活性氧化鎂的制備及應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究

蘇 明 陽(yáng)

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473000）

活性氧化鎂的制備及應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究

蘇 明 陽(yáng)

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473000）

活性氧化鎂作為一種新型的功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。介紹了目前活性氧化鎂的應(yīng)用領(lǐng)域，分析了活性氧化鎂制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了利用西北鹵水資源制備活性氧化鎂的合理工藝。

活性氧化鎂；制備；應(yīng)用

活性氧化鎂是一種新型的功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料，其活性主要是指在特定實(shí)驗(yàn)條件下參與化學(xué)或物化反應(yīng)的能力。在化學(xué)組成、物理形態(tài)等方面，活性氧化鎂與普通氧化鎂沒(méi)有太大的差別，但要求微觀形態(tài)為平均粒徑小于 2μm的近球形顆?；蚱瑺罹w[1]。由于超微粒子的粒徑較小，而往往在磁、光、電、聲、熱及敏感度等方面表現(xiàn)出常規(guī)材料所不具備的特殊性質(zhì)，因此作為一種新型材料而被廣泛應(yīng)用[2,3]。

1 活性氧化鎂的應(yīng)用

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，活性氧化鎂作為鎂系產(chǎn)品的主要品種之一，因其性能好，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，用量也與日俱增[4]。

1.1 在橡膠膠黏劑中的應(yīng)用

橡膠膠黏劑是以橡膠或彈性體為主體材料，添加一些配合劑制成的，活性氧化鎂可作為配合劑中的助劑使用。由于活性氧化鎂大比表面積、高活性等特點(diǎn)，可提高膠黏劑的初黏力、粘合強(qiáng)度，改善其透明性，并且最大程度防止膠黏劑的分層沉淀。

氯丁橡膠膠黏劑是橡膠膠黏劑中產(chǎn)能最大，用量較多的一個(gè)重要品種，其特點(diǎn)是耐水、耐油、耐酸、耐堿和耐溶劑性能較好，可黏合多種金屬、非金屬材料。最常用的溶劑型氯丁橡膠膠黏劑包括冷黏型和熱硫化型。在熱硫化型膠黏劑交聯(lián)過(guò)程中，活性氧化鎂與氧化鋅協(xié)同對(duì)氯丁橡膠發(fā)生作用，可避免大量氯化鋅的生成，防止硫化膠有焦燒傾向?；钚匝趸V的另一作用是吸收酸，防止膠料過(guò)早硫化，此外還能有效吸收殘存的溶劑，加快膠黏劑的干燥速度，提高初始黏結(jié)強(qiáng)度。在應(yīng)用于冷黏型氯丁膠黏劑時(shí)，活性氧化鎂可與樹(shù)脂螯合防止膠液分層，使膠液耐熱，干燥速度快。

氟橡膠膠黏劑由氟橡膠、配合劑和溶劑組成，活性氧化鎂在其中充當(dāng)吸酸劑的角色，吸收膠液中的氟化氫，起到增加膠穩(wěn)定性的作用。

1.2 合成氧化鎂晶須

以活性氧化鎂為原料，還可以制備得到氧化鎂晶須。晶須是指細(xì)小的纖維狀單晶體，其長(zhǎng)徑比越大，結(jié)晶的缺陷越小，螺旋轉(zhuǎn)移就會(huì)發(fā)生扭曲，彈性界限就會(huì)降低，故具有很高的強(qiáng)度，很適合做各種復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)材料。

王在華等先采用活性氧化鎂和氯化鎂合成堿式氯化鎂晶須，進(jìn)而通過(guò)焙燒得到氧化鎂晶須。

1.3 在飲用水中的應(yīng)用

關(guān)于飲用水和地下水質(zhì)量的國(guó)標(biāo)中均規(guī)定，飲用水中氟化物適宜濃度為0.5～1.0 mg/L，若氟化物含量超過(guò)110 mg/L，則為高氟水，需要在飲用前進(jìn)行降氟處理，否則長(zhǎng)期飲用會(huì)導(dǎo)致氟斑牙和氟骨癥，嚴(yán)重的將影響中樞神經(jīng)的正?；顒?dòng)。目前常用的除氟原理是利用沉淀劑沉淀去除或采用吸附劑吸附除去?；钚匝趸V因吸附性能好、處理成本低、處理周期較長(zhǎng)、出水量大、再生成本低、除氟效果較好，而被廣泛選做除氟吸附劑。

1.4 其他應(yīng)用

活性氧化鎂還可用作塑料、油漆和紙張的填料；醫(yī)藥上為作抗酸劑和緩瀉劑，用于胃酸過(guò)多和十二指腸潰瘍病；也可作為陶瓷、玻璃、高級(jí)保溫材料及氧化鎂水泥等原料。此外活性氧化鎂的比表面積大，還可廣泛用于制備高功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料、電子元件、高級(jí)陶瓷材料、化妝品、油墨、有害氣體吸附劑、催化劑載體等領(lǐng)域。

2 制備方法

與其它粉體材料一樣，活性氧化鎂的制備方法很多，可細(xì)分為液相法、固相法、氣相法，碳酸化法，酸解法，微波輻射法等。其中直接沉淀-煅燒法因操作簡(jiǎn)便，原料易得，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)物的濃度較高，更易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[5,6]。

我國(guó)西北多地都有已建成投產(chǎn)或正在建設(shè)的大型鉀肥生產(chǎn)基地，在生產(chǎn)過(guò)程中將副產(chǎn)大量的老鹵或鹵水（富含氯化鎂）。這些副產(chǎn)物色澤淺、氯化鎂含量高、幾乎不含其它雜質(zhì)，是極其優(yōu)質(zhì)的鎂資源，特別適合制備氧化鎂等鎂系產(chǎn)品。因此，以鹵水為原料采用沉淀法制備活性氧化鎂的研究報(bào)道也較多。根據(jù)所用沉淀劑的不同，其方法主要有：

2.1 鹵水-碳銨法

反應(yīng)方程式：

MgCl2+NH4HCO3→MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+NH4Cl MgCO3.Mg(OH)2.4H2O → 5MgO + 4CO2↑+ 5H2O

該方法是先將鹵水凈化，以碳酸氫銨為沉淀劑進(jìn)行反應(yīng)，生成的堿式碳酸鎂經(jīng)洗滌、烘干、煅燒等工藝制得輕質(zhì)氧化鎂，再將輕質(zhì)氧化鎂放入到馬弗爐中煅燒得活性氧化鎂。這種方法所用碳酸氫銨價(jià)廉易得，但產(chǎn)生的氯化銨可能對(duì)環(huán)境造成污染，因此在工業(yè)上未能達(dá)到良好的應(yīng)用。

2.2 鹵水-純堿法

反應(yīng)方程式：

MgCl2+Na2CO3→ MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+NaCl 4 MgCO3.Mg(OH)2.4H2O→5MgO + 4CO2↑+5H2O

該方法采用純堿作為沉淀劑，其原理與鹵水-碳銨法基本相似，只是純堿價(jià)格略高于碳酸氫銨，但相應(yīng)用量也比后者較少，另外造成污染可能性也較小。

2.3 鹵水-氨法

反應(yīng)方程式：

MgCl2+ 2NH3.H2O →Mg(OH)2+ 2NH4Cl

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法是將精制的鹵水與氨水反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，經(jīng)分離、水洗、干燥、煅燒（1 600～2 000 ℃）制取活性氧化鎂。

由于氨水的堿性弱及NH4+會(huì)使Mg(OH)2的溶解度加大，反應(yīng)過(guò)程易于控制，氫氧化鎂的結(jié)晶性能大大優(yōu)于石灰乳法和氫氧化鈉法。利用該方法，反應(yīng)后的母液還可回收氨，氨可重復(fù)利用，有利于降低生產(chǎn)成本。但氨法收率偏低，并且由于氨水的強(qiáng)揮發(fā)性，造成環(huán)境惡劣，環(huán)保問(wèn)題突出。氨重復(fù)利用過(guò)程中需使用石灰，產(chǎn)生的氯化鈣的排放對(duì)鉀礦會(huì)產(chǎn)生污染而影響鉀鹽的生產(chǎn)，因此這種方法也存在弊端。

2.4 鹵水-石灰法

反應(yīng)方程式：

MgCl2+ Ca(OH)2→Mg(OH)2+ CaCl2

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法又稱(chēng)石灰乳法，是一種傳統(tǒng)的制備方法。它是將精制的鹵水與石灰乳或白云灰乳反應(yīng)，加入分散劑，生成氫氧化鎂沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干及煅燒制取氧化鎂，再經(jīng)氧化鎂壓球，放入高溫爐中進(jìn)行重?zé)?，溫度? 600～2 000 ℃，最終制得活性氧化鎂。此方法還要求原料含鎂濃度低，同時(shí)原料中不能含有硫酸鹽(將形成石膏一同析出)。此外生產(chǎn)出的產(chǎn)品粒度小，聚附傾向大，難于沉降、過(guò)濾及洗滌，并且易吸附雜質(zhì)。

2.5 鹵水-氫氧化鈉法

反應(yīng)方程式：

MgCl2+ 2NaOH →Mg(OH)2+ NaCl

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法是在加入分散劑的情況下，將鹵水與氫氧化鈉反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干、煅燒等工藝從而制取活性氧化鎂。

由于氫氧化鈉是強(qiáng)堿，如果條件控制不當(dāng)會(huì)生成膠體沉淀，粒徑偏小，不僅給產(chǎn)品性能的控制和過(guò)濾帶來(lái)困難，而且易帶入較多的Na+和Cl-，因此該法對(duì)生產(chǎn)條件要求較為嚴(yán)格。同時(shí)該工藝的原料成本高，副產(chǎn)物處理設(shè)備投資大，每生產(chǎn)1 t氫氧化鎂產(chǎn)品，將副產(chǎn)近2 t的氯化鈉。因此該方法也存在這弊端。

西北地區(qū)離內(nèi)地較遠(yuǎn)，若在鉀肥生產(chǎn)基地附近就近生產(chǎn)活性氧化鎂，原料運(yùn)輸距離遙遠(yuǎn)。若采用氨水為沉淀劑，氨水運(yùn)輸更為不便且易污染環(huán)境，故可選用氫氧化鈉為沉淀劑，通過(guò)加入分散劑，通過(guò)控制反應(yīng)過(guò)程的滴加速度、反應(yīng)溫度、攪拌速度等，防止反應(yīng)過(guò)程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，生成納米片狀氫氧化鎂，然后再煅燒生產(chǎn)活性氧化鎂[7]。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，活性氧化鎂主要作為氯丁橡膠及氟橡膠的促進(jìn)劑與活化劑，膠粘劑、塑料、油漆和紙張的填料，醫(yī)藥上的抗酸劑和緩瀉劑，也可作為陶瓷、玻璃、高級(jí)保溫材料及水泥等的原料。隨著膠粘劑和密封材料的發(fā)展，活性氧化鎂的市場(chǎng)需求日益增大。權(quán)威方面估計(jì)，目前的市場(chǎng)需求在10萬(wàn)t以上。

我國(guó)西北地區(qū)鉀肥基地副產(chǎn)的鹵水色澤淺、氯化鎂含量高、幾乎不含鈣、鐵、錳、鋁等雜質(zhì)，是極其優(yōu)質(zhì)的鎂資源，特別適合制備高質(zhì)量的氫氧化鎂和氧化鎂產(chǎn)品。下一階段計(jì)劃利用鹵水對(duì)生產(chǎn)活性氧化鎂的工藝進(jìn)行研究，制備出具有高活性的氧化鎂，以利于大大提高羅布泊鉀鹽礦的資源利用率，更好地將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

［1］胡慶福,宋麗英,劉寶樹(shù).中國(guó)工業(yè)鎂化合物生產(chǎn)現(xiàn)狀與展望[ J] .無(wú)機(jī)鹽工業(yè), 2009, 41( 4) : 8－10, 34.

［2］Kiev Ukraine. Synth esis of nanosized ZnO/ M gO solid and its catalytic activity for CO oxidation [ J ] . Cuihua Xuebao,2008, 29( 11) : 1079－1083.

［3］Lee Ji Yun, Jang Hyun Tae. Synthesis of mesoporous magnesium oxide: its application to CO2 chemisorption[ J ] . International Journal of Greenhouse Gas Control, 2010, 4( 1) : 51－56.

［4］胡慶福. 鎂化合物的生產(chǎn)及應(yīng)用[ M ] . 1 版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 200: 21.

［5］Yan Li, Zhuang Jing, Sun Xiaoming, et al. Formation of rodlike Mg( OH )2nanocrystallites under hydrothermal conditions and the conversion to MgO nanorods by thermal dehydration[ J] . Materials Chemistry and Physics, 2002, 76( 2) : 119－122.

［6］王增輝, 王寶和. 前驅(qū)物分解法制備氧化鎂納米粉體的研究進(jìn)展[ J] . 中國(guó)粉體技術(shù), 2008, 14( 5) : 58－61.

［7］唐林生, 蘇明陽(yáng), 于凱, 等. 雙滴加法制備納米氫氧化鎂[ J ] .青島科技大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2010( 3) : 238－241.

Study on Preparation and Application of High Active Magnesium Oxide

SU Ming-yang
（Henan Polytechnic Institute , Henan Nanyang 473000, China）

As a new type of inorganic material, high active magnesium oxide nanoparticles can be used in a variety of chemical production. In this paper, application status of high active magnesium oxide was reviewed. Advantages and disadvantages of the preparation method were analyzed. The technological route to produce high active magnesium oxide was also discussed

High active magnesium oxide; Preparation; Application

TQ 050.4+21

A

1671-0460（2015）08-2000-02

2015-06-24

蘇明陽(yáng)（1984-），男，河南南陽(yáng)人，助教，碩士，2010年畢業(yè)于青島科技大學(xué)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，研究方向：精細(xì)化學(xué)品和精細(xì)化工技術(shù)。E-mail：sumingyang@foxmail.com。