以工業(yè)輕燒氧化鎂為原料制備高純氧化鎂的實驗研究

袁 烺，肖嘉慧，陳虹旭，李曉坤，*

(1.黑龍江大學 化學化工與材料學院 哈爾濱 150080; 2. 黑龍江省嘉然環(huán)境監(jiān)測有限公司，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驗研究

袁 烺1，2，肖嘉慧1，陳虹旭3，李曉坤3，*

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

受生產原料和現有生產工藝技術影響，傳統(tǒng)工業(yè)氧化鎂中的雜質鈣含量較高，極大地限制了氧化鎂的應用范圍。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。研究結果表明：工業(yè)輕燒氧化鎂經再漿洗滌和煅燒后，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，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；并且對于再漿洗滌和煅燒工序，前者對氧化鎂純度提高的影響更明顯。

高純氧化鎂；再漿洗滌；雜質鈣；輕燒

氧化鎂(MgO)是一種用途廣泛的化工原料，其應用領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，良好的光透過性，高導熱性以及較大熱膨脹系數等優(yōu)點，廣泛應用于電子、電器、光學、儀表、冶金、國防與航空航天等高端科技領域[1-3]。目前國內工業(yè)MgO的產量超過1 000×104t，一般通過菱鎂礦、白云石煅燒或者石灰乳-海水/鹽湖鹵水消化生產而得。但是受現有生產技術限制，原料中不可避免的會帶進含鈣雜質，并以氧化鈣或者氯化鈣的形式存在于終產品氧化鎂中。MgO中鈣含量過高，會影響氧化鎂的高溫性能，隨著鈣含量的增加，氧化鎂的熔點隨之下降[4]，這直接影響MgO的質量和應用領域；目前國內MgO含量大于98%的高純氧化鎂產量約4×104t/a，實際需求量接近10×104t/a，市場缺口很大。因此通過除去或者降低MgO中的鈣含量生產更多的高純氧化鎂意義重大。為解決該問題，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上，分別以3個廠家的工業(yè)輕燒氧化鎂為研究對象，采用再漿洗滌和高溫煅燒的方法，對高純氧化鎂的制備進一步深入研究，得到了比較滿意的研究成果，對高純氧化鎂的大規(guī)模生產有一定積極促進意義。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑和儀器

試劑：市售工業(yè)氧化鎂，生產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個廠家的適量輕燒氧化鎂，按照標準中的方法測定得到的氧化鎂中鈣鎂含量，見表1。

由表1可見，工業(yè)氧化鎂中氧化鈣和氯化鈣含量比較高。氧化鎂的含量沒有達到高純氧化鎂(98%)的要求。氧化鈣含量高可能是由于氧化鎂生產過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時氫氧化鎂包裹了未反應的Ca(OH)2，這些物質經煅燒后以氧化鈣的形式存在于氧化鎂中。氯化鈣主要來自原料中的氯化物。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，導致產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證試驗

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測鈣、鎂、氯的含量，結果以氧化鈣、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量與原氧化鎂總質量的比值。由表2可見，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，可見再次洗滌煅燒氧化鎂有利于提高它的純度，并且該方法對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MgO洗滌效果的影響

為使研究結果更具有代表性，本文以雜質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。具體實驗數據見表4。各成分的百分含量是洗水中各成分的質量與原氧化鎂總質量的比值。

由表4可見，溫度對再漿洗滌效果有一定的影響。其中洗滌溫度對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，這可能是隨著溫度的升高，反應速度常數越大[14]，從而提高氧化鈣消化反應速度，氧化鎂中的氧化鈣更容易與水消化反應生成氫氧化鈣，但當溫度過高時，料漿中氫氧化鎂對氫氧化鈣的吸附或者包裹強度增加，導致當洗滌溫度80 ℃時，氧化鈣被洗滌下來的量反而減少。而洗水中的氫氧化鎂(以氧化鎂計)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，可認為對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，洗滌效果最佳。

1.5 煅燒溫度對MgO純度提高的影響

根據 Mg(OH)2熱分解的機理[15]，Mg(OH)2于263 ℃開始分解，700～800 ℃能分解完全。而當煅燒溫度過高時(1 500 ℃)，氧化鎂容易死燒，活性降低，應用范圍將受到限制，并且將極大增加能耗，增加生產成本。因此，本實驗以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。冷卻后測其中氧化鎂含量。具體實驗數據見表5。

表4 不同溫度對洗滌效果的影響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，隨著煅燒溫度的升高，氧化鎂的純度有一定程度的提高，但雜質氧化鈣和氯化鈣的含量變化并不明顯。這說明，煅燒溫度可能僅對氫氧化鎂的分解是否完全會有影響，對雜質的去除影響不大，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，可以認為，煅燒溫度約1 200 ℃時，氫氧化鎂分解的較完全，可作為煅燒溫度的較佳工藝參數。

2 結 論

在前人研究基礎上，筆者優(yōu)化研究了“再漿洗滌煅燒”方法對氧化鎂純度提高程度的影響，驗證了該方法的可行性；當洗滌溫度約70 ℃，煅燒溫度約1 200 ℃時，可以得到純度99%的高純氧化鎂，并且對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)將對洗水用量、洗滌時間和洗滌次數等工藝參數的優(yōu)化進一步研究，并將這些工藝參數的研究結果與工業(yè)化應用相結合，以期得到基于該方法大規(guī)模生產高純氧化鎂可參考的工藝技術。

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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

國家自然科學基金資助項目(B010602)

袁 烺(1983-)，男，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，研究方向：理論與計算化學，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。