高活性氧化鎂潮解及其活性遞變規律研究

徐愷，趙華，楊翠杰，劉潤靜，胡永琪

（河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊050018）

高活性氧化鎂潮解及其活性遞變規律研究

徐愷，趙華，楊翠杰，劉潤靜，胡永琪

（河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊050018）

通過流化床反應器在常溫常壓條件下對高活性氧化鎂進行吸潮性實驗研究，考察流化時間對氧化鎂潮解程度的影響。利用透射電鏡對產物進行微觀觀察，檸檬酸法對產物進行活性檢測，比表面積測定儀對產物進行表征。結果表明，隨流化時間延長，氧化鎂潮解程度加大，氫氧化鎂含量增加，產物形貌呈六方片狀且致密緊湊，產物活性與比表面積逐漸降低。

氧化鎂；潮解；活性；比表面積

氧化鎂是一種用途極廣的化工原料，在國民經濟中占有十分重要的地位。由于氧化鎂在儲存中易受潮，如果儲存不當，其活性含量會降低，影響生產應用。氧化鎂“活性”的概念于20世紀50—60年代由美國和日本首先提出，氧化鎂的活性是指其參與化學或者物理過程的能力或促進化學或物理化學反

應的能力［1-2］。有資料［3］顯示活性氧化鎂是一種非等軸晶系方鎂石，晶格上存在點狀缺陷和位錯，形成α-MgO，該活性氧化鎂具有較高的表面能。D.K. Thomas等［4］實驗結果證明活性氧化鎂粒子是由很小的微晶集合體組成。李維翰等［5］認為輕燒氧化鎂的活性與氧化鎂的表面吸附態有密切關系，晶格畸變、結構疏松和缺陷較多的氧化鎂表面吸附了一定數量不同極性的基團，這種基團是一種不飽和鍵，容易進行物理化學反應，也許正是這些吸附在氧化鎂表面上的吸附基因是形成母鹽假象的基本原因之一。

氧化鎂活性可用檸檬酸值、吸碘值、水化法等檢測，因固態物質活性與其表面積成正比，也可利用其表面積大小來判斷其活性大小。常見活性標準如下:吸碘值（吸附性能指標）檢測，高活性氧化鎂又稱超輕質氧化鎂，吸碘值為120～180 mg/g［6-7］，吸碘值越大，活性越大，就越輕質；檸檬酸值（化學性能指標）檢測，變色時間越快，化學活性越大，高活性氧化鎂檸檬酸值變色時間≤30 s［8］；比表面積（吸附性能指標）檢測，是近年來新興的一種檢測方法，可根據物理吸附原理，參考吸碘值測定方法，目前尚無具體標準，該方法有較大的發展前景。

氧化鎂呈強堿性，雖難溶于水，但易吸水受潮，導致活性降低，影響使用。筆者基于此特點，使用流化床反應器，在一定濕度的空氣流量下，對產物進行潮解率、外貌形態、活性等探究，并利用檸檬酸法和比表面積法探究高活性氧化鎂潮解及其活性遞變規律。

1　實驗部分

1.1實驗原料與儀器

原料:高活性氧化鎂（吸碘值為150 mg/g）；檸檬酸（AR）；酚酞（AR）；無水乙醇（AR）。

儀器:流化床反應器；SX-5-12箱式電阻爐；TA SDT-Q600同步熱分析儀；TriStar II全自動比表面積及孔隙度分析儀；JEM-2000透射電鏡；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器。

1.2實驗方法

以吸碘值為150 mg/g的高活性氧化鎂為原料，使用流化床反應器在常溫、常壓、濕度為45%RH、氣速為30 m3/h下進行反應，通過控制反應時間，研究高活性氧化鎂相同條件不同時間下潮解產物氫氧化鎂的含量、微觀結構的變化、產物檸檬酸值和比表面積的遞變規律等。

2　結果與討論

2.1轉化率分析

取高活性氧化鎂樣品，相同濕度、氣速條件下在流化床反應器中反應120 min，每隔15 min取樣分析。

將反應120 min后的產物進行熱重分析，結果見圖1。

圖1　潮解120 min后產物熱重分析

由圖1可知，當溫度為150℃時，產品失重為3.094%，通過分析和查閱文獻可知，在此溫度之前灼燒失重，失去的部分是自由水［9］；當溫度在150～450℃時有明顯的失重效果，此范圍內灼燒失重部分應為氫氧化鎂受熱分解生成氧化鎂和水，水受熱蒸發，根據150～450℃灼燒失重8.671%可以計算出，在120 min內氧化鎂潮解產物中氫氧化鎂的質量分數為27.94%；在450～800℃仍存在失重，在此溫度范圍內的失重應該是部分氧化鎂與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鎂導致的。

將0～120 min潮解產物分別在馬弗爐內500℃下進行煅燒，恒溫煅燒3 h，記錄失重及煅燒后剩余氧化鎂的質量即可計算出氧化鎂潮解產物氫氧化鎂的潮解率。經計算，潮解120 min后氫氧化鎂質量分數為27.9%，與熱重分析結果基本一致，此方法可行。

圖2為在流化床內反應15～120 min，潮解產物中氫氧化鎂質量分數（潮解率）隨時間的變化。如圖2所示，隨著反應的進行潮解率逐漸上升，但隨著時間的推移潮解率的上升趨勢變得更加趨于平緩，這可能因為反應過程中水蒸氣與氧化鎂反應生成的氫氧化鎂逐步附著在氧化鎂顆粒的表面從而阻止水蒸氣與內部的氧化鎂進一步反應。

圖2　不同反應時間潮解產物氫氧化鎂的質量分數

2.2形貌分析

將高活性氧化鎂原料與流化床處理120 min后產物進行透射電鏡分析，結果如圖3、圖4所示。潮解前，氧化鎂顆粒是由氧化鎂微晶集合組成，微晶堆積體構成許多孔道從而造成了很大的比表面積，經過吸潮后的產物，氧化鎂微晶消失，逐步轉化為具有六邊片狀結構的氫氧化鎂，顆粒變大而致密，與高活性氧化鎂原料疏松程度有明顯不同。

圖3　高活性氧化鎂原料圖4潮解120 min后產物

2.3活性分析

將高活性氧化鎂在流化床反應器中反應一定時間后取出產物，按照黑色冶金行業標準中輕燒氧化鎂化學活性測定方法（YB/T 4019—2006）進行檸檬酸活性測定。檸檬酸檢測氧化鎂活性的原理［10］是氧化鎂中的活性氧化鎂與水反應生成氫氧化鎂，氫氧化鎂與檸檬酸發生酸堿中和反應，當檸檬酸消耗完全時，產生的強堿弱酸鹽使得溶液成為弱堿性，從而使得指示劑酚酞變色。

高活性氧化鎂的活性變化見表1。如表1所示，隨著反應時間增加，潮解產物的活性逐漸減小，變色時間從20 s提高到了30 s，筆者認為外部的活性氧化鎂通過流化床吸收空氣中的水分潮解生成氫氧化鎂，在這個過程中小顆粒氧化鎂潮解，轉化為大顆粒的氫氧化鎂，同時生成的氫氧化鎂堵塞微孔道，阻止檸檬酸向氧化鎂顆粒內部擴散，降低了氧化鎂與檸檬酸的反應速率，從而使變色時間增加。

表1　高活性氧化鎂活性變化

2.4比表面積分析

氣體吸附法測量比表面積是近年來最常用的方法，用氣體吸附法測定催化劑、分子篩、活性炭的比表面積研究較多［11］，但測定金屬氧化物特別是氧化鎂比表面積的研究較少。

氣體吸附法測定比表面積利用的是多層吸附原理［12］。物質表面（顆粒外部和內部通孔的表面）在低溫下發生物理吸附，假定固體表面均勻，所有毛細管具有相同的直徑；同時吸附質分子間無相互作用力；且可以有多分子層吸附且氣體在吸附劑的微孔和毛細管里會進行冷凝。因此吸附法測得的表面積實質上是吸附質分子所能達到的材料外表面和內部通孔內表面之和。

比表面積分析采用TriStar II全自動比表面積及孔隙度分析儀，在液氮溫度（-195℃）下，相對壓力為0.01～1的范圍內進行分析。

高活性氧化鎂比表面積見表2。如表2所示，隨著反應的進行產物比表面積的變化趨勢是逐漸減小的，比表面積由118 m2/g到反應120 min后降低至71 m2/g，降低了40%。筆者認為，這可能是由于小顆粒氧化鎂潮解后，轉化為大顆粒的氫氧化鎂，使比表面積降低，這與電鏡照片表征結果一致。

表2　高活性氧化鎂比表面積

3　結論

通過流化床反應器在常溫常壓條件下對高活性氧化鎂進行潮解研究，結果表明:1）隨著反應的進行，高活性氧化鎂的潮解率逐漸上升，120 min時氫氧化鎂的質量分數為27.94%，但后期上升趨于平緩，可能是由于反應過程中生成的氫氧化鎂包覆在高活性氧化鎂顆粒的表面從而阻止水蒸氣與氧化鎂進一步反應。2）隨反應時間的延長，產物中氫氧化鎂含量逐漸增大，導致氫氧化鎂堵塞氧化鎂微晶堆積體孔道，阻止檸檬酸向氧化鎂內部擴散，產物活性逐漸減小。3）產物比表面積逐漸減小，可能是小顆粒氧化鎂潮解后，轉化為大顆粒的氫氧化鎂，從而使比表面積降低。

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［12］GB/T19587—2004氣體吸附BET法測定固態物質比表面積［S］.

聯系方式：358876624@qq.com

Study on high activity magnesium oxide deliquescence and its active change law

Xu Kai，Zhao Hua，Yang Cuijie，Liu Runjing，Hu Yongqi
（College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China）

The deliquescence of high activity MgO was studied by fluidized bed reactor at normal temperature and pressure conditions.The effect of different fluidization time on the degree of MgO deliquescence was also investigated.Microscopic observation of the product was carried out by means of transmission electron microscope，the activity of the product was detected by citric acid method and the product was characterized by specific surface area meter.Results showed that with the extension of fluidization time，Mg（OH）2content increased，magnesium oxide deliquescence degree increased，the product micromorphology had also changed a lot，the surface structure become hexagonal-shaped and more compact and dense，and the product activity and specific surface area were both gradually reduced.

magnesia；deliquescence；activity；specific surface area

TQ132.2

A

1006-4990（2016）10-0044-03

2016-04-25

徐愷（1988—），男，碩士，研究方向為納米粉體制備，已發表過1篇論文。