袁 烺，肖嘉慧，陳虹旭，李曉坤，*

(1.黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院 哈爾濱 150080; 2. 黑龍江省嘉然環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司，哈爾濱 150080;3. 黑龍江恒訊科技有限公司，哈爾濱 150080)

以工業(yè)輕燒氧化鎂為原料制備高純氧化鎂的實(shí)驗(yàn)研究

袁 烺1，2，肖嘉慧1，陳虹旭3，李曉坤3，*

(1.黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院 哈爾濱 150080; 2. 黑龍江省嘉然環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司，哈爾濱 150080;3. 黑龍江恒訊科技有限公司，哈爾濱 150080)

受生產(chǎn)原料和現(xiàn)有生產(chǎn)工藝技術(shù)影響，傳統(tǒng)工業(yè)氧化鎂中的雜質(zhì)鈣含量較高，極大地限制了氧化鎂的應(yīng)用范圍。以工業(yè)輕燒氧化鎂為原料，采用再漿洗滌和高溫煅燒的方法，制備得到了高純氧化鎂。研究結(jié)果表明：工業(yè)輕燒氧化鎂經(jīng)再漿洗滌和煅燒后，可以提高氧化鎂的純度；再漿洗滌溫度約為70 ℃，氫氧化鎂濾餅煅燒溫度約為1 200 ℃時(shí)，原氧化鎂中鈣含量下降程度較大，氧化鎂的純度可提高至99%以上；并且對(duì)于再漿洗滌和煅燒工序，前者對(duì)氧化鎂純度提高的影響更明顯。

高純氧化鎂；再漿洗滌；雜質(zhì)鈣；輕燒

氧化鎂(MgO)是一種用途廣泛的化工原料，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是由它的純度決定的。MgO含量大于98%的高純氧化鎂，因其具有優(yōu)良的耐堿性和電絕緣性，良好的光透過(guò)性，高導(dǎo)熱性以及較大熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子、電器、光學(xué)、儀表、冶金、國(guó)防與航空航天等高端科技領(lǐng)域[1-3]。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)MgO的產(chǎn)量超過(guò)1 000×104t，一般通過(guò)菱鎂礦、白云石煅燒或者石灰乳-海水/鹽湖鹵水消化生產(chǎn)而得。但是受現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)限制，原料中不可避免的會(huì)帶進(jìn)含鈣雜質(zhì)，并以氧化鈣或者氯化鈣的形式存在于終產(chǎn)品氧化鎂中。MgO中鈣含量過(guò)高，會(huì)影響氧化鎂的高溫性能，隨著鈣含量的增加，氧化鎂的熔點(diǎn)隨之下降[4]，這直接影響MgO的質(zhì)量和應(yīng)用領(lǐng)域；目前國(guó)內(nèi)MgO含量大于98%的高純氧化鎂產(chǎn)量約4×104t/a，實(shí)際需求量接近10×104t/a，市場(chǎng)缺口很大。因此通過(guò)除去或者降低MgO中的鈣含量生產(chǎn)更多的高純氧化鎂意義重大。為解決該問(wèn)題，王路明等提出了“熱水水化”提純氧化鎂的方法[5-13]，取得了一些有意義的研究成果。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，分別以3個(gè)廠家的工業(yè)輕燒氧化鎂為研究對(duì)象，采用再漿洗滌和高溫煅燒的方法，對(duì)高純氧化鎂的制備進(jìn)一步深入研究，得到了比較滿意的研究成果，對(duì)高純氧化鎂的大規(guī)模生產(chǎn)有一定積極促進(jìn)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

試劑：市售工業(yè)氧化鎂，生產(chǎn)廠家分別為青海西部鎂業(yè)公司、石家莊天宇鎂業(yè)有限公司和濰坊力合粉體科技有限公司。

儀器：高溫馬弗爐、真空抽濾泵、電子天平等。

1.2 氧化鎂的含量分析

分別取3個(gè)廠家的適量輕燒氧化鎂，按照標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定得到的氧化鎂中鈣鎂含量，見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，工業(yè)氧化鎂中氧化鈣和氯化鈣含量比較高。氧化鎂的含量沒(méi)有達(dá)到高純氧化鎂(98%)的要求。氧化鈣含量高可能是由于氧化鎂生產(chǎn)過(guò)程中存在未消化完全的死燒CaO或者欠燒的CaCO3，或者氫氧化鎂合成反應(yīng)時(shí)氫氧化鎂包裹了未反應(yīng)的Ca(OH)2，這些物質(zhì)經(jīng)煅燒后以氧化鈣的形式存在于氧化鎂中。氯化鈣主要來(lái)自原料中的氯化物。由于氯化鈣的分解溫度比較高(1 600 ℃)，煅燒很難分解，繼續(xù)留在氧化鎂中，導(dǎo)致產(chǎn)品中氧化鈣和氯化鈣的含量較高。

1.3 MgO的再漿洗滌和煅燒驗(yàn)證試驗(yàn)

分別取一定量3家MgO，用1 000 mL水洗滌，攪拌、抽濾。收集濾液，定容至2 000 mL容量瓶中，分別取其中10 mL測(cè)鈣、鎂、氯的含量，結(jié)果以氧化鈣、氯化鈣和氧化鎂的形式表示(表2)。

表1 輕燒氧化鎂含量Table 1 Contents of light burn magaesium oxide

表2 洗水中各組分含量Table 2 Contents of each component in wash water

表2各成分的百分含量是洗水中各成分的質(zhì)量與原氧化鎂總質(zhì)量的比值。由表2可見(jiàn)，洗滌效果明顯，而且鎂的損失率很小。這可能是由于原氧化鎂中被包裹的CaO和CaCl2，經(jīng)水洗滌后，容易脫離氧化鎂而被水溶解，形成氫氧化鈣和游離氯化鈣從而被洗滌除去。繼續(xù)烘干濾餅，于1 000 ℃煅燒2 h；測(cè)定氧化鎂中鈣、鎂、氯的含量(表3)。

表3 煅燒后氧化鎂含量Table 3 Contents of magaesium oxide after roasting

3家氧化鎂純度均增加明顯，可見(jiàn)再次洗滌煅燒氧化鎂有利于提高它的純度，并且該方法對(duì)不同廠家的氧化鎂純度提高均有較佳的效果。

1.4 再漿洗滌溫度對(duì)MgO洗滌效果的影響

為使研究結(jié)果更具有代表性，本文以雜質(zhì)氧化鈣和氯化鈣含量均比較高的青海西部鎂業(yè)氧化鎂為原料，研究再漿洗滌溫度和煅燒溫度對(duì)氧化鎂純度提高的影響。取常溫20～100 ℃為洗滌水溫度區(qū)間，研究再漿洗滌溫度對(duì)氧化鎂洗滌效果的影響。以再漿洗滌后洗水中鈣、鎂、氯含量表征洗滌效果。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。各成分的百分含量是洗水中各成分的質(zhì)量與原氧化鎂總質(zhì)量的比值。

由表4可見(jiàn)，溫度對(duì)再漿洗滌效果有一定的影響。其中洗滌溫度對(duì)氯化鈣的洗滌效果影響不明顯；洗水中氧化鈣隨洗滌溫度的升高呈先增大后減小的趨勢(shì)，這可能是隨著溫度的升高，反應(yīng)速度常數(shù)越大[14]，從而提高氧化鈣消化反應(yīng)速度，氧化鎂中的氧化鈣更容易與水消化反應(yīng)生成氫氧化鈣，但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，料漿中氫氧化鎂對(duì)氫氧化鈣的吸附或者包裹強(qiáng)度增加，導(dǎo)致當(dāng)洗滌溫度80 ℃時(shí)，氧化鈣被洗滌下來(lái)的量反而減少。而洗水中的氫氧化鎂(以氧化鎂計(jì))隨洗滌溫度的升高一直增加，這可能是氫氧化鎂隨溫度升高溶解度增加造成的，但它的量較小，可認(rèn)為對(duì)最終氧化鎂的收率造成的影響較小。綜之，氧化鎂再漿洗滌溫度約為70 ℃時(shí)，洗滌效果最佳。

1.5 煅燒溫度對(duì)MgO純度提高的影響

根據(jù) Mg(OH)2熱分解的機(jī)理[15]，Mg(OH)2于263 ℃開(kāi)始分解，700～800 ℃能分解完全。而當(dāng)煅燒溫度過(guò)高時(shí)(1 500 ℃)，氧化鎂容易死燒，活性降低，應(yīng)用范圍將受到限制，并且將極大增加能耗，增加生產(chǎn)成本。因此，本實(shí)驗(yàn)以800～1 500 ℃為再漿洗滌后濾餅(氫氧化鎂)煅燒區(qū)間，研究煅燒溫度對(duì)氧化鎂純度提高的影響。取70 ℃再漿洗滌后并且干燥好的Mg(OH)2濾餅8份，每份約100 g，分別于800、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500 ℃靜態(tài)煅燒2 h。冷卻后測(cè)其中氧化鎂含量。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表4 不同溫度對(duì)洗滌效果的影響Table 4 Wahing effects water with different temperaturs

表5 煅燒溫度的影響Table 5 Effects of calcination temperature

由表5可見(jiàn)，隨著煅燒溫度的升高，氧化鎂的純度有一定程度的提高，但雜質(zhì)氧化鈣和氯化鈣的含量變化并不明顯。這說(shuō)明，煅燒溫度可能僅對(duì)氫氧化鎂的分解是否完全會(huì)有影響，對(duì)雜質(zhì)的去除影響不大，氧化鎂“再漿洗滌煅燒”方法，更取決于“再漿洗滌”階段的工藝條件控制。因此，可以認(rèn)為，煅燒溫度約1 200 ℃時(shí)，氫氧化鎂分解的較完全，可作為煅燒溫度的較佳工藝參數(shù)。

2 結(jié) 論

在前人研究基礎(chǔ)上，筆者優(yōu)化研究了“再漿洗滌煅燒”方法對(duì)氧化鎂純度提高程度的影響，驗(yàn)證了該方法的可行性；當(dāng)洗滌溫度約70 ℃，煅燒溫度約1 200 ℃時(shí)，可以得到純度99%的高純氧化鎂，并且對(duì)于氧化鎂純度的提高，洗滌溫度的影響明顯大于煅燒溫度。筆者后續(xù)將對(duì)洗水用量、洗滌時(shí)間和洗滌次數(shù)等工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)一步研究，并將這些工藝參數(shù)的研究結(jié)果與工業(yè)化應(yīng)用相結(jié)合，以期得到基于該方法大規(guī)模生產(chǎn)高純氧化鎂可參考的工藝技術(shù)。

[1] 許榮輝，李海民．高純氧化鎂制備原理初探[J]．鹽湖研究，2003，11(4):39-41．

[2] 宋彬，楊?？? 蛇紋石尾礦制備高純氧化鎂工藝條件的研究[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31(1):150-152.

[3] 陶道敏. 高純氧化鎂用于等離子顯示屏涂層[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2006，38(6):60.

[4] 郭如新. 氧化鎂氫氧化鎂應(yīng)用研究近期進(jìn)展[J]. 鹽業(yè)與化工，2009，38(4):49-53.

[5] 王路明. 再水化法制備低硼低鈣鹵水鎂砂的試驗(yàn)與研究[J]. 沈陽(yáng)化工，1994(4):14-15.

[6] 李波，王樹(shù)軒，李寧.氯化鎂-石灰乳法制高純氧化鎂中試工藝條件研究[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2013，45(8):24-26.

[7] 李波，李寧，王壽江，等.絮凝劑對(duì)石灰乳法制備高純氧化鎂分離洗滌的影響[J]. 鹽業(yè)與化工，2011，40(4):8-10.

[8] 李波，王樹(shù)軒，李寧，等.灰乳法生產(chǎn)高純氧化鎂的工藝水的制備[J]. 鹽業(yè)與化工，2011，40(3):1-5.

[9] 黃光許， 段賓，孔曉東，等. 活性氧化鎂的制備及其對(duì)煤的黏結(jié)作用[J]. 煤炭學(xué)報(bào)， 2016，41(5):1287-1293.

[10] 張晨洋，陳建銘，宋云華，等. 菱鎂礦混合氯化鎂焙燒制備高純氧化鎂[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2016，48(12):27-31.

[11] 程峰， 王軍凱，譚操，等. 以Fe2O3為催化劑制備氧化鎂晶須[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào)， 2017，45(3):459-466.

[12] 祝軍兵， 莊曉煜，童東紳，等. 氧化鎂的制備及其在催化反應(yīng)中的應(yīng)用[J]. 浙江化工， 2017，48(4):20-25.

[13] 李玉平，劉崇宇，姜艷麗，等.低溫退火處理對(duì)熱軋態(tài)AZ31鎂合金微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響[J].黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2015，6(1):56-59.

[14] 胡慶福. 納米級(jí)碳酸鈣生產(chǎn)與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004：73-75.

[15] 李隴崗. 青海鹽湖水氯鎂石制備高純鎂砂研究[D]. 成都：成都理工大學(xué)， 2005：32-37.

Research for the preparation of high purity magnesium oxide with the industrial light burning magnesium oxide

YUAN Lang1，2，XIAO Jia-Hui1， CHEN Hong-Xu3， LI Xiao-Kun3，*

(1.SchoolofChemistryandMaterialsScience，HeilongjiangUniversity，Harbin150080，China; 2.JiaRanEnvironmentalMonitoringLimitedCompanyofHeilongjiangprovince，Harbin150080，China; 3.HengXunTechnologyLimitedCompanyofHeilongjiangProvince，Harbin150080，China)

With the influence of raw materials and existing production technology， the high content of calcium impurities in the traditional industrial magnesium axide has greatly restricted the application of magnesium oxide.High purity magnesium oxide was obtained by using the method of pulp washing and high temperature calcining taking industiral magnesium oxide as raw material. The results showed that the purity of magnesium oxide could be improved by the washing and calcining of magnesium oxide. Pulp washing temperature was about 70 ℃， calcining temperature of magnesium hydroxide filter cake was about 1 200 ℃， calcium content in the original magnesium oxide loss was bigger， the purity of magnesium oxide could raise to more than 99%; For pulp washing and calcining process again， the effect of the former on the purity of magnesium oxide was more obvious.

high purity magnesium oxide; pulp washing; calcium impurities;light burning

10.13524/j.2095-008x.2017.03.038

TQ132.2

A

2095-008X(2017)03-0036-04

2017-06-22;

2017-08-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(B010602)

袁 烺(1983-)，男，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，研究方向：理論與計(jì)算化學(xué)，E-mail：308921621@qq.com;*

李曉坤(1979-)，男，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士，研究方向：智慧工廠，E-mail：ylhljdx@126.com。