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【概述】
氧化鎂作為無機耐火材料的構成部分。在醫(yī)藥、燃料、橡膠、試劑、飼料、 塑料的添加劑、熔融氧化鎂絕緣材料、氯氧鎂水泥、化肥、接觸劑和造紙等領域 都有較多應用。在保護環(huán)境上去除在煙道脫硫和廢水處理。此外，氧化鎂是加工合成鎂基化合物的原料。
【理化性質(zhì)】
氧化鎂的化學式為MgO，無毒、無臭的白色疏松粉末，密度3.58g/cm3。常溫下，氧化鎂難溶于純水和有機溶劑，能溶于酸和銨鹽溶液。熔點為2800℃，沸點為3600℃，具有高度耐火絕緣性，介電常數(shù)在9-10之間。氧化鎂以游離形態(tài)方鎂石礦存在于自然界中，是冶鎂的原料，俗稱苦土、燈粉、鎂砂、鎂氧等。
【分類】
（1）從使用用途來看，產(chǎn)品劃為“化學級氧化鎂”和“耐火材料級氧化鎂”兩種。其中，耐火級幾乎全部用在鋼材冶煉過程中高爐等的耐火材料，耐火磚制造等;二是化學級氧化鎂。化學級的氧化鎂主要用作藥品、肥料、食品、建筑材料、鍋爐添加劑、飼料添加劑和鎂基潤滑油、水處理劑等?；瘜W級氧化鎂占比很小但逐年增長。純度高的氧化鎂可作為半導體的密封材料、陶瓷原材料，和各種絕緣材料中使用的填料等。目前國內(nèi)外開始深入研究這種“密度高、純度高和強度高”的耐火材料。日本也使用鎂碳磚在交流電爐的渣線部位和熱點部分，使使用壽命成倍提高，同時，近些年直流電爐爐底也發(fā)展成全部使用鎂碳磚。我國把重點也應放在生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。
（2）以物質(zhì)形態(tài)進行分類?，F(xiàn)階段，市場上的氧化鎂產(chǎn)品可分為：顆粒粉末狀、自由流動性、非燒結性和粗粉狀幾類。產(chǎn)品中不同程度存在低量雜質(zhì)，低溶點和少許變色的特性。由于存在雜質(zhì)，尤其是當硼等雜質(zhì)混在氧化鎂當中時，氧化鎂難于滿足電器絕緣體高溫要求，會造成產(chǎn)品的絕緣性質(zhì)的缺失，最終難以起到絕緣效果。
【制備方法】
1.鹵水碳銨制備法。以高鎂鹵水為原料,采用碳酸氫銨法生產(chǎn)氧化鎂。將鹵水預處理經(jīng)沉淀、過濾洗滌,把濾液蒸發(fā)、冷卻、烘干,再經(jīng)煅燒、粉碎制得氧化鎂。
圖1為鹵水碳銨制備法的反應式
2.以白云石為原料,用二次碳化法制備氧化鎂。先把白云石煅燒,生成氧化鎂、氧化鈣。經(jīng)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。將得到Mg(HCO3)2,熱解成MgCO3沉淀,將沉淀物置于水中進行第二次碳化,使MgCO3生成Mg(HCO3)2。經(jīng)熱解過濾、洗滌、煅燒使MgCO3生成高純氧化鎂。
3.以海水為原料。通過向海水中加入堿性物質(zhì)(如氫氧化鈣),使鎂離子沉淀析出,煅燒即得氧化鎂。
4.合成氧化鎂。即用不同的化工原料(如工業(yè)氯化鎂和純堿),反應制得氧化鎂。上述氧化鎂制備方法,存在工藝繁瑣(如方法1)、不適合連續(xù)大量生產(chǎn)(如方法3)、原料不易得或相對昂貴(如方法4)等缺點。而且混凝土用氧化鎂的膨脹性能、活性等要可控,這是上述方法所難以達到的。
5.菱鎂礦碳化制備法。菱鎂礦經(jīng)煅燒,生成氧化鎂的影響因素有煅燒溫度、保溫時間、升溫速率等。同條件下制得的樣品,比表面積越大說明顆粒越小,與水接觸面積越大,越易水化,活性越高;反之,比表面積越小說明顆粒越大,與水接觸面積越小,越難水化,活性越低。煅燒溫度越高,生成的MgO顆粒的比表面積越小,MgO的活性越來越低。一般煅燒溫度在1200℃以上時,生成的MgO已經(jīng)接近結晶完好,結構致密,常溫下與水反應活性很低。保溫時間越長,小顆粒的MgO在分子內(nèi)聚力的作用下結合成大顆粒,使表面積變小。升溫速率越快,比表面積越大。因為升溫速率快,有利于保存不完整、畸變、有缺陷的晶粒,使其沒有時間生成規(guī)則的晶粒。而升溫速率慢,則有缺陷的MgO晶粒有充分的時間向規(guī)則的、完整的MgO晶粒轉(zhuǎn)化。
圖2為菱鎂礦碳化制備法的反應式
【測定方法】
1.氧化鎂含量的測定 氧化鎂含量的測定一般采用化學物相分析法。化學物相分析法指的是在醋酸甲酯作為介質(zhì)的溶液中,游離MgO可溶于醋酸。在同一介質(zhì)中菱鎂礦基本不溶于醋酸,而滑石則完全不溶。用醋酸甲酯-醋酸作為選擇性溶劑,在適當?shù)臈l件下浸取氧化鎂粉,使其中的游離MgO、CaO溶解,將溶液與不溶殘渣分離后,用EDTA滴定,即可得到游離MgO的量?；瘜W物相分析法測定的MgO含量在一定程度上反映了游離MgO活性大小。
2.氧化鎂活性的測定 用于氧化鎂活性測定的EDTA滴定法、熱分析法、Cl-測定法已不常用,現(xiàn)在報導較多的測試方法有:比表面積法、碘吸附法、物相分析法及動力學分析法,其中動力學分析方法在水工中應用較廣。使用的中和酸一般為乙酸或檸檬酸。以檸檬酸為中和酸的方法為:稱取1.7gMgO倒入燒杯中,加入200mL蒸餾水和5滴酚酞指示劑,用集熱式磁力攪拌器攪拌,用變壓器控制攪拌速度恒定,用移液管加入一定量的檸檬酸溶液,在松開移液管的同時開始計時,計下從加入酸后至酚酞變紅所需的時間。此時間即用來表征氧化鎂的活性,時間越長,活性越差,水化反應越慢。
【用途】
氧化鎂作為無機耐火材料的構成部分。在醫(yī)藥、燃料、橡膠、試劑、飼料、塑料的添加劑、熔融氧化鎂絕緣材料、氯氧鎂水泥、化肥、接觸劑和造紙等領域都有較多應用。在保護環(huán)境上去除在煙道脫硫和廢水處理。此外，氧化鎂是加工合成鎂基化合物的原料。
1.工業(yè)級輕燒氧化鎂 分屬不同類別的氧化鎂應用在工業(yè)上用途也不完全相同。輕質(zhì)氧化鎂即為工業(yè)級氧化鎂，在耐火材料、搪瓷、陶瓷等制造上都有應用；可作為橡膠、人造纖維中的催化和促進劑。主要用在菱鎂制品的加工生產(chǎn)。氯化鎂與輕燒氧化鎂水溶液按照特定比例配合，可硬化膠凝制成菱鎂水泥，因其具有輕質(zhì)高強、防火隔熱、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，在市政、建材、機械、農(nóng)業(yè)等領域均可應用。
2.高級折疊潤滑油級氧化鎂。 其應用領域:加工高級潤滑油中主要用作抑釩劑、清潔劑、脫硫劑，大幅度提升潤滑膜流變性和致密性。通過除汞脫鉛減少燃油或潤滑油廢棄物對環(huán)境污染的影響，氧化鎂經(jīng)表面處理也可做煉油工藝中的載體、螯合劑、絡合劑。為消除重油中由釩酸造成對爐膛的損傷可以在燃燒重油時加入MgO。電熔氧化鎂。電熔氧化鎂分為多晶和單晶兩種。單晶產(chǎn)品應用在紫外線領域，可作為紫外攝像和銀鹽感光透鏡的材料等；在可見光領域作為特殊的光學儀器和一般攝像上；而在紅外光領域亦可用作濾波和濾光器等，在耐火材料方面也有應用。多晶產(chǎn)品用在高溫熔煉爐和超高等級特種熔爐的制作材料。
3.電熔氧化鎂 在我國的歷史較長并大部分用于出口。而涉及氧化鎂材料制造的廠商有數(shù)百家之多。然而，電熔氧化鎂的生產(chǎn)在中國較世界發(fā)達國家處于低下水平。
4.食品級氧化鎂。 其應用領域:用在色澤穩(wěn)定劑、食品添加劑、食品的鎂元素的補充劑、pH值調(diào)節(jié)劑作為保健品。砂糖精制時用做脫色劑。也可添加到小麥粉、巧克力奶粉、糖粉等食品中充當抗酸劑和抗結塊劑。
5.醫(yī)用級氧化鎂。 應用領域:應用在醫(yī)藥行業(yè)一是作為制作鎂類藥物的主要原料，直接用在中和胃酸類的藥物制造上；二是作為鎂化合物的輔助原料而用在醫(yī)藥行業(yè)領域內(nèi)?？捎米髅撱U、抗酸、脫硫、吸附、絡合助濾等藥劑當中、PH調(diào)節(jié)劑醫(yī)療上用作輕瀉劑和抗酸劑，治療十二指腸潰瘍病或者胃潰瘍，緩解胃酸分泌過多。中和胃酸緩慢不會產(chǎn)生二氧化碳和效果持久且作用強的特點。
6.高純鎂砂。 因具備優(yōu)良的抗腐蝕性、高溫抗折和抗渣性能，可使用在煉鋼爐爐襯上提升其使用壽命，是制造不定形耐火材料的優(yōu)質(zhì)原材料。還可作為燒結助劑和陶瓷原料及熱絕緣材料和熱電偶，在醫(yī)療器械、冶金、國防、化工、建材等領域有廣泛的應用。
7.硅鋼級氧化鎂。 應用領域:可用作制作取向硅鋼片，但前提滿足如下特殊的性能條件：第一，化學純度要高，純度要求超過98%；第二，為了便于涂布需在水中懸浮要有良好性能；第三，減少生成鎂的氧化物幾率其水化率要低，此項作為考查硅鋼氧化鎂的主要指標；第四，具備一定的活性；第五，氧化鎂的漿液要具備較強粘結性。這樣，在摩擦和強振動后氧化鎂在硅鋼片表面不會脫離鋼板。特種產(chǎn)品粒徑具備特定的范圍，具備較好的在水中的懸浮性能和水化率低的優(yōu)點，是生產(chǎn)取向硅鋼片時的退火高溫隔離劑。它在取向硅鋼片表層起作用時，可在硅鋼片表層形成優(yōu)良的絕緣涂層，使硅鋼片的絕緣性能得以提升，使硅鋼片的鐵損減少。另外，特種硅鋼級氧化鎂亦可用做化工材料，電子工業(yè)和密封陶瓷材料。在中國，華東師范大學率先研發(fā)硅鋼級氧化鎂，最終實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，武鋼長期應用在取向硅鋼片生產(chǎn)上，實現(xiàn)對日本進口產(chǎn)品的替代，其水化率以及氧化鎂含量等多項指標均優(yōu)于日本同類產(chǎn)品[20-21]。可在硅鋼片表面形成一層良好的導磁介質(zhì)和絕緣層，從而克服和抑制變壓器內(nèi)硅鋼鐵芯的集膚效應損失(簡稱鐵損)和渦流，提升其絕緣的性能，可作為高溫退火隔離劑。
8.電工級氧化鎂。 應用領域:于20世紀60年代開始在中國生產(chǎn)應用，隨著增加電熱器等產(chǎn)品的出口，使得絕緣材料（氧化鎂）的需求量呈逐步上升。目前，國內(nèi)利用電工級氧化鎂在表層填加有機硅聚合物進行處理，大幅度提升了其耐水化性能，與發(fā)達國家在防潮性能上也可匹敵。通過添加稀土金屬氧化物、鋁和硼的氧化物、氧化鐵、層狀硅酸鹽類等添加劑，然后經(jīng)過熱處理工序，從而使耐高溫方面性能增強，最終獲得質(zhì)量較高的電熱用氧化電熔鎂砂，使其電學性能得以提高。
9.活性氧化鎂。 活性氧化鎂依活性可分為低、中、高三檔?；钚匝趸V主要是橡膠的活化與促進劑，或者添加于紙張、油漆、塑料和粘結劑當中；醫(yī)藥上可用作緩瀉劑和抗酸劑，用于治療十二指腸潰瘍病或者胃酸分泌過多；也可應用于氧化鎂水泥、高級保溫材料、陶瓷及玻璃等的加工原料。
10.高級電磁級氧化鎂。 應用領域:用在無線高頻導磁順磁材料、調(diào)頻元件、磁棒天線的磁芯等。替代鐵氧體。也可用在制作復合超導磁材料上，也可應用在電子磁性行業(yè)。也是理想的工業(yè)陶瓷和搪瓷原料。
11.納米氧化鎂。 作為一種較為新型且功能精細化材料，是伴隨納米材料技術的更新發(fā)展而產(chǎn)生的，具備區(qū)別于本體材料的物理和力學等特殊性能。納米氧化鎂因其具備較好的穩(wěn)定性和較大的表面積，可用作低碳醇和負載型甲醇合成時催化劑的載體，能優(yōu)化催化劑的自身性能。其合成的復合材料具備優(yōu)良的微波吸收系數(shù)，可作為醫(yī)藥品擦光劑或香粉、紙張、油漆等材料的填充劑。采用粉體超細氧化鎂，無需加入燒結助劑便可做到低溫燒結，制成細晶陶瓷致密度高，具備研發(fā)為高腐蝕、高溫等特殊條件下應用的先進尖端材料的發(fā)展前景。粉體超細氧化鎂亦可以作為生產(chǎn)質(zhì)量較高納米相陶瓷和各多種電子產(chǎn)品的輔助原材料。
12.高純氧化鎂。 應用領域:高溫條件下其具備優(yōu)良的電絕緣性和耐堿性。高純氧化鎂導熱率和具有優(yōu)良的光透過性，熱膨脹系數(shù)高。廣泛應用作耐熱高溫材料。在陶瓷領域內(nèi)可用于基板、透光性陶瓷坩堝等的原料。在電氣領域、電氣材料用在絕緣材料和磁性裝置填料以及各種載體。在用作陶瓷基板時比氧化鋁導熱率高多達2倍以上，而電解質(zhì)的損失量同等條件下僅為氧化鋁的1/10。純度超過98%的產(chǎn)品才能稱為高純氧化鎂，中國工業(yè)級氧化鎂要求的純度較低，但不會低于95%。因其應用領域廣，純度高，在通訊、電力、橡膠、電子、冶金等行業(yè)都有應用。所以，高純氧化鎂實現(xiàn)量產(chǎn)可為航天、電子、高級陶瓷及國防等高精產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強有力的推動力。與其他國家相比，中國高純氧化鎂的生產(chǎn)與開發(fā)具有低O、Cl、B、CaO的優(yōu)勢，這對處于世界領先地位提供保證，使其在世界上鎂鹽工業(yè)生產(chǎn)上占有一定地位，為中國研究和生產(chǎn)高純氧化鎂提供堅實的基礎。
【主要參考資料】
[1]崔鑫,鄧敏.氧化鎂制備方法、活性與水化測定方法綜述[J].硅酸鹽通報,2008(01):136-141.
[2]鄧立佳. 利用海城菱鎂礦制備高純氧化鎂研究[D].遼寧科技大學,2016.
[3]李茹. 氧化鎂粉體的制備與改性及其絕緣性能[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學,2013.