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高純氧化鎂制備技術研究進展

2021-04-26 已有688人瀏覽 皖燃科技

高純氧化鎂一般指純度大于99%的氧化鎂光大快三。由于高純氧化鎂具有超高的熔點、良好的導磁性和優秀的絕緣性能等優異物理性能,及特定的化學性能,因此廣泛應用于陶瓷、冶金、醫藥、電子、國防等多個領域。

高純氧化鎂的開發及實現工業化,將對電子、國防、航天及高級陶瓷等行業的發展起到極大的促進作用[2]。中國普通級別氧化鎂光大快三產量很大,大量出口,市場疲軟;而高純氧化鎂、活性氧化鎂、硅鋼氧化鎂等一些精細氧化鎂市場需求較大,光大快三大量進口。


1 普通氧化鎂制備方法

生產氧化鎂的原料來源主要有液體礦和固體礦。前者主要以海水、地下鹵水、鹽湖鹵水為主;固體礦主要有菱鎂礦、水鎂石、白云石、蛇紋石和石棉尾礦等。由鹵水或水氯鎂石制備氧化鎂的方法主要有石灰乳法、碳銨法、氨法、純堿法、水氯鎂石直接熱解法;由固體礦制備氧化鎂的方法主要有煅燒菱鎂礦法、碳化法、酸解法、硫銨法和硫酸銨復鹽法等[4,5]。


2 高純氧化鎂制備方法

高純氧化鎂的生產一般是采用普通氧化鎂的制備方法,并進行一定的提純加工來實現的。

2.1 鹵水沉淀法

2.1.1 鹵水噴霧熱分解法

image.png

將鹵水濃縮到一定濃度后,直接噴入到熱分解反應爐中,在800℃~1000℃進行熱分解產出粗制MgO。粗制MgO經水洗除去可溶性氯化物,并使粗制MgO完全轉化為Mg(OH)2,再經1600℃~2000℃煅燒生成高純MgO。其工藝原理為:

此方法采用二次煅燒工藝,煅燒溫度較高,造成生產成本較高。同時一次煅燒過程中副產HCl氣體對于生產設備有嚴重的腐蝕。

2.1.2 白云石/石灰法

白云石/石灰法是技術成熟、應用廣泛的高純氧化鎂生產技術。目前,除以色列Dead Sea Periclase(DSP)、Tateho Dead Sea Fused Magnesia(TDF)等少數幾家廠家外,全球將近20家主要的高純氧化鎂生產光大快三都采用白云石/石灰法生產高純氧化鎂光大快三[7]。

白云石/石灰法也叫石灰乳沉淀法,它是將石灰乳加入到含MgCl2一定濃度的鹵水中反應生成Mg(OH)2,經洗滌、干燥、煅燒得MgO[8]。該方法對于Ca(OH)2的活性要求高,生成的沉淀為Mg(OH)2,顆粒較小容易吸附雜質,故光大快三純度較低;同時Mg(OH)2沉淀為膠狀物,過濾困難,濾餅含水量高,干燥過程能耗高,并且生成的CaCl2附加值低,環境污染嚴重[9]。

2.1.3 氨水沉淀法

與白云石/石灰法相似,氨水沉淀法主要是通過向鹵液中加入堿性沉淀劑制備氫氧化鎂中間體來生產氧化鎂,氨法所用的堿性沉淀劑是液氨或者氨氣[10]。氨法生產高純氧化鎂過程大致如下:首先將老鹵溶液進行脫色除雜精制處理,選擇的處理技術與白云石/石灰法相似;然后向精制的老鹵溶液中通入液氨或者氨氣沉淀劑,反應生成氫氧化鎂中間體;最后洗滌、過濾、煅燒氫氧化鎂中間體,生產高純氧化鎂光大快三,濾液可以用于副產氯化銨。

2.1.4 純堿法

純堿法通過向鹵液中加入純堿溶液沉淀劑[11],首先生成重質碳酸鎂(MgCO3·3H2O)沉淀,重質碳酸鎂經過水洗、熱解等處理,得到堿式碳酸鎂,最后煅燒則可以得到輕質的高純氧化鎂光大快三[12,13]。純堿法生產高純氧化鎂是一種工藝簡單、設備要求低、氧化鎂光大快三純度高的一種傳統生產方法,在我國有超過60年的生產歷史。目前,我國多數中、小型高純氧化鎂生產光大快三依然采用純堿法進行生產[1]。

2.1.5 碳銨法

將NH4HCO3作為沉淀劑,與鹵水中的MgCl2發生反應,生成4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O,經洗滌、干燥、煅燒得MgO[14]。采用此方法NH4HCO3中的CO2利用率低,生產消耗NH4HCO3量大,成本較高[9]。


2.2 固體礦煅燒碳化法

2.2.1 菱鎂礦煅燒碳化法[15]

該法為菱鎂礦經煅燒生成輕燒氧化鎂,輕燒氧化鎂經消化、碳化制得碳酸氫鎂溶液,采用活性炭為吸附劑脫除碳酸氫鎂溶液中的鐵離子,經吸附除雜后的碳酸氫鎂溶液再熱解,熱解得到的堿式碳酸鎂過濾洗滌后干燥,再在煅燒得高純氧化鎂光大快三。

2.2.2 白云石煅燒碳化法[16]

白云石煅燒碳化法制備高純氧化鎂與菱鎂礦煅燒碳化法步驟基本相同,主要包括煅燒、消化、碳化、熱解和煅燒等五個步驟。其具體過程如下:

image.png

圖1白云石碳化法工藝流程圖


2.3 其它制備方法

除了上面介紹的一些傳統制備方法之外,近些年來還出現了一些其它的制備方法,例如微波輻射法、金屬醇鹽水解法、直接沉淀法、均勻沉淀法、氣相法以及溶膠—凝膠法等[14,17]。

最近,北京理工大學(唐山)轉化研究中心自主研發的“原電池法超高純氧化鎂”技術實現突破,解決了我國自上世紀70年代開始攻關的技術和產業化難題,打破了一直以來該領域被國外技術“卡脖子”狀況。據了解,其在采用原電池法選用鎂作為燃料電池的生產過程中,發現可以生成超高純度的氧化鎂。原電池法選用鎂作為燃料電池的陽極金屬材料,增加了燃料電池生產、運輸、儲存、加注環節等各個環節的安全性,在短時間內將鎂轉化為氧化鎂。同時在獲取超高純度氧化鎂的過程中可實現無工業三廢排放。相比于菱鎂礦煅燒法和海水/鹵水沉淀法,使用原電池法工藝可獲取超高純度氧化鎂,純度可達99.95%,且成本更低,工藝路線更短,光大快三成品率更高,且生產過程伴隨產生大量優質直流電。


小結


隨著工業的發展,高純氧化鎂在傳統領域的應用規模日趨擴大,新的應用領域也在不斷的探索與開拓,市場容量不斷擴大。從發展趨勢看,高純氧化鎂消費比重逐年上升。但一直以來,我國在該領域一直落后于國外,在產業化生產技術上呈現出被國外“卡脖子”狀態,因此,加大高純氧化鎂制備技術的研發與產業化迫在眉睫。


參考文獻:

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