800、850、900、950和1000℃ 还原热解40mim,通入的气体流量为201mL1mim-1, MgCL2+H2SO4+7H20=MgSO,·7H20+2HCI↑. 考察热解温度对硫酸镁转化率的影响，结果如图3 1.2.2七水硫酸镁的脱水13 所示.由图3可知，随着温度的升高硫酸镁的转化 将七水疏酸镁置于坩埚然后置于热分析仪中 率逐渐提高.当温度从800℃升高到950℃时，硫北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 加热进行热分析 在加热过程 中, 随着温度的升 高, 样品逐渐脱去结 晶水 , 热分析得到七水硫 酸镁在 ℃以内的热重一差热 分析 一 曲线 , 如 图 所示 从图 可 以看出, 七水硫酸镁 在 ℃ 时可 以脱去全部结晶水 因此 , 本实验所用样品均 先在 ℃下脱除硫酸镁 中的结晶水 续健竭一污︵︶切工· 一 一 牛浅么比上日刁汀月乃卜﹄︸ 圈常琴竭岁 方法是先把镁沉淀 出来, 再进行直接锻烧 一' “ 上 述方法存在热解效率低 , 产品纯度不高等缺陷 而 将硫酸镁直接热解则存在热解温度高 、分解时间长 等 问题 针对高纯氧化镁制备过程中存在的问题 , 本文 尝试采用天然气还原热解硫酸镁的方式制备高纯氧 化镁 , 先利用盐湖氯化镁与硫酸反应制备出硫酸镁, 将其脱水之后, 利用天然气进行还原热解 , 研究了 热解温度 、热解时间 、硫酸镁 的粒径及气体流量对 硫酸镁转化率的影响, 用氢氧化钠溶液对热解尾气 进行吸收 , 获得高附加值 的亚硫酸钠产 品 本 工艺操作简单 , 热解效率高, 产品品质好 实验 实验原料 、仪器及装置 实验所用原料包括盐湖氯化镁 、硫酸和天然气 所用仪器包括增锅炉 、 自制石英反应器 、 电子天 平 、 一 集热式 恒温 加热磁 力搅 拌 器 、 一 型真 空干燥箱 、 综合热分析仪 德 国 公司 型 温度 范围 室 温 、 ℃ 、 射线衍射仪 日本理学公司 型 , ,, 靶 , 人为 。, , 管电压为 , 管 电流为 , 衍射速度为 · 一`, 扫描范 围 。 、扫描 电子显微镜 日立 一 型 和 日立原子吸收光谱仪 实验装置如图 所示 一爪丫、 厂一几一 二百易 门火 一 川 温度 “ 图 七水硫酸镁加热脱水过程的热 重 差热曲线 一 · 一 一 一 主 天然气与硫酸镁的热解 反应 将 一定量 的硫 酸镁加入 到 自制的石英反应器 中, 加热到一定温度 , 开始通天然气 主要反应式 如下 韭 转化率的计算 。 圣竺兰 、 一天然气气瓶 一流量计 一温控仪 反应器 电炉 一二氧化硫吸收瓶 一磁力搅拌器 一二 执化碳吸收瓶 一天然气收集瓶 图 实验装置图 一 实验方法 硫酸镁的制备 将盐湖氯化镁与硫酸按一定摩尔比混合, 在一 定条件下进行反应 , 经固液分离 、重结晶 、真空干 燥等步骤, 得到七水硫酸镁 , 同时对产生的氯化氢 气体进行吸收得到盐酸产 品, 反应式如下 月 其中 为硫酸镁转化为氧化镁 的转化率 。为 还原热解产物中氧化镁 的质量分数 , 沉 ,叭 为硫酸 镁的质量, 二 为还原热解产物的质量, 分析及表征 产物中 质量分数 由日立原子吸收光谱仪 进行测定 利用 日本理学公司的 一今 型 射 线衍射仪分析和 日立 一 型扫描 电子显微镜观察 样品的晶体结构 、微粒的大小和形貌 。 魂· 〔 七水硫酸镁的脱水扭 将七 水硫酸镁置于增祸然后置 于热分析仪 中 结果与讨论 热解温度对硫酸镁转化率的影响 将硫酸镁分别在 、 、 、 和 还原热解 , , ,, , 通入的气体流量为 , ·, 厂 ', 考察热解温度对硫酸镁转化率的影响, 结果如图 所示 由图 可知 , 随着温度 的升高硫酸镁 的转化 率逐渐提高 当温度从 ℃升高到 ℃时 , 硫