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氧化镁的制备方法是什么

发布日期:2018/9/18 11:58:00

【概述】

氧化镁作为无机耐火材料的构成部分。在医药、燃料、橡胶、试剂、饲料、 塑料的添加剂、熔融氧化镁绝缘材料、氯氧镁水泥、化肥、接触剂和造纸等领域 都有较多应用。在保护环境上去除在烟道脱硫和废水处理。此外,氧化镁是加工合成镁基化合物的原料。

【理化性质】

氧化镁的化学式为MgO,无毒、无臭的白色疏松粉末,密度3.58g/cm3。常温下,氧化镁难溶于纯水和有机溶剂,能溶于酸和铵盐溶液。熔点为2800℃,沸点为3600℃,具有高度耐火绝缘性,介电常数在9-10之间。氧化镁以游离形态方镁石矿存在于自然界中,是冶镁的原料,俗称苦土、灯粉、镁砂、镁氧等。

【分类】

(1)从使用用途来看,产品划为“化学级氧化镁”和“耐火材料级氧化镁”两种。其中,耐火级几乎全部用在钢材冶炼过程中高炉等的耐火材料,耐火砖制造等;二是化学级氧化镁。化学级的氧化镁主要用作药品、肥料、食品、建筑材料、锅炉添加剂、饲料添加剂和镁基润滑油、水处理剂等。化学级氧化镁占比很小但逐年增长。纯度高的氧化镁可作为半导体的密封材料、陶瓷原材料,和各种绝缘材料中使用的填料等。目前国内外开始深入研究这种“密度高、纯度高和强度高”的耐火材料。日本也使用镁碳砖在交流电炉的渣线部位和热点部分,使使用寿命成倍提高,同时,近些年直流电炉炉底也发展成全部使用镁碳砖。我国把重点也应放在生产高附加值的产品。

(2)以物质形态进行分类。现阶段,市场上的氧化镁产品可分为:颗粒粉末状、自由流动性、非烧结性和粗粉状几类。产品中不同程度存在低量杂质,低溶点和少许变色的特性。由于存在杂质,尤其是当硼等杂质混在氧化镁当中时,氧化镁难于满足电器绝缘体高温要求,会造成产品的绝缘性质的缺失,最终难以起到绝缘效果。

【制备方法】

1.卤水碳铵制备法。以高镁卤水为原料,采用碳酸氢铵法生产氧化镁。将卤水预处理经沉淀、过滤洗涤,把滤液蒸发、冷却、烘干,再经煅烧、粉碎制得氧化镁。

卤水碳铵制备法的反应式
图1为卤水碳铵制备法的反应式

2.以白云石为原料,用二次碳化法制备氧化镁。先把白云石煅烧,生成氧化镁、氧化钙。经水消化得Mg(OH)2和Ca(OH)2。第一次碳化使Mg(OH)2生成MgCO3和Mg(HCO3)2,使Ca(OH)2生成CaCO3。将得到Mg(HCO3)2,热解成MgCO3沉淀,将沉淀物置于水中进行第二次碳化,使MgCO3生成Mg(HCO3)2。经热解过滤、洗涤、煅烧使MgCO3生成高纯氧化镁。

3.以海水为原料。通过向海水中加入碱性物质(如氢氧化钙),使镁离子沉淀析出,煅烧即得氧化镁。

4.合成氧化镁。即用不同的化工原料(如工业氯化镁和纯碱),反应制得氧化镁。上述氧化镁制备方法,存在工艺繁琐(如方法1)、不适合连续大量生产(如方法3)、原料不易得或相对昂贵(如方法4)等缺点。而且混凝土用氧化镁的膨胀性能、活性等要可控,这是上述方法所难以达到的。

5.菱镁矿碳化制备法。菱镁矿经煅烧,生成氧化镁的影响因素有煅烧温度、保温时间、升温速率等。同条件下制得的样品,比表面积越大说明颗粒越小,与水接触面积越大,越易水化,活性越高;反之,比表面积越小说明颗粒越大,与水接触面积越小,越难水化,活性越低。煅烧温度越高,生成的MgO颗粒的比表面积越小,MgO的活性越来越低。一般煅烧温度在1200℃以上时,生成的MgO已经接近结晶完好,结构致密,常温下与水反应活性很低。保温时间越长,小颗粒的MgO在分子内聚力的作用下结合成大颗粒,使表面积变小。升温速率越快,比表面积越大。因为升温速率快,有利于保存不完整、畸变、有缺陷的晶粒,使其没有时间生成规则的晶粒。而升温速率慢,则有缺陷的MgO晶粒有充分的时间向规则的、完整的MgO晶粒转化。

菱镁矿碳化制备法的反应式
图2为菱镁矿碳化制备法的反应式

【测定方法】

1.氧化镁含量的测定 氧化镁含量的测定一般采用化学物相分析法。化学物相分析法指的是在醋酸甲酯作为介质的溶液中,游离MgO可溶于醋酸。在同一介质中菱镁矿基本不溶于醋酸,而滑石则完全不溶。用醋酸甲酯-醋酸作为选择性溶剂,在适当的条件下浸取氧化镁粉,使其中的游离MgO、CaO溶解,将溶液与不溶残渣分离后,用EDTA滴定,即可得到游离MgO的量。化学物相分析法测定的MgO含量在一定程度上反映了游离MgO活性大小。

2.氧化镁活性的测定 用于氧化镁活性测定的EDTA滴定法、热分析法、Cl-测定法已不常用,现在报导较多的测试方法有:比表面积法、碘吸附法、物相分析法及动力学分析法,其中动力学分析方法在水工中应用较广。使用的中和酸一般为乙酸或柠檬酸。以柠檬酸为中和酸的方法为:称取1.7gMgO倒入烧杯中,加入200mL蒸馏水和5滴酚酞指示剂,用集热式磁力搅拌器搅拌,用变压器控制搅拌速度恒定,用移液管加入一定量的柠檬酸溶液,在松开移液管的同时开始计时,计下从加入酸后至酚酞变红所需的时间。此时间即用来表征氧化镁的活性,时间越长,活性越差,水化反应越慢。

【用途】 

氧化镁作为无机耐火材料的构成部分。在医药、燃料、橡胶、试剂、饲料、塑料的添加剂、熔融氧化镁绝缘材料、氯氧镁水泥、化肥、接触剂和造纸等领域都有较多应用。在保护环境上去除在烟道脱硫和废水处理。此外,氧化镁是加工合成镁基化合物的原料。

1.工业级轻烧氧化镁 分属不同类别的氧化镁应用在工业上用途也不完全相同。轻质氧化镁即为工业级氧化镁,在耐火材料、搪瓷、陶瓷等制造上都有应用;可作为橡胶、人造纤维中的催化和促进剂。主要用在菱镁制品的加工生产。氯化镁与轻烧氧化镁水溶液按照特定比例配合,可硬化胶凝制成菱镁水泥,因其具有轻质高强、防火隔热、节能环保等优势,在市政、建材、机械、农业等领域均可应用。

2.高级折叠润滑油级氧化镁。 其应用领域:加工高级润滑油中主要用作抑钒剂、清洁剂、脱硫剂,大幅度提升润滑膜流变性和致密性。通过除汞脱铅减少燃油或润滑油废弃物对环境污染的影响,氧化镁经表面处理也可做炼油工艺中的载体、螯合剂、络合剂。为消除重油中由钒酸造成对炉膛的损伤可以在燃烧重油时加入MgO。电熔氧化镁。电熔氧化镁分为多晶和单晶两种。单晶产品应用在紫外线领域,可作为紫外摄像和银盐感光透镜的材料等;在可见光领域作为特殊的光学仪器和一般摄像上;而在红外光领域亦可用作滤波和滤光器等,在耐火材料方面也有应用。多晶产品用在高温熔炼炉和超高等级特种熔炉的制作材料。

3.电熔氧化镁 在我国的历史较长并大部分用于出口。而涉及氧化镁材料制造的厂商有数百家之多。然而,电熔氧化镁的生产在中国较世界发达国家处于低下水平。

4.食品级氧化镁。 其应用领域:用在色泽稳定剂、食品添加剂、食品的镁元素的补充剂、pH值调节剂作为保健品。砂糖精制时用做脱色剂。也可添加到小麦粉、巧克力奶粉、糖粉等食品中充当抗酸剂和抗结块剂。

5.医用级氧化镁。 应用领域:应用在医药行业一是作为制作镁类药物的主要原料,直接用在中和胃酸类的药物制造上;二是作为镁化合物的辅助原料而用在医药行业领域内。可用作脱铅、抗酸、脱硫、吸附、络合助滤等药剂当中、PH调节剂医疗上用作轻泻剂和抗酸剂,治疗十二指肠溃疡病或者胃溃疡,缓解胃酸分泌过多。中和胃酸缓慢不会产生二氧化碳和效果持久且作用强的特点。

6.高纯镁砂。 因具备优良的抗腐蚀性、高温抗折和抗渣性能,可使用在炼钢炉炉衬上提升其使用寿命,是制造不定形耐火材料的优质原材料。还可作为烧结助剂和陶瓷原料及热绝缘材料和热电偶,在医疗器械、冶金、国防、化工、建材等领域有广泛的应用。

7.硅钢级氧化镁。 应用领域:可用作制作取向硅钢片,但前提满足如下特殊的性能条件:第一,化学纯度要高,纯度要求超过98%;第二,为了便于涂布需在水中悬浮要有良好性能;第三,减少生成镁的氧化物几率其水化率要低,此项作为考查硅钢氧化镁的主要指标;第四,具备一定的活性;第五,氧化镁的浆液要具备较强粘结性。这样,在摩擦和强振动后氧化镁在硅钢片表面不会脱离钢板。特种产品粒径具备特定的范围,具备较好的在水中的悬浮性能和水化率低的优点,是生产取向硅钢片时的退火高温隔离剂。它在取向硅钢片表层起作用时,可在硅钢片表层形成优良的绝缘涂层,使硅钢片的绝缘性能得以提升,使硅钢片的铁损减少。另外,特种硅钢级氧化镁亦可用做化工材料,电子工业和密封陶瓷材料。在中国,华东师范大学率先研发硅钢级氧化镁,最终实现工业化生产,武钢长期应用在取向硅钢片生产上,实现对日本进口产品的替代,其水化率以及氧化镁含量等多项指标均优于日本同类产品[20-21]。可在硅钢片表面形成一层良好的导磁介质和绝缘层,从而克服和抑制变压器内硅钢铁芯的集肤效应损失(简称铁损)和涡流,提升其绝缘的性能,可作为高温退火隔离剂。

8.电工级氧化镁。 应用领域:于20世纪60年代开始在中国生产应用,随着增加电热器等产品的出口,使得绝缘材料(氧化镁)的需求量呈逐步上升。目前,国内利用电工级氧化镁在表层填加有机硅聚合物进行处理,大幅度提升了其耐水化性能,与发达国家在防潮性能上也可匹敌。通过添加稀土金属氧化物、铝和硼的氧化物、氧化铁、层状硅酸盐类等添加剂,然后经过热处理工序,从而使耐高温方面性能增强,最终获得质量较高的电热用氧化电熔镁砂,使其电学性能得以提高。

9.活性氧化镁。 活性氧化镁依活性可分为低、中、高三档。活性氧化镁主要是橡胶的活化与促进剂,或者添加于纸张、油漆、塑料和粘结剂当中;医药上可用作缓泻剂和抗酸剂,用于治疗十二指肠溃疡病或者胃酸分泌过多;也可应用于氧化镁水泥、高级保温材料、陶瓷及玻璃等的加工原料。

10.高级电磁级氧化镁。 应用领域:用在无线高频导磁顺磁材料、调频元件、磁棒天线的磁芯等。替代铁氧体。也可用在制作复合超导磁材料上,也可应用在电子磁性行业。也是理想的工业陶瓷和搪瓷原料。

11.纳米氧化镁。 作为一种较为新型且功能精细化材料,是伴随纳米材料技术的更新发展而产生的,具备区别于本体材料的物理和力学等特殊性能。纳米氧化镁因其具备较好的稳定性和较大的表面积,可用作低碳醇和负载型甲醇合成时催化剂的载体,能优化催化剂的自身性能。其合成的复合材料具备优良的微波吸收系数,可作为医药品擦光剂或香粉、纸张、油漆等材料的填充剂。采用粉体超细氧化镁,无需加入烧结助剂便可做到低温烧结,制成细晶陶瓷致密度高,具备研发为高腐蚀、高温等特殊条件下应用的先进尖端材料的发展前景。粉体超细氧化镁亦可以作为生产质量较高纳米相陶瓷和各多种电子产品的辅助原材料。

12.高纯氧化镁。 应用领域:高温条件下其具备优良的电绝缘性和耐碱性。高纯氧化镁导热率和具有优良的光透过性,热膨胀系数高。广泛应用作耐热高温材料。在陶瓷领域内可用于基板、透光性陶瓷坩埚等的原料。在电气领域、电气材料用在绝缘材料和磁性装置填料以及各种载体。在用作陶瓷基板时比氧化铝导热率高多达2倍以上,而电解质的损失量同等条件下仅为氧化铝的1/10。纯度超过98%的产品才能称为高纯氧化镁,中国工业级氧化镁要求的纯度较低,但不会低于95%。因其应用领域广,纯度高,在通讯、电力、橡胶、电子、冶金等行业都有应用。所以,高纯氧化镁实现量产可为航天、电子、高级陶瓷及国防等高精产业的发展提供强有力的推动力。与其他国家相比,中国高纯氧化镁的生产与开发具有低O、Cl、B、CaO的优势,这对处于世界领先地位提供保证,使其在世界上镁盐工业生产上占有一定地位,为中国研究和生产高纯氧化镁提供坚实的基础。

【主要参考资料】

[1]崔鑫,邓敏.氧化镁制备方法、活性与水化测定方法综述[J].硅酸盐通报,2008(01):136-141.

[2]邓立佳. 利用海城菱镁矿制备高纯氧化镁研究[D].辽宁科技大学,2016.

[3]李茹. 氧化镁粉体的制备与改性及其绝缘性能[D].内蒙古工业大学,2013.