以镁盐为原料生产氧化镁及氯镁氧水泥的研究

张心禄 麻炳辉 （天津长芦海晶集团有限公司 天津300450）

以镁盐为原料生产氧化镁及氯镁氧水泥的研究

张心禄 麻炳辉 （天津长芦海晶集团有限公司 天津300450）

简要介绍了镁盐的种类、资源分布及产品应用，列举了常见的氧化镁生产工艺，对氯镁氧水泥的相稳定性及改性应用方面的研究进行了介绍，指出氯镁氧水泥作为一种新型混凝土材料在建筑节能方面将存在广阔的应用空间。

氧化镁 沉镁煅烧 氯镁氧水泥 相稳定性

0 引言

镁盐是指含镁化合物，一般包括氯化镁、硫酸镁、碳酸镁等，常见形态为液体矿（海水、盐湖卤水）、固体矿（菱镁矿、白云石）等，镁盐产品在工业中多作为初级原料，在陶瓷行业主要用做地板砖的加工业；在化工行业主要用于生产氢氧化镁、碱式碳酸镁、氧化镁等；在建筑行业主要用于生产防火板等；在冶金行业主要用于冶炼金属镁；将氯化镁与氧化镁混合可成为坚硬耐磨的镁质水泥。另外，硫酸镁在农用肥料方面有巨大的潜在市场。我国镁盐资源丰富，具体分布如下：①液体矿。据估算，全世界海水中镁的含量可达2 Pt。我国甘肃高台县已探明盐湖矿床总储量达2.9 Mt，山西运城盐湖氯化镁含量为6.5 Gt，柴达木盆地镁盐储量高达4.81 Gt（硫酸镁1.67 Gt，氯化镁3.14 Gt），其中仅察尔汗盐湖氯化镁储量就超过2.7 Gt。②固体矿。我国菱镁矿储量为5.0 Gt，占世界总储量的85%以上，可开采储量约为1.022 Gt；蛇纹石储量超过5 Gt；水镁石总储量达10 Mt。

1 氧化镁生产工艺

氧化镁（MgO）是以镁盐为原料生产制备的，通常制备工艺为沉镁煅烧法和碳化煅烧法，常见沉镁生产工艺有石灰法、氨法、碳氨法、纯碱法，此外还包括水氯镁石直接裂解法、煅烧菱镁矿法、酸解法和碳化法等。以下简要列出几种常见的氧化镁生产工艺。

1.1 石灰法

将氯化镁溶液与煅烧石灰石（或白云石）灰乳反应生成氢氧化镁沉淀，煅烧得氧化镁，工艺流程如图1所示。

图1 石灰法制备氧化镁流程图

1.2 氨法

将水氯镁石（或老卤）与液氨（或氨水）加入晶种沉镁，沉淀经洗涤、烘干、煅烧得到氧化镁产品，工艺流程如图2所示。

此法沉镁效率可达80%～85%，氨转化率可达80%，产品中氧化镁质量分数在99%以上，副产的NH4Cl可作为化肥化工原料，且无工业三废，基本无环境污染。如在沉镁过程中添加特殊晶种核心，可生产超细氧化镁、磁性氧化镁及空气氧化镁。

图2 氨法制备氧化镁流程图

1.3 水氯镁石直接热解法

含水氯化镁在空气（或热气流）中加热，随着温度升高能逐步失去结晶水。反应方程式如下：

MgCl·26H2O→MgO+2HCl+5H2O

该法工艺流程较简单，不需消耗任何辅助原料，使生产成本降低，更易实现镁的高值化和产业化。喷雾法就是直接热解方法的一种，其过程为将卤水直接喷入热分解反应炉中进行热分解，煅烧后得粗氧化镁，多次水洗除去未完全分解的可溶性氯化物，粗氧化镁完全水化生成Mg（OH）2，煅烧至轻质氧化镁，再重烧得到高纯镁砂，纯度可达99%以上。工艺流程如图3所示。

用此法生产氧化镁具有工业规模的厂家是以色列Mishor Rotem的死海方镁石公司。此工艺的热解时间短，生产成本较低，但回收率比较低，氯化氢尾气腐蚀性强，对设备的要求很高，而且对氯化氢尾气的吸收和浓缩有很大难度。

图3 喷雾法直接热解制备氧化镁流程图

2 氯镁氧水泥生产及应用

氯氧镁水泥是由苛性氧化镁和氯化镁溶液调制而成的一种气硬性胶凝材料，这种水泥具有凝结硬化快、强度高、防火、耐磨、装饰效果好等优点，但同时它还存在不耐水、返卤、翘曲变形及腐蚀钢筋等不足之处，氯镁氧水泥在应用推广中的一个难题是提高其稳定性、满足水泥性能要求等。

在MgO-MgCl2-H2O系统中，100℃以下的稳定存在相是“5.1.8”和“3.1.8”。这两种水化相的形成受体系中MgO/MgCl2摩尔比的控制。当MgO/MgCl2摩尔比＜4时，优先生产“3.1.8”，MgO/MgCl2摩尔比=4～6时，主要水化相为“5.1.8”。MgO/MgCl2摩尔比＞6 时，主要水化相为“5.1.8”和 Mg（OH）2。

科学研究表明，在MgO-MgCl2-H2O体系中,水化物所处溶液pH值和Mg2+浓度对水化物相稳定有较大影响：pH升高水化物的溶解度减小，相稳定性提高；pH过高（＞10.37）时，Mg（OH）2易于生成；随着 MgO/MgCl2摩尔比增大，水泥石中MgO含量增多，导致整个体系的碱度提高，水化物溶解度降低、水化物相稳定。当水泥石中存在过量的MgO时（MgO/MgCl2＞6），会遇水生成 Mg（OH）2，从而产生体积膨胀和开裂；当MgO/MgCl2摩尔比为6时，水化物中以5相为主，且有适量的未反应MgO，水泥浆体保持良好的碱度有利于降低相溶解度，这时水化物相最为稳定。

经过国内外学术界的长期研究，通过掺加复合抗水添加剂可解决氯镁氧水泥的长期抗水性问题，通过钢筋表明涂覆防腐涂料可解决钢筋腐蚀问题，通过控制产品配合比和氯化镁杂质含量可大大减轻返卤吸潮的可能性，通过掺加矿物填料等技术手段可使变形降低80%。因而氯镁氧水泥制品在建筑材料领域得到了广泛的应用，为我国的节能、节资和减排工作做出了重要贡献。

3 结论

随着我国城镇化和基础设施建设的不断发展，作为基础建筑材料之一的水泥的需求量猛增。2010年我国水泥产销量达到18.68亿t，据估计，“十二五”期间，我国水泥产量将达到22亿t，占世界总量的一半以上，水泥产业必将不断壮大起来。此外，由于全球能源紧缺，我国的快速发展过程中必将遭遇能源危机的困扰，因此国家已前瞻性的将节能减排作为一项基本国策，而据专家估计，建筑能耗占全国能耗的30%。建筑节能已经到了迫在眉睫的时刻，未来新型建筑节能材料必将引起社会各个阶层的广泛关注。作为一种新型的建筑节能材料，氯镁氧水泥的应用必将越来越广泛，其需求的增加也将带动氧化镁产业的发展，进而提高我国镁盐产品的利用效率，镁盐的深加工产品也将越来越多，对我国镁盐行业整体水平的提升具有重要意义。■

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2011-07-08