以鎂鹽為原料生產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、資源分布及產品應用，列舉了常見的氧化鎂生產工藝，對氯鎂氧水泥的相穩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，常見形態為液體礦（海水、鹽湖鹵水）、固體礦（菱鎂礦、白云石）等，鎂鹽產品在工業中多作為初級原料，在陶瓷行業主要用做地板磚的加工業；在化工行業主要用于生產氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、氧化鎂等；在建筑行業主要用于生產防火板等；在冶金行業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水泥。另外，硫酸鎂在農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 氧化鎂生產工藝

氧化鎂（MgO）是以鎂鹽為原料生產制備的，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，沉淀經洗滌、烘干、煅燒得到氧化鎂產品，工藝流程如圖2所示。

此法沉鎂效率可達80%～85%，氨轉化率可達80%，產品中氧化鎂質量分數在99%以上，副產的NH4Cl可作為化肥化工原料，且無工業三廢，基本無環境污染。如在沉鎂過程中添加特殊晶種核心，可生產超細氧化鎂、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，使生產成本降低，更易實現鎂的高值化和產業化。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。

用此法生產氧化鎂具有工業規模的廠家是以色列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 氯鎂氧水泥生產及應用

氯氧鎂水泥是由苛性氧化鎂和氯化鎂溶液調制而成的一種氣硬性膠凝材料，這種水泥具有凝結硬化快、強度高、防火、耐磨、裝飾效果好等優點，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定性、滿足水泥性能要求等。

在MgO-MgCl2-H2O系統中，100℃以下的穩定存在相是“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，優先生產“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+濃度對水化物相穩定有較大影響：pH升高水化物的溶解度減小，相穩定性提高；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定。

經過國內外學術界的長期研究，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，通過控制產品配合比和氯化鎂雜質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手段可使變形降低80%。因而氯鎂氧水泥制品在建筑材料領域得到了廣泛的應用，為我國的節能、節資和減排工作做出了重要貢獻。

3 結論

隨著我國城鎮化和基礎設施建設的不斷發展，作為基礎建筑材料之一的水泥的需求量猛增。2010年我國水泥產銷量達到18.68億t，據估計，“十二五”期間，我國水泥產量將達到22億t，占世界總量的一半以上，水泥產業必將不斷壯大起來。此外，由于全球能源緊缺，我國的快速發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能減排作為一項基本國策，而據專家估計，建筑能耗占全國能耗的30%。建筑節能已經到了迫在眉睫的時刻，未來新型建筑節能材料必將引起社會各個階層的廣泛關注。作為一種新型的建筑節能材料，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業的發展，進而提高我國鎂鹽產品的利用效率，鎂鹽的深加工產品也將越來越多，對我國鎂鹽行業整體水平的提升具有重要意義。■

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2011-07-08