一种改性氧化镁及其制备方法和应用与流程

本技术属于氧化镁改性，具体为一种改性氧化镁及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氧化镁作为碱性沉淀剂，在红土镍矿高压酸浸后液回收镍钴的工艺中具有显著优势，可避免传统氢氧化钠法产生的大量硫酸钠废水，单耗和成本均更低。然而，普通氧化镁在实际应用中存在反应活性不稳定、溶解出的mg2+易与ni2+、co2+共沉淀导致产物氢氧化镍钴（mhp）中镁含量偏高（通常高于0.5%）、粉末易团聚分散性差以及初始加入阶段局部ph过高引发杂质同步沉淀等问题。更关键的是，“提高活性”与“抑制镁共沉淀”往往不可兼得，提高活性通常加剧镁溶出，抑制镁溶出又可能牺牲反应活性。

2、为改善上述问题，已经有部分解决方案被提出。湖南镁基科技有限公司的专利采用界面改性助剂、螯合剂等与氧化镁直接混合的复配法，但改性剂分布不均、难以形成完整致密包覆层，对镁共沉淀的抑制效果有限。青海西部镁业有限公司的专利通过引入水化抑制剂延缓氧化镁水化，但引入额外有机添加剂且镍钴沉淀率提升有限。中国恩菲工程技术有限公司采用碱性溶液对氧化镁进行活化，但需额外配制溶液并引入游离碱固化液，工艺复杂。

3、有鉴于此，开发一种既能高效沉淀镍钴、又能有效抑制镁共沉淀，且工艺简便、无需额外复杂试剂的氧化镁改性方法，具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本技术提供了一种改性氧化镁及其制备方法和应用，通过“先羧基化聚合物包覆、后金属盐水解沉积”，在氧化镁粉末表面形成有机包覆内层和无机外层，由内层“截留”镍钴、外层“阻挡”镁离子，从两个维度同时解决了氧化镁沉淀剂活性与氢氧化镍钴产物纯度的矛盾。

2、根据本技术的第一方面，本技术提供了一种改性氧化镁的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、获取羧基化聚合物、金属盐和氧化镁粉末，将所述羧基化聚合物分散于水中形成聚合物溶液，将所述金属盐溶于水形成金属盐溶液；

4、s2、将所述氧化镁粉末与所述聚合物溶液混合并加热进行第一反应，得到第一浆料；

5、s3、将所述第一浆料与所述金属盐溶液混合，在碱性条件下加热进行第二反应，得到第二浆料；

6、s4、将所述第二浆料进行固液分离、洗涤、干燥，得到所述改性氧化镁。

7、在上述技术方案中，步骤s1将羧基化聚合物和金属盐均配置成溶液，使得羧基化聚合物和金属盐充分分散，为后续处理氧化镁做准备。步骤s2中，将氧化镁粉末与聚合物溶液混合后，羧基化聚合物的羧基与氧化镁表面的mg-oh发生配位作用，在氧化镁颗粒表面形成稳定的有机包覆内层。在对镍、钴进行沉淀时，该内层既是水分子的渗透屏障，调控碱性缓释，避免局部过碱，又可通过游离羧基优先配位捕获溶液中的ni2+和co2+，在颗粒表面形成镍钴离子局部高浓度区，提高沉淀效率。步骤s3中，在碱性条件下，金属盐水解缩聚反应生成相应的无机纳米粒子，这些纳米粒子通过氢键或静电作用锚定于有机层外表面，形成无机外层。在对镍、钴进行沉淀时，随着ph升至碱性，该外层表面发生去质子化而荷负电，通过三重递进机制截获mg2+：其一，负电位点静电吸引mg2+，将其吸附固定于纳米孔道内壁；其二，致密孔道对水合mg2+产生物理限域，限制其自由扩散；其三，被固定的mg2+在孔道内与oh-接触后原位沉淀为mg(oh)2，堵塞孔道形成永久屏障。三者递进互补：先“抓住”、再“限制”、最终“锁死”，将mg2+永久固定于无机外层孔道内，阻止其进入溶液主体参与共沉淀。该过程与有机内层对ni2+/co2+的配位富集在空间上相互独立，两层协同配合。

8、本技术制得的改性氧化镁在沉淀镍、钴时通过结构和功能的协同实现上述效果，内层“截留”镍钴、外层“阻挡”镁离子，从两个维度同时解决了沉淀剂活性与沉淀产物纯度的矛盾。由此可见，本技术的技术方案中，改性氧化镁制备时的工艺顺序至关重要，若先沉积无机层再包覆聚合物，则聚合物无法有效配位，且内外功能倒置，导致效果大幅劣化；若两者同步混合，则无法形成有序的层状功能结构，效果同样会大打折扣。

9、进一步的，所述羧基化聚合物包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羧甲基纤维素或海藻酸钠，所述羧基化聚合物的质量为所述氧化镁粉末的质量的0.5%~5%。

10、进一步的，所述金属盐包括硅酸钠（na2sio3）、铝酸钠（naalo2）或钛酸四丁酯（ti(oc4h9)4），所述金属盐的质量以对应金属氧化物计为所述氧化镁粉末的质量的1%~3%；

11、na2sio3的对应金属氧化物为sio2，naalo2的对应金属氧化物为al2o3，ti(oc4h9)4的对应金属氧化物为tio2；上述金属盐在进行水解时的反应过程如下：

12、硅酸钠溶于水后，硅酸根离子在碱性条件下首先发生水解，生成原硅酸：

13、sio32-+2h2o→si(oh)4+2oh-

14、随后，原硅酸分子之间发生缩聚反应，通过脱水缩合形成si-o-si键：

15、2si(oh)4→(ho)3si-o-si(oh)3+h2o

16、缩聚反应持续进行，逐渐形成三维si-o-si网络结构，最终生成纳米级sio2粒子；

17、铝酸钠在碱性溶液中以al(oh)4-形式存在，当ph适当降低至弱碱性范围时，铝酸根离子发生水解-缩聚，首先生成al-o-al桥键：

18、2al(oh)4-→(ho)3al-o-al(oh)32-+h2o

19、随着缩聚持续进行，形成纳米水合氧化铝（al2o3·nh2o）粒子。在非煅烧条件下，产物以拟勃姆石（alooh）或勃姆石形式存在，通常统称为纳米水合氧化铝。

20、进一步的，所述第一反应的温度为40~80℃；

21、所述第二反应的ph为7.5~10、温度为50~90℃；

22、所述干燥的温度为80~120℃。

23、进一步的，所述聚合物溶液的浓度为0.001~0.01g/ml，所述金属盐溶液的浓度为0.002~0.006g/ml。

24、根据本技术的第二方面，本技术提供了一种改性氧化镁，采用上述的改性氧化镁的制备方法制备得到。

25、根据本技术的第三方面，本技术提供了一种上述的改性氧化镁的应用，将所述改性氧化镁用于在镍钴湿法冶金中提取镍、钴，包括以下步骤：

26、将所述改性氧化镁加入含镍、钴的酸性溶液中，进行沉淀反应，使得镍的沉淀率不低于96%，钴的沉淀率不低于95%，所得氢氧化镍钴产品中镁的含量不高于0.35wt%。

27、进一步的，所述含镍、钴的酸性溶液包括含镍、钴的浸出液或红土镍矿高压酸浸工艺的除铁铝后液，所述含镍、钴的浸出液包括红土镍矿、硫化镍矿、铜钴矿、废旧镍钴电池或镍钴合金废料的浸出液。

28、进一步的，所述改性氧化镁以mgo计与所述含镍、钴的酸性溶液中镍和钴的总摩尔量之比为(1.5~2.2):1。

29、进一步的，所述沉淀反应的温度为50~80℃、时间为2~6h。

30、本技术提出了一种改性氧化镁及其制备方法和应用，产生了如下有益效果：

31、1、首次将“先羧基化聚合物包覆、后金属盐水解沉积”的两步顺序改性法引入氧化镁沉淀剂的制备中，工艺路线与现有一步复配或水化抑制法存在根本上的不同；

32、2、两步法产生显著的协同增效作用：镍钴的沉淀率和镁抑制效果远优于各步骤单独使用的效果叠加，证明了两步法并非简单组合，而是产生了1+1>2的协同效应，能在高效沉淀镍钴的同时大幅降低产物镁含量；

33、3、本方法有效解决了传统技术中“高沉淀活性与低镁含量不可兼得”的长期矛盾，可获得高品质的镍钴中间产品，且沉淀含水率低、沉降速率快，显著改善产物物理性能，降低下游能耗；

34、4、整个改性过程在水相中进行，无需有机溶剂，环境友好，改性氧化镁可直接替代普通氧化镁用于现有生产线，工业化前景广阔。