一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法
【專利摘要】本發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；用烘干后的氯化鈉粉末制備內含步驟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進行高溫高壓反應；將反應后的樣品取出，清除樣品表面銀箔，即得到純的無水碳酸鎂；解決了現有技術采用水熱法、CO2氣氛保護退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復雜、反應時間長，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學穩定性不好容易吸水等技術問題。
【專利說明】
一種在高溫高壓下制備無水碳酸鏌的方法
技術領域：
[0001] 本發明屬于功能材料合成領域，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】：
[0002] 在工業上，碳酸鎂(MgC03)可作為一種重要的無機阻燃劑，具有無毒、熱穩定好、無 腐蝕性等優點，此外，還可用于食品加工、藥品、橡膠等領域的添加劑。而目前市場所提供的 碳酸鎂產品，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、菱錳礦等形成類質同象，常含有Fe 2+、Mn2+等雜質，無法達到碳酸鎂 單一物相研究所需要的純度。
[0003] 工業上以白云石、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] 對于此化學脫水、水解反應，TGA的研究結果表明，三水碳酸鎂分子含有兩分子結 晶水和一分子結構水，加熱過程容易脫去兩分子結晶水，而最后一分子結構水極難脫去，會 發生復雜的水解反應，生成水合堿式碳酸鎂，從而無法得到無水碳酸鎂(MgC0 3)。
[0006] 現有技術制備無水碳酸鎂的制備方法包括水熱法、co2氣氛保護退火等，但是其操 作過程復雜、反應時間長，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學穩定性不好好容易吸水缺陷。
【發明內容】
：
[0007] 本發明要解決的技術問題是：提供一種在高溫高壓下制備無水碳酸鎂的方法，以 解決現有技術采用水熱法、co2氣氛保護退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復雜、反應 時間長，獲得的碳酸鎂具有純度不高、化學穩定性不好容易吸水等技術問題。
[0008] 本發明技術方案：
[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；
[0013] 步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含步驟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進 行高溫高壓反應；
[0015] 步驟6、將反應后的樣品取出，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，然后在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內 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圓形通孔；
[0019] 步驟5.2、在圓形通孔內套一個圓形的石墨加熱爐；
[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設置有熱電偶。
[0023] 步驟5所述高溫高壓反應的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應時間為1個小 時。
[0024]步驟6所述純的無水碳酸鎂是單一物相，無雜質相。
[0025]步驟6所述純的無水碳酸鎂為三方結構，空間群為R-3c(no. 167)，晶格參數 a = U A，c .=15-16 /u
[0026] 本發明的有益效果：
[0027] 本發明通過在高溫高壓的條件下，通過抑制三水碳酸鎂的化學水解反應，使其完 全脫水，可以成功地制備純的無水碳酸鎂，其化學反應為
[0029]相比已報道的無水碳酸鎂的制備方法，包括水熱法、C02氣氛保護退火等），高溫高 壓的方法具有操作過程簡單、反應時間極短等優勢，獲得的碳酸鎂具有純度高、化學穩定性 好不易吸水等特點，該方法為碳酸鎂單一物相的研究提供了重要保障;解決了現有技術采 用水熱法、c〇 2氣氛保護退火制備無水碳酸鎂，但是其操作過程復雜、反應時間長，獲得的碳 酸鎂具有純度不高、化學穩定性不好容易吸水等技術問題。
【附圖說明】：
[0030] 圖1為本發明高溫高壓反應后獲得的無水碳酸鎂的粉末XRD圖；
[0031] 圖2為本發明高溫高壓反應后獲得的無水碳酸鎂的Raman光譜圖。
【具體實施方式】：
[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； [0036]步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含步驟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進 行高溫高壓反應；
[0038] 步驟6、將反應后的樣品取出，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，然后在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內 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圓形通孔；
[0042] 步驟5.2、在圓形通孔內套一個圓形的石墨加熱爐；
[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設置有熱電偶。
[0046] 步驟5所述高溫高壓反應的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應時間為1個小 時。
[0047] 步驟6所述純的無水碳酸鎂是單一物相，無雜質相。
[0048]步驟6所述純的無水碳酸鎂為三方結構，空間群為R-3c(no. 167)，晶格參數 a. = 1-5 八，g =-15-16 八。
[0049] 實施例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， 使用粉末壓片機，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外徑為14_，內徑為10_的石墨加熱爐；
[0053]③石墨加熱爐中間放內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，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發明高壓組裝塊的優點是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫 度的即時監控，適用于對溫度測量精度要求高的實驗;②葉臘石作為一級傳壓介質，具有很 好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓 介質，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中進行高溫高壓反應，設定壓力為lGPa，設定溫度為 600°C，反應時間為lh。高溫高壓反應完成后，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XRD結果和拉曼散射表征，通過本發明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質相。
[0056] 實施例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， 使用粉末壓片機，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外徑為14mm，內徑為10mm的石墨加熱爐；
[0060] ③石墨加熱爐中間放內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，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發明高壓組裝塊的優點是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫 度的即時監控，適用于對溫度測量精度要求高的實驗;②葉臘石作為一級傳壓介質，具有很 好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓 介質，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中進行高溫高壓反應，設定壓力為3GPa，設定溫度為 800°C，反應時間為lh。高溫高壓反應完成后，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XRD結果和拉曼散射表征，通過本發明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質相。
[0063] 實施例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， 使用粉末壓片機，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外徑為14_，內徑為10_的石墨加熱爐；
[0067] ③石墨加熱爐中間放內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，石墨爐作加熱爐，熱電偶作控溫裝置。本發明高壓組裝塊的優點是:①使用熱電偶 控溫，加熱系統通過熱電偶反饋的溫度調節加熱功率，從而改變溫度，該方法可以實現對溫 度的即時監控，適用于對溫度測量精度要求高的實驗;②葉臘石作為一級傳壓介質，具有很 好的傳壓性、機械加工性、耐熱保溫性和絕緣性，氯化鈉是一種低剪切材料，作為二級傳壓 介質，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中進行高溫高壓反應，設定壓力為2GPa，設定溫度為 700°C，反應時間為lh。高溫高壓反應完成后，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XRD結果和拉曼散射表征，通過本發明制備方法制備出的碳酸鎂 是單一物相，無雜質相。
【主權項】
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； 步驟4、用烘干后的氯化鈉粉末制備內含步驟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進行高 溫高壓反應； 步驟6、將反應后的樣品取出，清除樣品表面銀箱，即得到純的無水碳酸鎂。2. 根據權利要求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，然后在粉末壓片機中IMPa條件下壓實，得到內含用銀箱包裹 的三水碳酸鎂圓柱體的氯化鈉圓柱體樣品。3. 根據權利要求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圓形通孔； 步驟5.2、在圓形通孔內套一個圓形的石墨加熱爐； 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. 根據權利要求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設置有熱電偶。5. 根據權利要求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所述高溫高壓反應的溫度為600°C_800°C，壓力為l_3GPa，反應時間為1個小時。6. 根據權利要求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，無雜質相。7. 根據權利要求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構，空間群為R-3c(n〇. 167)，晶格參數a = 4-5 A.，c A。
【文檔編號】C01F5/24GK105883867SQ201610466785
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】梁文, 胡志明, 李和平
【申請人】中國科學院地球化學研究所