液态镁

我国活性氧化镁生产工艺研究进展

戈海文;邓天龙;姚燕;郭亚飞

【摘要】活性氧化镁是一种高附加值的化工原料,广泛应用于各种化工生产中.重点

归纳总结了我国活性氧化镁的生产工艺,内容主要包括固体矿石法和液态镁卤水法,

并指出了未来的主要研究方向.

【期刊名称】《广东微量元素科学》

【年(卷),期】2010(017)012

【总页数】6页(P29-34)

【关键词】活性氧化镁;菱镁矿;白云石;卤水

【作者】戈海文;邓天龙;姚燕;郭亚飞

【作者单位】成都理工大学材料与化学化工学院,四川,成都,610059;中科院青海盐

湖所中科院盐湖资源与化学重点实验室,青海,西宁,810008;成都理工大学材料与化

学化工学院,四川,成都,610059;中科院青海盐湖所中科院盐湖资源与化学重点实验

室,青海,西宁,810008;天津市海洋资源与化学重点实验室,天津科技大学,天

津,300457;中科院青海盐湖所中科院盐湖资源与化学重点实验室,青海,西

宁,810008;成都理工大学材料与化学化工学院,四川,成都,610059;天津市海洋资源

与化学重点实验室,天津科技大学,天津,300457

【正文语种】中文

【中图分类】TQ132.2

活性氧化镁,也称轻烧氧化镁或苛性镁氧,是在900℃以下煅烧镁化合物形成的氧化

镁。氧化镁的化学活性可以用吸碘值(吸附性能指标)表示,化学活性愈大,吸碘值愈

大,就愈轻质。吸碘值在120～180mg/g时称为高活性氧化镁,吸碘值在50～80

mg/g时称中活性氧化镁,吸碘值在19～43mg/g时称低活性氧化镁[1]。

氧化镁已广泛应用于化工、矿业、农业、冶金以及耐火材料等领域。随着科学技术

和国民经济的发展,活性氧化镁的应用会越来越广泛,需求量也会进一步的增加。我

国制取镁化合物的原料有固体矿物,如菱镁矿、水镁石、白云石等;液体资源有含镁

离子的海水和卤水。合成活性氧化镁的主要方法有:菱镁矿煅烧法、白云石碳化法、

蛇纹石酸浸法、卤水碳铵法和卤水碳化法等。本文归纳总结了活性氧化镁的合成方

法研究进展。

含镁矿种主要有菱镁矿、溢晶石及白云石等。在传统工业中生产氧化镁主要以这些

矿石为原料来制取。其主要生产方法有:菱镁矿煅烧法、白云石碳化法、蛇纹岩酸

浸法、苦土粉-硫酸-碳酸氢氨法等[2]。

菱镁矿煅烧法的原理:将菱镁矿高温煅烧,可得到活性不高的氧化镁,再经过水消化、

过滤,制得碱式碳酸镁或氢氧化镁,在低温煅烧得到高活性氧化镁。

于景坤等[3]以菱镁矿为原料,通过600～800℃轻烧,80～200℃水化,过滤、提纯、

干燥、球磨,然后于450～600℃低温煅烧得到吸碘值为140～200mg/g的高活

性氧化镁。李环等[4]利用菱镁矿轻烧、水化法得到高活性氧化镁,发现煅烧温度和

保温时间成反比,在加热温度为500～550℃,保温时间为1～2h煅烧氢氧化镁时,

氧化镁的活性较大。隋升等[5]利用菱苦土经过酸溶、去杂、碳化以及煅烧等步骤

得到含量大于98%的高活性氧化镁。潘政华[6]采用回转窑生产工艺,以菱镁矿渣为

原料生产高纯活性氧化镁,且对CO2进行去水、除杂后在-9～-11℃下液化,得到

纯度99.95%的食品级的CO2,从而解决废菱镁矿渣的浪费和减少温室气体CO2的

排放。支亮[7]发明了一种将粉碎后的镁矿石导入可转动的燃料通道中直接煅烧设

备,可使镁矿石粉末与燃料分离,避免碳污染,从而制得70%～80%的活性氧化镁。

值得一提的是,菱镁矿煅烧法的特点是流程长、设备庞大,且能耗高,但原料价廉易得,

生产成本较低,工业生产中较广泛应用,但在节能减排方面尚待突破。

碳化法从白云石中提取碱式碳酸镁或氧化镁巴挺生法,该法的原理是[8]:

胡庆福等[8-9]采取改进二次碳化新工艺生产不同活性的氧化镁,以满足市场需求。

太原化工设计研究院的张益湘[10]在加压碳化法制取轻质氧化镁中通过该进废热水

化灰直接消化,碳化液澄清代替全过滤获得高质量的重镁水和管式热解器实现连续

热解三项工艺,可有效提高生产效益。

我国白云石矿分布广、储量大,加之白云石碳化法工艺参数易控制,成本低,是国内目

前较普遍采用的生产方法,这对于我国白云石矿产资源优势转变为经济优势具有广

阔的发展前景。

蛇纹岩属于硅酸镁盐矿石,在我国储量丰富,且分布广泛。蛇纹岩的理论分子式是3

MgO·2SiO2·2H2O,在实际蛇纹岩中一般MgO含量35%～40%,SiO2含量

35%～45%并含有A12O3、Fe2O3、CaO等伴生成分[11]。长期以来,由于对蛇

纹石的研究不够深入,蛇纹石资源仅小部分用作生产钙镁磷肥和耐火材料、建筑材

料的原料,经济效益很低。由于蛇纹石矿具有叶片状或鳞片状晶形,在开采过程中产

生的大量碎矿、粉矿遭废弃,浪费资源、污染环境。因此,利用蛇纹石制备轻质氧化

镁,对蛇纹石资源合理的开发和利用具有重要意义。

蛇纹岩酸浸法制备活性氧化镁是利用酸溶浸镁,形成含镁卤水,对含镁卤水进行除杂、

碳化、热解和煅烧得到活性氧化镁,并联产二氧化硅。该法原理是[12]:

该方法的关键工艺是酸浸步骤,酸浸是使蛇纹石中的镁进入溶液,将镁、硅分离。对

镁的浸出率比较高的酸有盐酸、硫酸和硝酸。由于硝酸对设备腐蚀性较大,实际生

产中主要用盐酸和硫酸[13]。为了提高镁的酸浸率,杨保俊等[14]在酸浸过程中加入

FS-1活化剂,镁浸出率可达98.81%。代厚全等[15]利用蛇纹石采用煅烧法制备活

性氧化镁,先经煅烧制得粗制氧化镁,再经消化、碳化、热分解和煅烧工艺制备精制

活性氧化镁,并进行了扩大试验,得到产品质量达到国家标准(GB1612-79)的优质级。

联合超声、紫外照射或磁场等物理化学作用,有助于提高蛇纹石镁浸出率,缩短浸出

周期,提高生产效率。但应当指出的是,蛇纹石煅烧法能耗高,碳排放污染环境。

除海水中镁资源蕴藏巨大(2×1015t)外,我国盐湖镁资源极为丰富。以察尔汗盐湖

为例,每提取1t氯化钾就产生8～12t的氯化镁卤水而未能充分利用,甚至造成了

“镁害”。因此,开发利用卤水镁资源具有重大意义[2]。

以卤水为原料生产活性氧化镁的主要是加入沉淀剂将卤水中的可溶性镁盐转化成不

溶性的氢氧化镁或碱式碳酸镁。然后,将氢氧化镁或碱式碳酸镁低温煅烧得到活性

氧化镁[16]。

中间产物为氢氧化镁生产活性氧化镁的方法根据加入的沉淀剂不同可分为氨水法、

石灰或白云灰法和烧碱法。

氨水法是将制盐中产生的高镁卤水经过除杂、沉淀、过滤、水洗、干燥以及煅烧的

工艺过程得到活性氧化镁。氨水法的基本原理:

崔一强等[17]针对制盐副产卤水通入氨气合成出适合制备高纯氧化镁的氢氧化镁粉

末,指出了卤水浓度、反应时间等因素对氢氧化镁质量的影响,其最佳工艺条件为:氯

化镁浓度1～1.5mol/L,反应时间为2～2.5h。

石灰或白云灰法是生石灰或白云灰与水反应生成氢氧化钙,由于氢氧化钙的碱性强

于氢氧化镁,卤水中的镁离子形成氢氧化镁沉淀[16]。石灰法生产活性氧化镁工艺

见图1,原理是:

烧碱法是在精制高镁卤水中加入氢氧化钠生成氢氧化镁沉淀,将氢氧化镁在不同温

度下煅烧得到不同活性的氧化镁。柴多里等[18]以工业硫酸镁和氢氧化钠为原料合

成出高纯氧化镁。由于烧碱的价格昂贵,致使生产成本高,此法仅用于生产特殊用途

的氧化镁。

制取中间产物碱式碳酸镁的方法主要有:卤水-碳酸盐法和卤水-碳化法。

卤水碳酸盐法是将可溶性碳酸盐加入到含镁卤水中,根据加入碳酸盐的碱性不同生

成碳酸镁或碱式碳酸镁,碳酸镁脱水也形成碱式碳酸镁。反应原理:

加入的碳酸盐主要有纯碱、碳酸铵或碳酸氢铵。选用纯碱(卤水-纯碱法),是我国生

产轻质氧化镁最早的方法。此法建厂投资小,工序简单,但由于纯碱价格高,生产成本

高。迄今,多采用碳酸铵或碳酸氢铵作为沉淀剂,一般应用化肥厂的碳铵或碳化氨水

代替纯碱,生产中可回收铵,有利于降低生产成本[21]。

李瑞等[19]针对运城盐湖高镁卤水,用碳酸氢铵沉淀法生产活性氧化镁,对主要影响

因素进行正交试验得出最佳工艺条件为:镁铵比1∶1.2,70℃下沉淀反应60min;碱

式碳酸镁在600～700℃煅烧,即可得到吸碘值140～180mg/g的高活性氧化镁。

李俊梅等[20]针对纯碱法和二氧化碳法中原料贵、工艺流程长等缺点,研究价格低

廉的化肥厂含游离氨较高的碳酸化母液与运城盐湖卤水制取轻质氧化镁;利用回归

分析得到影响产率,主要因素回归模型求出最佳工艺条件,减少试验次数且科学地指

导研发与生产。

卤水碳化法是先用碱调节含镁卤水,形成氢氧化镁悬浊液,再通入二氧化碳,生成碱式

碳酸镁,经煅烧即制得活性氧化镁,其反应原理如下:

卤水碳化法的碳化过程中与白云石碳化法工艺相似,结合其它固体矿产资源火法冶

炼二氧化碳资源易得工业净化尾气,应用碳化法有助于降低生产成本、发展低碳经

济。

此外,针对一些特定原料和特殊用途的高活性氧化镁,也有直接煅烧硫酸镁制备高活

性氧化镁。张京京等[24]利用察尔汗盐湖提钾后的卤水,加入废工业硫酸,获得七水

硫酸镁,经脱水、热解得到99.8%高纯硫酸镁,再煅烧,即可得到高活性镁。

值得着重说明的是:在碱式碳酸镁煅烧过程中,能耗高,且温度由表及里,会出现“冷

中心”现象。碱式碳酸镁的表面烧死,里面没有分解。而微波有穿透性,加热均匀的

特点,可以很好的解决“冷中心”问题。杨卜等[22]利用微波辐射煅烧碱式碳酸镁

得到吸碘值72.56mg/g的活性氧化镁。李振瑜等[23]针对碱式碳酸镁是弱极性物

质,在微波中温度升高慢的问题,在碱式碳酸镁中加入活性炭作为碱式碳酸镁分解的

敏化剂,制备的活性氧化镁用于饮用水除氟剂。

目前,国内活性氧化镁生产主要以菱镁石煅烧法、白云石碳化法为主,然而矿石法生

产工艺过程能耗高、设备庞大、环境污染严重。我们认为:针对我国当今矿石法生

产活性氧化镁生产现状,国家尚需加大基础和应用基础研究投入,深入开展现代新型

转炉设备和煅烧节能降耗为重点的工程技术攻关;为了适应节能降耗、低碳经济发

展的要求,更当注重矿石湿法活性氧化镁创新工艺研发;针对我国丰富的液态矿产镁

卤水资源,尤其是柴达木盆地巨量镁卤水和天然气资源,开发以活性氧化镁、镁阻燃

剂等系列镁产品高值化研究,开发绿色环保的“油气-盐化工”产业链,加强镁卤水

资源绿色化工,促进盐湖卤水资源开发的节能减排循环经济建设是今后镁产品发展

的战略重点。

【相关文献】

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