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            高純鎂砂常見的4種生產工藝方法及原理

            發布日期: 2020-09-29 11:38:21    閱讀量(214)    作者:

            高純鎂砂是指含量在99%以上(國內往往把氧化鎂含量大于98%的鎂砂稱為高純鎂砂),體積密度大于3.4g/cm3的燒結氧化鎂。高純鎂砂的生產方法均以含鎂化合物為原料,有的先制成輕質氧化鎂,經過電熔凝或重燒(死燒)制得高純鎂砂,也有的采用氯化鎂噴霧熱分解煅燒法生產高純鎂砂。以下是常用的4種方法的工藝及原理:

            1、菱鎂礦生產高純鎂砂

            首先選取優質菱鎂礦,把菱鎂礦放入煅燒爐中進行煅燒,溫度控制在1000℃左右(煅燒爐可采用反射爐、沸騰爐或豎窯爐),生成輕燒氧化鎂粉(也稱為輕燒鎂砂),反應式如下:

            將輕燒氧化鎂粉進行細磨,細磨可釆用雷蒙機,球磨機或高速粉碎機等。細磨到一定粒度,進行壓球。控制輕燒粉細度是為了增加壓球的體密度;壓球采取高壓壓球機或對輥壓球機。

            將壓制成的輕燒鎂砂球放入高溫爐中進行高溫燒結,高溫鍛燒爐的爐溫控制在1600?2000℃左右。在高溫煅燒過程中,隨著溫度升高,氧化鎂體積逐漸收縮,密度增加,氧化鎂晶體發育長大,其組織結構越來越致密,鍛燒完成后氧化鎂的體積密度可達3.4g/cm3以上。

            目前國內采用此法生產高純鎂砂的質量還不夠理想,氧化鎂含量最高只能達到98%左右,要使氧化鎂含量達到99%以上比較困難。因天然菱鎂礦煅燒成的高純鎂砂中含有CaO,SiO2,Fe,B等雜質,很難把這些雜質從固相混合物中分離,因而要使高純鎂砂的純度進一步提高,存在著很多技術性問題,解決這些技術性因素將在生產中提高生產成本。

            2、鹵水生產高純鎂砂的生產方法

            用鹵水生產高純鎂砂,首先需要生產輕質氧化鎂。生產輕質氧化鎂的方法有鹵水碳銨法,鹵水純堿法,鹵水石灰法和鹵水氨法等。

            (1)鹵水碳銨法主要反應式:

            鹵水碳銨法是先將商水凈化,再以碳酸氫銨作沉淀劑(碳酸氫銨價廉易得,沉淀效率高)進行反應,反應溫度控制在35?50℃之間,生成堿式碳酸鎂沉淀,沉淀經洗滌、脫水、鍛燒(溫度控制在800?900℃左右)等步驟,制得輕質氧化鎂。將制得輕質氧化鎂進行粉碎,并把輕質氧化鎂壓制成球形入高溫煅燒爐重燒,爐內溫度控制在1600?2000℃,氧化鎂物料在爐內停留4?6h,得高純鎂砂。

            (2)鹵水-純堿法主要反應式:

            鹵水-純堿法是將凈化的鹵水與沉淀劑碳酸鈉進行反應,反應溫度控制在35?50℃,生成堿式碳酸鎂沉淀,然后對堿式碳酸鎂沉淀進行洗滌、脫水,將脫盡水的堿式碳酸鎂放入煅燒爐中進行鍛燒,煅燒溫度控制在900℃左右,得輕質氧化鎂。將輕質氧化鎂粉碎,并用壓球機壓制成球形,然后入高溫鍛燒爐進行重燒,重燒溫度控制在1600?2000℃之間,氧化鎂物料在爐內停留4?6h,得高純鎂砂。

            (3)鹵水-氨法主要反應式:

            鹵水-氨法是采用凈化的鹵水加入堿性較弱的氨水作為沉淀劑,生成氫氧化鎂沉淀。此法生成的氫氧化鎂結晶度高,沉降速度快,容易對氫氧化鎂沉淀結晶過濾和洗滌,易除去雜質離子,并且容易控制產品質量。把洗滌干凈的氫氧化鎂脫去水分,放入煅燒爐中進行鍛燒,生成輕質氧化鎂。將輕質氧化鎂粉碎并用壓球機制成球形,為了增加球形的壓實密度,采取在200℃左右壓制,然后將壓制球送入高溫煅燒爐中,溫度控制在1600?2000℃之間重燒(死燒),制成高純鎂砂。

            (4)鹵水-石灰石法主要反應式為:

            鹵水石灰石法是先將石灰石或白云石煅燒成熟石灰(CaO)或白云石熟料(MgO+CaO),然后將熟石灰或白云石熟料水化生成氫氧化鈣或氫氧化鈣與氫氧化鎂混合料作為沉淀劑,并與鹵水進行沉淀反應,生成氫氧化鎂沉淀,將氫氧化鎂沉淀過濾,洗滌,然后將脫水氫氧化鎂進行煅燒得氧化鎂,再將氧化鎂壓球,放入高溫煅燒爐進行重燒,溫度控制在1600?2000℃,最終得高純鎂砂。

            在高純鎂砂的生產過程中,提高產品的純度,有效降低有害雜質的含量是主要的,以先制取高純度氧化鎂作為保證,最終高純鎂砂產品更容易達到高純的要求。

            在上述用鹵水為原料生產輕質氧化鎂的幾種方法,因都在液相條件下進行反應,可通過加入沉淀劑,洗滌和化學精致等方法除去雜質離子,以保證堿式碳酸鎂或氫氧化鎂的純度,一旦工藝確定,最終高純鎂砂純度可達到99.9%以上。另外用鹵水生產高純鎂砂也有許多缺點與難點,主要有生產成本過高,能源消耗大,生產工藝復雜,有許多技術難點與設備難點。

            3、噴霧熱分解法生產高純鎂砂

            噴霧熱分解法生產高純鎂砂生產原理如下。

            噴霧熱分解煅燒法生產高純鎂砂的生產原理是先將鹵水進一步濃縮至一定濃度,將濃縮鹵水直接噴入到熱分解反應爐中進行熱分解,煅燒后產出粗氧化鎂。因粗氧化鎂中含有未完全分解的氯化物,可采用水多次洗滌的方法除去可溶性氯化物,使得粗氧化鎂完全水化生成為氫氧化鎂。將過濾后的氫氧化鎂濾餅鍛燒成輕質氧化鎂,然后壓制成球形送入高溫鍛燒爐中重燒,最終得高純鎂砂,其純度可達99%以上。此法基本反應式如下:

            生產方法如下所述。

            (1)鹵水的凈化與濃縮鹵水的凈化主要采用相應的措施除去在鹵水中的Fe2+、Na+、Ca2+、SO42-等雜質離子,除雜方法可參照第3章工業氧化鎂。

            將凈化的鹵水再進行濃縮至一定濃度,使鹵水中氯化鎂的濃度在550g/L。

            (2)鹵水的熱分解將濃縮的氯化鎂溶液直接噴入熱反應爐中進行熱分解,熱分解后得粗制氧化鎂。

            (3)粗制氧化鎂的水解和煅燒熱分解后所得的粗制氧化鎂含有未分解的氯化鎂、氯化鈣和氯化鉀等一些氯化物。對粗制氧化鎂中含有的氯化物可通過用水洗滌的方法除去。因這些氯化物都溶于水,并使得粗制氧化鎂全部水解,生成氫氧化鎂。氫氧化鎂經過濾、脫水,得氫氧化鎂濾餅,再將其在煅燒爐(或轉爐)中加熱至800?1000℃,氫氧化鎂生成輕質氧化鎂。

            (4)重燒得高純鎂砂將上述氧化鎂經過壓制成球形,然后放入到高溫煅燒爐(或豎窯爐)中進行重燒,得到氧化鎂純度為99%以上,密度在3.4g/cm3以上的高純鎂砂。

            噴霧熱分解法生產高純鎂砂有一定的優點。如熱分解時間短,粉體燒結性能好,操作過程簡單,反應一次完成,并且可連續進行,有利于生產,生產成本較低。但此法也有缺點:因在噴霧熱分解中生成氯化氫氣體,對設備腐蝕性大,所以對設備的要求很高。另外,對氯化氫的吸收和濃縮有很大難度;粉塵捕集等對環境造成較大的污染。

            另外也簡單介紹一下水氯鎂石直接鍛燒生產高純鎂砂,其主要反應為:

            此生產法采用水氯鎂石直接煅燒生成高純鎂砂,要達到高純度,一定要對水氯鎂石原料進行凈化處理,使雜質降低到最少。因原料含有雜質量較多,在煅燒過程中易進入產品中。

            此外,副產品氯化氫氣體對生產設備有嚴重的腐蝕性。這同噴霧熱分解法是相似的。

            4、電熔法生產高純鎂砂的生產原理及生產方法

            (1)生產原理把采用鹵水純堿法、鹵水碳銨法、鹵水氨水法和鹵水石灰法生產出的輕質氧化鎂,放入電熔爐中進行電熔冶煉,得高純鎂砂。也可采用菱鎂礦經輕燒制成輕燒鎂,然后把輕燒鎂放入電熔爐中進行電熔冶煉,最終得高純鎂砂。

            (2)生產方法將輕質氧化鎂或輕燒鎂粉,放入電熔爐中,插入電極,在控制一定的大電流、低電壓的條件下進行電熔,電熔所得高純鎂砂的含量可達99.9%,密度可達3.5g/cm3以上。產品的質量主要決定于電流電壓的大小,以及電熔的時間長短等。

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