采用绿色溶剂改良电工级氧化镁的生产工艺

王继奇，高斌，史生川，姚威，田旭，徐宝彤，高恩军

（1.辽宁嘉顺科技有限公司，辽宁 大石桥 115100；2.辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114051）

电工级氧化镁是由电熔结晶后的氧化镁打磨细加工经筛分出不同目数的颗体粉末，再经过进一步表面活化处理科学配比出来的氧化镁，使其具有良好的绝缘性和耐火性[1-12]。该产品主要应用于电热设备的耐火绝缘层，例如电热管中的填充料、电缆导线外包裹层等。根据不同的应用需求分为：普通氧化镁（N）、低温氧化镁（L）、中温氧化镁（M）、高温氧化镁（H）。其中高温氧化镁适用于中高、高功率或高温空烧类管状电加热元件中使用，制品可经过如1 050 ℃高温热处理等退火工艺，退火或排潮后需及时有效密封封口。中温氧化镁适用于中温空烧类管状电加热元器件中使用，制品不经如1 050 ℃等高温热处理，但需200～300 ℃排潮3～5 h 除湿，排潮后具备良好的绝缘防潮性能，简单封口即可。低温氧化镁适用于低温水烧类管状电加热元器件中使用，制品不可经如1 050 ℃等高温热处理，无需排潮，即可具备良好的防潮绝缘性能，简单封口即可。因此研究提升氧化镁产品的阻抗性是重中之重的。

常见的氧化镁覆膜制备方法有固相法、气相法和液相法[13-15]。固相法由其廉价且易得的原料、简单的工艺方法、生产产品纯度高等优点，被广泛的采用。固相混合法一般是采用原始开采的菱镁矿经打磨后的矿粉为原料，外加有机溶剂等在氧化镁原料表面形成一层覆膜，经过搅拌、干燥等操作工序制得。制得的氧化镁覆膜颗粒借助一些有机溶剂和一些附加物可以有效提升其阻抗系数和常规需要的化学检测性质。常用的氧化镁产品绝缘电阻要求如表1所示。

表1 各等级氧化镁的绝缘电阻要求

在进行覆膜实验工艺中，加入有机溶剂时通过不同的结合方式将溶剂吸附在氧化镁晶体表面[15-17]，引起不同程度的氧化镁晶体发生晶格畸变，进而使氧化镁的性质发生改变，其中阻抗指标是尤为重要的性质，但鲜有关于绿色溶剂在该领域的研究报道。因此，笔者对于利用无公害绿色有机溶剂改变氧化镁表面性质做了大量研究。本文选取环戊烷、环己烷、环庚烷为添加剂，改变原有工艺中的具有危害性的苯类污染性溶剂，系统考察不同绿色有机溶剂对氧化镁产品的阻抗系数、流动性及化学物质含量的影响。

1 实验部分

1.1 实验原理

原有工艺采用市场普遍油类物质A、致癌类苯类物质B 与助挥发类物质C，混合搅拌制备覆膜氧化镁，使阻抗绝缘系数及化学性质都存在大幅度的提升。本文采用环烷类取代致癌类苯类物质，环烷类物质绿色无毒且更为稳定，在密闭条件下发生粉爆情况极低，为绿色安全生产工艺。

1.2 实验原料与仪器

实验原料：菱镁矿粉原料，辽宁嘉顺科技有限公司；环戊烷，化学纯，上海阿达玛斯试剂有限公司；环己烷，化学纯，上海阿达玛斯试剂有限公司；环庚烷，化学纯，上海阿达玛斯试剂有限公司；普遍性油类物质，分析纯；助挥发类物质。

实验仪器：5 L 不锈钢反应釜，上海况胜实业发展有限公司；数显恒温磁力搅拌器，金坛市杰瑞电器有限公司；电热鼓风干燥箱，天津泰斯特仪器有限公司；ZC93 型绝缘电阻箱。

1.3 氧化镁覆膜制备

以菱镁矿打磨破碎后的粉体为原料，加入1 体积的普遍性油类物质作为稳定剂，加入0.5 体积的环戊烷、环己烷、环庚烷作为添加剂。将助挥发类物质在烘箱中150 ℃下干燥3 h，取出备用。先取200 g 氧化镁原矿粉加入到反应釜中，将环戊烷与普遍性油类物质以1∶2 的比例在搅拌器中充分混合，在搅拌30 min 后在通风橱中静置24 h，取搅拌后的溶剂混合物3 g，加入到反应釜中反应2 h；再将准备好的助挥发类物质4 g 加入反应釜中继续反应2 h得到最终产物。环己烷、环庚烷操作步骤同上。所得到的覆膜氧化镁颗粒在荧光倒置显微镜下成像如图1所示。其中，中间明亮部分为氧化镁单晶晶核，在外面包裹的一层为覆膜在氧化镁上面的混合溶剂，这验证了溶剂可以很好地包裹在氧化镁单晶颗粒上。

图1 荧光倒置显微镜下的覆膜氧化镁

2 结果与讨论

2.1 对覆膜氧化镁泄漏电流分析

电工级氧化镁泄漏电流越高，进而无法有效防止铁铝丝的铝析出，有机硅的高温碳化导致电工级氧化镁泄漏电流增加，不能达到使用要求。在高温环境下，氧化镁泄漏电流导致内部发黑会产生氧化镁烟，吸入氧化镁烟能导致金属烟雾病，吸入过多烟雾会导致胃酸过多，肾功能不全可能产生滞留性中毒，患高镁血症。所以在工作人员做好防护的情况下，也要尽可能的减少烟雾的挥发。

取3 组实验覆膜氧化镁分别进行泄漏电流的测试。取50 g 试验产品装入测试用电热管中，每组进行8 次循环试验。不同的环烷类绿色有机溶剂代替苯类物质得到的覆膜氧化镁泄漏电流效果如表2所示。其中可以看出环己烷在泄漏电流方面可以到达生产要求，有效防止漏电现象。

表2 三组实验的循环泄漏电流

2.2 绝缘电阻与耐压强度分析

在检测过程中要尽可能模仿工作环境，所以在工作温度下、室温下和潮态下分别测试绝缘耐压强度。采用ZC93 性绝缘电阻表进行实验，测试方法：打开电源，将电压调换值1 000 V，将绝缘接线柱（L）端搭在电热管引出棒上，另一端（E）搭在电热管表皮，观察指针变化值，稳定后，记录数据。3 组实验循环测量绝缘耐压电阻性质结果如表3所示。

表3 3 组实验循环测量绝缘耐压电阻性质

2.3 化学性质分析

在使用电工级氧化镁时，需要产品达到一定的测试值才能满足工作时需要，大部分的工业生产中所需要的氧化镁质量分数需要在96%以上，但是铁、硅质量分数过高将严重影响电热管的使用性能，不能达到绝缘要求。对于原方法与新工艺的氧化镁产品做化学性质的分析比较，结果如表4所示。由表4可知，环己烷替换的新工艺可以将产品的性能进一步提升，具有较强的实用性。

表4 各种试验产品的化学分析数据

3 结 论

通过优化无公害绿色环烷类有机溶剂，筛选出环己烷代替原有工艺中污染性严重的有害苯类溶剂，优势突出。一是采用绿色有机溶剂取代致癌类苯类物质，可以大大减小对人体的危害程度；二是泄漏电流测试中环己烷替换产品经过多次试验的测试值均小于0.410，可以达到正常使用要求；三是对于3 种试验产品进行绝缘阻抗测试，发现采用环己烷替代产品可以完美符合使用要求；四是在化学常规5 项的测试中，发现采用环己烷替换产品可以提升产品纯度。该先进工艺现已完成中试阶段性能评估，根据实际生产规模，拟进行产品试生产，产品具有广阔的应用前景。