碱式碳酸镁如何制备

【背景及概述】^[1][2][3]

碱式碳酸镁亦称“轻质碳酸镁”。化学式 xMgCO₃·yMg(OH)₂·zH₂O(x=3～5，y=1，z=3～7)。典型的分子式为 3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O，分子量 365.31。白色晶体或无定形轻而疏松的粉末。比重2.16。不溶于水、乙醇，易溶于酸，同时放出二氧化碳。加热分解；放出二氧化碳和水，700℃转变成氧化镁。由氢氧化镁乳浊液与二氧化碳反应或可溶性镁盐与碳酸钠以一定浓度混合反应而得。

水合碱式碳酸镁在空气中稳定存在，化学组成因制备方法和条件不同而稍有差异，其相对密度小，可用作橡胶、塑料制品的添加剂，同时具有不燃烧的特点，受热分解后可用于制备氧化镁，食品级碱式碳酸镁可用做面粉改良剂。碱式碳酸镁可作为为橡胶制品的优良填充剂、增强剂和作绝热、 耐高温的防火保温材料。也用于制镁盐、氧化镁、防火涂料、印刷油墨、陶瓷、玻璃、化妆品、牙膏、医药及颜料等。对于一些特殊用途的碱式碳 酸镁，根据其用途的不同，对所含杂质的要求也不同。如用作制取耐火材料-高纯氧化镁的原料时，要求氧化钙和硼类杂质的含量很低，因为产品中的 B₂O₃与 CaO、SiO₂ 等杂质在高温条件下会形成各种低共熔化合物，从而使耐火材料的高温性能下降。 故碱式碳酸镁在用作制取高纯氧化镁 的原料时，CaO、的含量是评定产品优劣的重要指标之一，其含量越少越好。而对于电子级碱式碳酸镁，它不仅要具有很高的纯度，也要具有特殊的物理性质。因此，在生产碱式碳酸镁时，要根据产品具体的用途来决定其产品具体的标准。但是，总体说来产品的纯度决定着产品的应用范围。

【制备】^[2]

当前，我国碱式碳酸镁的生产方法主要有：南水纯碱法、硫酸镁碳铵法、白云石碳化法 、轻烧粉碳化法等。

1、 南水纯碱法

卤水纯碱法是最古老的一种生产碱式碳酸镁的方法，在我国已经有六七十年的生产历史。尽管生产方法古老，目前它依然是我国碱式碳酸镁产量、产品等级最高的一种生产方法。该方法是利用沿海晒过盐的南水，经过除杂除铁等一系列工序以后，配制成一定的波美度，与溶解并经过除杂的纯碱溶液在一定的温度下进行反应，生成碱式碳酸镁。经过离心或者压滤以后，用去离子水反复进行洗涤，直至氯离子达到要求。滤饼进行烘干，即得到碱式碳酸镁产品；滤饼直接进行煅烧，则得到氧化镁产品。控制反应温度和反应物浓度，可以得到不同堆密度的产品，即可以获得重质碳酸镁或者轻质碳酸镁。据了解现在国内大概只有山东寿光有两三家企业采用该方法进行生产，其中两家以生产轻质氧化镁为主， 一 家以生产重质碳酸镁为主 D 两家生产轻质氧化镁的企业年产轻质氧化镁均不超过两千吨，主要是因为该方法生产成本较高，与其产品相对应的市场需求量不大。而生产重质碳酸镁的企业几乎是作坊式生产，一年的产量只有几百吨。

2 、 硫酸镁碳铵法

用净化过的硫酸镁溶液与碳铵溶液进行反应，即可制得碱式碳酸镁。调整反应物浓度和反应温度，可以获得不同堆密度的碱式碳酸镁。对反应产物反复进行洗涤、过滤，以使产品达到质量要求。目前国内使用该方法生产碱式碳酸镁的企业很少，据了解可能仅有一家在进行生产 。产品可以作为碱式碳酸镁产品进行销售，也可以把碱式碳酸镁煅烧成氧化镁进行销售。这是生产医药级和食品级碳酸镁、氧化镁的主要方法。但是产量很少，一年仅有百余吨 、顶多几百吨的产销量。

3 、 白云石碳化法

白云石碳化法是将白云石煅烧以后，把所得到的白云灰（主要成分为氧化钙和氧化镁 ）进行水化，得到氢氧化镁和氢氧化钙混合液。煅烧白云石的尾气经过净化，其二氧38化碳含量在 30%左右，经过压缩以后，在碳化塔里面与白云灰水化液进行反应，得到碳酸钙沉淀和碳酸氢镁溶液。反应液经过沉淀过滤之后，碳酸氢镁溶液送去热解，得到碱式碳酸镁。热解液过滤、洗涤以后，得到碱式碳酸镁滤饼。滤饼烘干，得到碱式碳酸镁产品 ；滤饼煅烧，则得到轻质氧化镁产品。这是所有生产碱式碳酸镁方法中能耗最高、工艺路线最长的一种生产方法，国内大概只有两到三家企业采用这种工艺进行生产。按照氧化镁计有的企业年产量达到千吨，有的还达不到千吨，产品质量参差不齐。这种方法生产出的碳酸镁、氧化镁视比容比较大，是制作大视比容的碳酸镁、轻质氧化镁、活性氧化镁的主要方法。有的企业把得到的碱式碳酸镁滤饼成型、烘干，加工成体操镁块在国内外销售，具有比较高的附加值。

4 、 轻烧粉碳化法

轻烧粉又叫轻烧氧化镁。轻烧粉碳化法其实原理上与白云石碳化法差不多。对菱镁矿进行煅烧，控制煅烧温度在一定的范围内，可以得到轻烧氧化镁。轻烧氧化镁加水水化，得到氢氧化镁浆液。把煅烧菱镁矿石以后的尾气经过净化，压缩以后送到碳化塔，与轻烧粉水化浆液进行反应，得到碳酸氢镁溶液，进一步沉淀过滤以后，碳酸氢镁溶液送去热解，得到碱式碳酸镁，再经过过滤洗涤，即得到碱式碳酸镁滤饼。国内现在大概有一到两家企业采用这种方法生产碱式碳酸镁或者氧化镁，年产量大概在一两千吨。我国辽宁曾经有几家企业，在菱镁矿附近建厂，生产碱式碳酸镁。尽管有原燃料优势，但是由于市场较小，最后都不得不停产。

【鉴定】^[1]

下图为样品的XRD谱。

【应用】^[3]

碱式碳酸镁根据其用途大致可分为三个方面。(1)用于食品及各种化工产品的添加剂和改良剂；(2) 用于制取镁系列化工产品的原料；(3)用于制药及医学上的辅助治疗药物。据报道，将碱式碳酸镁制成铝碳酸镁复盐与雷尼替丁胶囊、阿莫西林胶囊、甲硝唑片等一起服用，可大大提高老年消化性溃疡的治愈率。铝碳酸镁在治疗溃疡方面也有重要的作用。它可提高胃的 pH 值、促进组织再生修复。由于老年人溃疡组织再生修复较幔，服用铝碳酸镁可使其直接作用于溃疡面，促进组织再生，提高溃疡愈合率。高纯碱式碳酸镁无毒、无味、无害于人体健康，并且镁对人体的心脏功能有增强作用，其本身又具有较好的流动性，所以，将其加入面粉中作辅助成分，既可提高面粉的分散性和流动性，又可补充人体对无机盐类等电解质的需求，添加量一般为 10％～15％。在化工冶金中碱式碳酸镁也可作为添加剂添加在一些合金中以改变合金的力学性能。

碱式碳酸镁也可用作橡胶制品的优 良填充剂和增强剂，能提高橡胶制品的产量与质量。精制透明的碱式碳酸镁还可用于透明或是浅色橡胶制品中，它和橡胶混 炼后，几乎不改变橡胶本身的折光率，且能增强橡胶的耐磨性，抗曲折性和抗拉强度。由于碱式碳酸镁具有不燃烧和质地轻、松的特点，也可用作绝热，耐高温的防火保温材料，石棉轻质碳酸镁是优良绝缘材料，用于造船、锅炉制造等部门。另外，它还可以做油漆，油墨和涂料等工业。

【市场展望】^[2]

作为直接产品，我国碱式碳酸镁市场的年需求量也就一两千吨，这包括了所有轻质、重质碱式碳酸镁产品。碱式碳酸镁的用途还是进一步煅烧以后，作为氧化镁产品进行销售。近几年，我国青海的几家大型镁盐企业生产出质量高、成本低的氢氧化镁产品，其产量以数十万吨计。这些氢氧化镁主要加工成了氧化镁产品在市场上销售，对碱式碳酸镁生产的氧化镁形成了很强的竞争。在这样的竞争之下，近几年不少碱式碳酸镁生产企业关停了，而现有生产着的碱式碳酸镁生产企业也步履维艰，大部分处于半负荷生产状态 。由于低成本、高品质的氢氧化镁仍在强势进行竞争，预计今后几年碱式碳酸镁企业的日子也不会好过，相信仍会有企业会倒闭关停。

【主要参考资料】

[1]常睿璇,丁珂,孙晓君,李会杰,黄娜娜,仇龙,高恩军,刘云义,李雪.热解法制备不同形貌碱式碳酸镁[J].硅酸盐学报,2018,46(07):922-928.

[2]张世洁. 我国碱式碳酸镁生产与展望[A]. 中国无机盐工业协会镁化合物分会.2016年镁化合物分会年会暨镁化合物行业发展论坛专辑[C].中国无机盐工业协会镁化合物分会:中国无机盐工业协会钙、镁盐分会,2016:2.

[3] 袁春华, and 李海民. "碱式碳酸镁的应用及合成方法." 盐湖研究 13.2 (2005): 40-44.