以鎂鹽為原料生產(chǎn)氧化鎂及氯鎂氧水泥的研究

張心祿 麻炳輝 （天津長蘆海晶集團有限公司 天津300450）

以鎂鹽為原料生產(chǎn)氧化鎂及氯鎂氧水泥的研究

張心祿 麻炳輝 （天津長蘆海晶集團有限公司 天津300450）

簡要介紹了鎂鹽的種類、資源分布及產(chǎn)品應用，列舉了常見的氧化鎂生產(chǎn)工藝，對氯鎂氧水泥的相穩(wěn)定性及改性應用方面的研究進行了介紹，指出氯鎂氧水泥作為一種新型混凝土材料在建筑節(jié)能方面將存在廣闊的應用空間。

氧化鎂 沉鎂煅燒 氯鎂氧水泥 相穩(wěn)定性

0 引言

鎂鹽是指含鎂化合物，一般包括氯化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂等，常見形態(tài)為液體礦（海水、鹽湖鹵水）、固體礦（菱鎂礦、白云石）等，鎂鹽產(chǎn)品在工業(yè)中多作為初級原料，在陶瓷行業(yè)主要用做地板磚的加工業(yè)；在化工行業(yè)主要用于生產(chǎn)氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、氧化鎂等；在建筑行業(yè)主要用于生產(chǎn)防火板等；在冶金行業(yè)主要用于冶煉金屬鎂；將氯化鎂與氧化鎂混合可成為堅硬耐磨的鎂質(zhì)水泥。另外，硫酸鎂在農(nóng)用肥料方面有巨大的潛在市場。我國鎂鹽資源豐富，具體分布如下：①液體礦。據(jù)估算，全世界海水中鎂的含量可達2 Pt。我國甘肅高臺縣已探明鹽湖礦床總儲量達2.9 Mt，山西運城鹽湖氯化鎂含量為6.5 Gt，柴達木盆地鎂鹽儲量高達4.81 Gt（硫酸鎂1.67 Gt，氯化鎂3.14 Gt），其中僅察爾汗鹽湖氯化鎂儲量就超過2.7 Gt。②固體礦。我國菱鎂礦儲量為5.0 Gt，占世界總儲量的85%以上，可開采儲量約為1.022 Gt；蛇紋石儲量超過5 Gt；水鎂石總儲量達10 Mt。

1 氧化鎂生產(chǎn)工藝

氧化鎂（MgO）是以鎂鹽為原料生產(chǎn)制備的，通常制備工藝為沉鎂煅燒法和碳化煅燒法，常見沉鎂生產(chǎn)工藝有石灰法、氨法、碳氨法、純堿法，此外還包括水氯鎂石直接裂解法、煅燒菱鎂礦法、酸解法和碳化法等。以下簡要列出幾種常見的氧化鎂生產(chǎn)工藝。

1.1 石灰法

將氯化鎂溶液與煅燒石灰石（或白云石）灰乳反應生成氫氧化鎂沉淀，煅燒得氧化鎂，工藝流程如圖1所示。

圖1 石灰法制備氧化鎂流程圖

1.2 氨法

將水氯鎂石（或老鹵）與液氨（或氨水）加入晶種沉鎂，沉淀經(jīng)洗滌、烘干、煅燒得到氧化鎂產(chǎn)品，工藝流程如圖2所示。

此法沉鎂效率可達80%～85%，氨轉(zhuǎn)化率可達80%，產(chǎn)品中氧化鎂質(zhì)量分數(shù)在99%以上，副產(chǎn)的NH4Cl可作為化肥化工原料，且無工業(yè)三廢，基本無環(huán)境污染。如在沉鎂過程中添加特殊晶種核心，可生產(chǎn)超細氧化鎂、磁性氧化鎂及空氣氧化鎂。

圖2 氨法制備氧化鎂流程圖

1.3 水氯鎂石直接熱解法

含水氯化鎂在空氣（或熱氣流）中加熱，隨著溫度升高能逐步失去結(jié)晶水。反應方程式如下：

MgCl·26H2O→MgO+2HCl+5H2O

該法工藝流程較簡單，不需消耗任何輔助原料，使生產(chǎn)成本降低，更易實現(xiàn)鎂的高值化和產(chǎn)業(yè)化。噴霧法就是直接熱解方法的一種，其過程為將鹵水直接噴入熱分解反應爐中進行熱分解，煅燒后得粗氧化鎂，多次水洗除去未完全分解的可溶性氯化物，粗氧化鎂完全水化生成Mg（OH）2，煅燒至輕質(zhì)氧化鎂，再重燒得到高純鎂砂，純度可達99%以上。工藝流程如圖3所示。

用此法生產(chǎn)氧化鎂具有工業(yè)規(guī)模的廠家是以色列Mishor Rotem的死海方鎂石公司。此工藝的熱解時間短，生產(chǎn)成本較低，但回收率比較低，氯化氫尾氣腐蝕性強，對設備的要求很高，而且對氯化氫尾氣的吸收和濃縮有很大難度。

圖3 噴霧法直接熱解制備氧化鎂流程圖

2 氯鎂氧水泥生產(chǎn)及應用

氯氧鎂水泥是由苛性氧化鎂和氯化鎂溶液調(diào)制而成的一種氣硬性膠凝材料，這種水泥具有凝結(jié)硬化快、強度高、防火、耐磨、裝飾效果好等優(yōu)點，但同時它還存在不耐水、返鹵、翹曲變形及腐蝕鋼筋等不足之處，氯鎂氧水泥在應用推廣中的一個難題是提高其穩(wěn)定性、滿足水泥性能要求等。

在MgO-MgCl2-H2O系統(tǒng)中，100℃以下的穩(wěn)定存在相是“5.1.8”和“3.1.8”。這兩種水化相的形成受體系中MgO/MgCl2摩爾比的控制。當MgO/MgCl2摩爾比＜4時，優(yōu)先生產(chǎn)“3.1.8”，MgO/MgCl2摩爾比=4～6時，主要水化相為“5.1.8”。MgO/MgCl2摩爾比＞6 時，主要水化相為“5.1.8”和 Mg（OH）2。

科學研究表明，在MgO-MgCl2-H2O體系中,水化物所處溶液pH值和Mg2+濃度對水化物相穩(wěn)定有較大影響：pH升高水化物的溶解度減小，相穩(wěn)定性提高；pH過高（＞10.37）時，Mg（OH）2易于生成；隨著 MgO/MgCl2摩爾比增大，水泥石中MgO含量增多，導致整個體系的堿度提高，水化物溶解度降低、水化物相穩(wěn)定。當水泥石中存在過量的MgO時（MgO/MgCl2＞6），會遇水生成 Mg（OH）2，從而產(chǎn)生體積膨脹和開裂；當MgO/MgCl2摩爾比為6時，水化物中以5相為主，且有適量的未反應MgO，水泥漿體保持良好的堿度有利于降低相溶解度，這時水化物相最為穩(wěn)定。

經(jīng)過國內(nèi)外學術(shù)界的長期研究，通過摻加復合抗水添加劑可解決氯鎂氧水泥的長期抗水性問題，通過鋼筋表明涂覆防腐涂料可解決鋼筋腐蝕問題，通過控制產(chǎn)品配合比和氯化鎂雜質(zhì)含量可大大減輕返鹵吸潮的可能性，通過摻加礦物填料等技術(shù)手段可使變形降低80%。因而氯鎂氧水泥制品在建筑材料領(lǐng)域得到了廣泛的應用，為我國的節(jié)能、節(jié)資和減排工作做出了重要貢獻。

3 結(jié)論

隨著我國城鎮(zhèn)化和基礎(chǔ)設施建設的不斷發(fā)展，作為基礎(chǔ)建筑材料之一的水泥的需求量猛增。2010年我國水泥產(chǎn)銷量達到18.68億t，據(jù)估計，“十二五”期間，我國水泥產(chǎn)量將達到22億t，占世界總量的一半以上，水泥產(chǎn)業(yè)必將不斷壯大起來。此外，由于全球能源緊缺，我國的快速發(fā)展過程中必將遭遇能源危機的困擾，因此國家已前瞻性的將節(jié)能減排作為一項基本國策，而據(jù)專家估計，建筑能耗占全國能耗的30%。建筑節(jié)能已經(jīng)到了迫在眉睫的時刻，未來新型建筑節(jié)能材料必將引起社會各個階層的廣泛關(guān)注。作為一種新型的建筑節(jié)能材料，氯鎂氧水泥的應用必將越來越廣泛，其需求的增加也將帶動氧化鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進而提高我國鎂鹽產(chǎn)品的利用效率，鎂鹽的深加工產(chǎn)品也將越來越多，對我國鎂鹽行業(yè)整體水平的提升具有重要意義。■

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2011-07-08