活性氧化鎂的制備及應用開發研究

蘇 明 陽

（河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000）

活性氧化鎂的制備及應用開發研究

蘇 明 陽

（河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000）

活性氧化鎂作為一種新型的功能精細無機材料，應用越來越廣泛。介紹了目前活性氧化鎂的應用領域，分析了活性氧化鎂制備方法的優缺點，確定了利用西北鹵水資源制備活性氧化鎂的合理工藝。

活性氧化鎂；制備；應用

活性氧化鎂是一種新型的功能精細無機材料，其活性主要是指在特定實驗條件下參與化學或物化反應的能力。在化學組成、物理形態等方面，活性氧化鎂與普通氧化鎂沒有太大的差別，但要求微觀形態為平均粒徑小于 2μm的近球形顆粒或片狀晶體[1]。由于超微粒子的粒徑較小，而往往在磁、光、電、聲、熱及敏感度等方面表現出常規材料所不具備的特殊性質，因此作為一種新型材料而被廣泛應用[2,3]。

1 活性氧化鎂的應用

隨著國民經濟及科學技術的發展，活性氧化鎂作為鎂系產品的主要品種之一，因其性能好，應用越來越廣泛，用量也與日俱增[4]。

1.1 在橡膠膠黏劑中的應用

橡膠膠黏劑是以橡膠或彈性體為主體材料，添加一些配合劑制成的，活性氧化鎂可作為配合劑中的助劑使用。由于活性氧化鎂大比表面積、高活性等特點，可提高膠黏劑的初黏力、粘合強度，改善其透明性，并且最大程度防止膠黏劑的分層沉淀。

氯丁橡膠膠黏劑是橡膠膠黏劑中產能最大，用量較多的一個重要品種，其特點是耐水、耐油、耐酸、耐堿和耐溶劑性能較好，可黏合多種金屬、非金屬材料。最常用的溶劑型氯丁橡膠膠黏劑包括冷黏型和熱硫化型。在熱硫化型膠黏劑交聯過程中，活性氧化鎂與氧化鋅協同對氯丁橡膠發生作用，可避免大量氯化鋅的生成，防止硫化膠有焦燒傾向。活性氧化鎂的另一作用是吸收酸，防止膠料過早硫化，此外還能有效吸收殘存的溶劑，加快膠黏劑的干燥速度，提高初始黏結強度。在應用于冷黏型氯丁膠黏劑時，活性氧化鎂可與樹脂螯合防止膠液分層，使膠液耐熱，干燥速度快。

氟橡膠膠黏劑由氟橡膠、配合劑和溶劑組成，活性氧化鎂在其中充當吸酸劑的角色，吸收膠液中的氟化氫，起到增加膠穩定性的作用。

1.2 合成氧化鎂晶須

以活性氧化鎂為原料，還可以制備得到氧化鎂晶須。晶須是指細小的纖維狀單晶體，其長徑比越大，結晶的缺陷越小，螺旋轉移就會發生扭曲，彈性界限就會降低，故具有很高的強度，很適合做各種復合材料的補強材料。

王在華等先采用活性氧化鎂和氯化鎂合成堿式氯化鎂晶須，進而通過焙燒得到氧化鎂晶須。

1.3 在飲用水中的應用

關于飲用水和地下水質量的國標中均規定，飲用水中氟化物適宜濃度為0.5～1.0 mg/L，若氟化物含量超過110 mg/L，則為高氟水，需要在飲用前進行降氟處理，否則長期飲用會導致氟斑牙和氟骨癥，嚴重的將影響中樞神經的正常活動。目前常用的除氟原理是利用沉淀劑沉淀去除或采用吸附劑吸附除去。活性氧化鎂因吸附性能好、處理成本低、處理周期較長、出水量大、再生成本低、除氟效果較好，而被廣泛選做除氟吸附劑。

1.4 其他應用

活性氧化鎂還可用作塑料、油漆和紙張的填料；醫藥上為作抗酸劑和緩瀉劑，用于胃酸過多和十二指腸潰瘍病；也可作為陶瓷、玻璃、高級保溫材料及氧化鎂水泥等原料。此外活性氧化鎂的比表面積大，還可廣泛用于制備高功能精細無機材料、電子元件、高級陶瓷材料、化妝品、油墨、有害氣體吸附劑、催化劑載體等領域。

2 制備方法

與其它粉體材料一樣，活性氧化鎂的制備方法很多，可細分為液相法、固相法、氣相法，碳酸化法，酸解法，微波輻射法等。其中直接沉淀-煅燒法因操作簡便，原料易得，生產成本低，產物的濃度較高，更易于實現工業化[5,6]。

我國西北多地都有已建成投產或正在建設的大型鉀肥生產基地，在生產過程中將副產大量的老鹵或鹵水（富含氯化鎂）。這些副產物色澤淺、氯化鎂含量高、幾乎不含其它雜質，是極其優質的鎂資源，特別適合制備氧化鎂等鎂系產品。因此，以鹵水為原料采用沉淀法制備活性氧化鎂的研究報道也較多。根據所用沉淀劑的不同，其方法主要有：

2.1 鹵水-碳銨法

反應方程式：

MgCl2+NH4HCO3→MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+NH4Cl MgCO3.Mg(OH)2.4H2O → 5MgO + 4CO2↑+ 5H2O

該方法是先將鹵水凈化，以碳酸氫銨為沉淀劑進行反應，生成的堿式碳酸鎂經洗滌、烘干、煅燒等工藝制得輕質氧化鎂，再將輕質氧化鎂放入到馬弗爐中煅燒得活性氧化鎂。這種方法所用碳酸氫銨價廉易得，但產生的氯化銨可能對環境造成污染，因此在工業上未能達到良好的應用。

2.2 鹵水-純堿法

反應方程式：

MgCl2+Na2CO3→ MgCO3.Mg(OH)2.4H2O+NaCl 4 MgCO3.Mg(OH)2.4H2O→5MgO + 4CO2↑+5H2O

該方法采用純堿作為沉淀劑，其原理與鹵水-碳銨法基本相似，只是純堿價格略高于碳酸氫銨，但相應用量也比后者較少，另外造成污染可能性也較小。

2.3 鹵水-氨法

反應方程式：

MgCl2+ 2NH3.H2O →Mg(OH)2+ 2NH4Cl

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法是將精制的鹵水與氨水反應，生成氫氧化鎂沉淀，經分離、水洗、干燥、煅燒（1 600～2 000 ℃）制取活性氧化鎂。

由于氨水的堿性弱及NH4+會使Mg(OH)2的溶解度加大，反應過程易于控制，氫氧化鎂的結晶性能大大優于石灰乳法和氫氧化鈉法。利用該方法，反應后的母液還可回收氨，氨可重復利用，有利于降低生產成本。但氨法收率偏低，并且由于氨水的強揮發性，造成環境惡劣，環保問題突出。氨重復利用過程中需使用石灰，產生的氯化鈣的排放對鉀礦會產生污染而影響鉀鹽的生產，因此這種方法也存在弊端。

2.4 鹵水-石灰法

反應方程式：

MgCl2+ Ca(OH)2→Mg(OH)2+ CaCl2

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法又稱石灰乳法，是一種傳統的制備方法。它是將精制的鹵水與石灰乳或白云灰乳反應，加入分散劑，生成氫氧化鎂沉淀，經過濾、洗滌、烘干及煅燒制取氧化鎂，再經氧化鎂壓球，放入高溫爐中進行重燒，溫度在1 600～2 000 ℃，最終制得活性氧化鎂。此方法還要求原料含鎂濃度低，同時原料中不能含有硫酸鹽(將形成石膏一同析出)。此外生產出的產品粒度小，聚附傾向大，難于沉降、過濾及洗滌，并且易吸附雜質。

2.5 鹵水-氫氧化鈉法

反應方程式：

MgCl2+ 2NaOH →Mg(OH)2+ NaCl

Mg(OH)2→ MgO + H2O

該方法是在加入分散劑的情況下，將鹵水與氫氧化鈉反應，生成氫氧化鎂沉淀，經過濾、洗滌、烘干、煅燒等工藝從而制取活性氧化鎂。

由于氫氧化鈉是強堿，如果條件控制不當會生成膠體沉淀，粒徑偏小，不僅給產品性能的控制和過濾帶來困難，而且易帶入較多的Na+和Cl-，因此該法對生產條件要求較為嚴格。同時該工藝的原料成本高，副產物處理設備投資大，每生產1 t氫氧化鎂產品，將副產近2 t的氯化鈉。因此該方法也存在這弊端。

西北地區離內地較遠，若在鉀肥生產基地附近就近生產活性氧化鎂，原料運輸距離遙遠。若采用氨水為沉淀劑，氨水運輸更為不便且易污染環境，故可選用氫氧化鈉為沉淀劑，通過加入分散劑，通過控制反應過程的滴加速度、反應溫度、攪拌速度等，防止反應過程中的團聚現象，生成納米片狀氫氧化鎂，然后再煅燒生產活性氧化鎂[7]。

3 結 語

目前，活性氧化鎂主要作為氯丁橡膠及氟橡膠的促進劑與活化劑，膠粘劑、塑料、油漆和紙張的填料，醫藥上的抗酸劑和緩瀉劑，也可作為陶瓷、玻璃、高級保溫材料及水泥等的原料。隨著膠粘劑和密封材料的發展，活性氧化鎂的市場需求日益增大。權威方面估計，目前的市場需求在10萬t以上。

我國西北地區鉀肥基地副產的鹵水色澤淺、氯化鎂含量高、幾乎不含鈣、鐵、錳、鋁等雜質，是極其優質的鎂資源，特別適合制備高質量的氫氧化鎂和氧化鎂產品。下一階段計劃利用鹵水對生產活性氧化鎂的工藝進行研究，制備出具有高活性的氧化鎂，以利于大大提高羅布泊鉀鹽礦的資源利用率，更好地將資源優勢轉化為經濟優勢。

［1］胡慶福,宋麗英,劉寶樹.中國工業鎂化合物生產現狀與展望[ J] .無機鹽工業, 2009, 41( 4) : 8－10, 34.

［2］Kiev Ukraine. Synth esis of nanosized ZnO/ M gO solid and its catalytic activity for CO oxidation [ J ] . Cuihua Xuebao,2008, 29( 11) : 1079－1083.

［3］Lee Ji Yun, Jang Hyun Tae. Synthesis of mesoporous magnesium oxide: its application to CO2 chemisorption[ J ] . International Journal of Greenhouse Gas Control, 2010, 4( 1) : 51－56.

［4］胡慶福. 鎂化合物的生產及應用[ M ] . 1 版. 北京: 化學工業出版社, 200: 21.

［5］Yan Li, Zhuang Jing, Sun Xiaoming, et al. Formation of rodlike Mg( OH )2nanocrystallites under hydrothermal conditions and the conversion to MgO nanorods by thermal dehydration[ J] . Materials Chemistry and Physics, 2002, 76( 2) : 119－122.

［6］王增輝, 王寶和. 前驅物分解法制備氧化鎂納米粉體的研究進展[ J] . 中國粉體技術, 2008, 14( 5) : 58－61.

［7］唐林生, 蘇明陽, 于凱, 等. 雙滴加法制備納米氫氧化鎂[ J ] .青島科技大學學報: 自然科學版, 2010( 3) : 238－241.

Study on Preparation and Application of High Active Magnesium Oxide

SU Ming-yang
（Henan Polytechnic Institute , Henan Nanyang 473000, China）

As a new type of inorganic material, high active magnesium oxide nanoparticles can be used in a variety of chemical production. In this paper, application status of high active magnesium oxide was reviewed. Advantages and disadvantages of the preparation method were analyzed. The technological route to produce high active magnesium oxide was also discussed

High active magnesium oxide; Preparation; Application

TQ 050.4+21

A

1671-0460（2015）08-2000-02

2015-06-24

蘇明陽（1984-），男，河南南陽人，助教，碩士，2010年畢業于青島科技大學化學工藝專業，研究方向：精細化學品和精細化工技術。E-mail：sumingyang@foxmail.com。