以工业轻烧氧化镁为原料制备高纯氧化镁的实验研究
袁烺;肖嘉慧;陈虹旭;李晓坤
【摘 要】受生产原料和现有生产工艺技术影响,传统工业氧化镁中的杂质钙含量较高,极大地限制了氧化镁的应用范围.以工业轻烧氧化镁为原料,采用再浆洗涤和高温煅烧的方法,制备得到了高纯氧化镁.研究结果表明:工业轻烧氧化镁经再浆洗涤和煅烧后,可以提高氧化镁的纯度;再浆洗涤温度约为70℃,氢氧化镁滤饼煅烧温度约为1200℃时,原氧化镁中钙含量下降程度较大,氧化镁的纯度可提高至99%以上;并且对于再浆洗涤和煅烧工序,前者对氧化镁纯度提高的影响更明显.
【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》
【年(卷),期】2017(008)003
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】高纯氧化镁;再浆洗涤;杂质钙;轻烧
【作 者】袁烺;肖嘉慧;陈虹旭;李晓坤
【作者单位】黑龙江大学 化学化工与材料学院 哈尔滨 150080;黑龙江省嘉然环境监测有限公司, 哈尔滨 150080;黑龙江大学 化学化工与材料学院 哈尔滨 150080;黑龙江恒讯科技有限公司, 哈尔滨 150080;黑龙江恒讯科技有限公司, 哈尔滨 150080
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ132.2
氧化镁(MgO)是一种用途广泛的化工原料，其应用领域主要是由它的纯度决定的。MgO含量大于98%的高纯氧化镁，因其具有优良的耐碱性和电绝缘性，良好的光透过性，高导热性以及较大热膨胀系数等优点，广泛应用于电子、电器、光学、仪表、冶金、国防与航空航天等高端科技领域[1-3]。目前国内工业MgO的产量超过1 000×104 t，一般通过菱镁矿、白云石煅烧或者石灰乳-海水/盐湖卤水消化生产而得。但是受现有生产技术限制，原料中不可避免的会带进含钙杂质，并以氧化钙或者氯化钙的形式存在于终产品氧化镁中。MgO中钙含量过高，会影响氧化镁的高温性能，随着钙含量的增加，氧化镁的熔点随之下降[4]，这直接影响MgO的质量和应用领域；目前国内MgO含量大于98%的高纯氧化镁产量约4×104 t/a，实际需求量接近10×104 t/a，市场缺口很大。因此通过除去或者降低MgO中的钙含量生产更多的高纯氧化镁意义重大。为解决该问题，王路明等提出了“热水水化”提纯氧化镁的方法[5-13]，取得了一些有意义的研究成果。本文在前人研究的基础上，分别以3个厂家的工业轻烧氧化镁为研究对象，采用再浆洗涤和高温煅烧的方法，对高纯氧化镁的制备进一步深入研究，得到了比较满意的研究成果，对高纯氧化镁的大规模生产有一定积极促进意义。
1.1 实验试剂和仪器
试剂：市售工业氧化镁，生产厂家分别为青海西部镁业公司、石家庄天宇镁业有限公司和潍坊力合粉体科技有限公司。
仪器：高温马弗炉、真空抽滤泵、电子天平等。
1.2 氧化镁的含量分析
分别取3个厂家的适量轻烧氧化镁，按照标准中的方法测定得到的氧化镁中钙镁含量，见表1。
由表1可见，工业氧化镁中氧化钙和氯化钙含量比较高。氧化镁的含量没有达到高纯氧化镁(98%)的要求。氧化钙含量高可能是由于氧化镁生产过程中存在未消化完全的死烧CaO或者欠烧的CaCO3，或者氢氧化镁合成反应时氢氧化镁包裹了未反应的Ca(OH)2，这些物质经煅烧后以氧化钙的形式存在于氧化镁中。氯化钙主要来自原料中的氯化物。由于氯化钙的分解温度比较高(1 600 ℃)，煅烧很难分解，继续留在氧化镁中，导致产品中氧化钙和氯化钙的含量较高。
1.3 MgO的再浆洗涤和煅烧验证试验
分别取一定量3家MgO，用1 000 mL水洗涤，搅拌、抽滤。收集滤液，定容至2 000 mL容量瓶中，分别取其中10 mL测钙、镁、氯的含量，结果以氧化钙、氯化钙和氧化镁的形式表示(表2)。
表2各成分的百分含量是洗水中各成分的质量与原氧化镁总质量的比值。由表2可见，洗涤效果明显，而且镁的损失率很小。这可能是由于原氧化镁中被包裹的CaO和CaCl2，经水洗涤后，容易脱离氧化镁而被水溶解，形成氢氧化钙和游离氯化钙从而被洗涤除去。继续烘干滤饼，于1 000 ℃煅烧2 h；测定氧化镁中钙、镁、氯的含量(表3)。
3家氧化镁纯度均增加明显，可见再次洗涤煅烧氧化镁有利于提高它的纯度，并且该方法对不同厂家的氧化镁纯度提高均有较佳的效果。
1.4 再浆洗涤温度对MgO洗涤效果的影响
为使研究结果更具有代表性，本文以杂质氧化钙和氯化钙含量均比较高的青海西部镁业氧化镁为原料，研究再浆洗涤温度和煅烧温度对氧化镁纯度提高的影响。取常温20～100 ℃为洗涤水温度区间，研究再浆洗涤温度对氧化镁洗涤效果的影响。以再浆洗涤后洗水中钙、镁、氯含量表征洗涤效果。具体实验数据见表4。各成分的百分含量是洗水中各成分的质量与原氧化镁总质量的比值。
由表4可见，温度对再浆洗涤效果有一定的影响。其中洗涤温度对氯化钙的洗涤效果影响不明显；洗水中氧化钙随洗涤温度的升高呈先增大后减小的趋势，这可能是随着温度的升高，反应速度常数越大[14]，从而提高氧化钙消化反应速度，氧化镁中的氧化钙更容易与水消化反应生成氢氧化钙，但当温度过高时，料浆中氢氧化镁对氢氧化钙的吸附或者包裹强度增加，导致当洗涤温度80 ℃时，氧化钙被洗涤下来的量反而减少。而洗水中的氢氧化镁(以氧化镁计)随洗涤温度的升高一直增加，这可能是氢氧化镁随温度升高溶解度增加造成的，但它的量较小，可认为对最终氧化镁的收率造成的影响较小。综之，氧化镁再浆洗涤温度约为70 ℃时，洗涤效果最佳。
1.5 煅烧温度对MgO纯度提高的影响
根据 Mg(OH)2热分解的机理[15]，Mg(OH)2于263 ℃开始分解，700～800 ℃能分解完全。而当煅烧温度过高时(1 500 ℃)，氧化镁容易死烧，活性降低，应用范围将受到限制，并且将极大增加能耗，增加生产成本。因此，本实验以800～1 500 ℃为再浆洗涤后滤饼(氢氧化镁)煅烧区间，研究煅烧温度对氧化镁纯度提高的影响。取70 ℃再浆洗涤后并且干燥好的Mg(OH)2滤饼8份，每份约100 g，分别于800、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500 ℃静态煅烧2 h。冷却后测其中氧化镁含量。具体实验数据见表5。
由表5可见，随着煅烧温度的升高，氧化镁的纯度有一定程度的提高，但杂质氧化钙和氯化钙的含量变化并不明显。这说明，煅烧温度可能仅对氢氧化镁的分解是否完全会有影响，对杂质的去除影响不大，氧化镁“再浆洗涤煅烧”方法，更取决于“再浆洗涤”阶段的工艺条件控制。因此，可以认为，煅烧温度约1 200 ℃时，氢氧化镁分解的较完全，可作为煅烧温度的较佳工艺参数。
在前人研究基础上，笔者优化研究了“再浆洗涤煅烧”方法对氧化镁纯度提高程度的影响，验证了该方法的可行性；当洗涤温度约70 ℃，煅烧温度约1 200 ℃时，可以得到纯度99%的高纯氧化镁，并且对于氧化镁纯度的提高，洗涤温度的影响明显大于煅烧温度。笔者后续将对洗水用量、洗涤时间和洗涤次数等工艺参数的优化进一步研究，并将这些工艺参数的研究结果与工业化应用相结合，以期得到基于该方法大规模生产高纯氧化镁可参考的工艺技术。
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