氯化鎂噴霧熱解制備氧化鎂的研究*

都永生，孫慶國，火 焱，韓繼龍，李明珍

（中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖資源與化學實驗室，青海西寧810008）

氧化鎂的開發應用目前重點有兩個方面：一是為適應耐火材料工業的發展而生產的耐火級氧化鎂和鎂水泥行業用氧化鎂，鎂水泥行業用氧化鎂是目前用量比較大的；二是以獨特的技術手段開發高純度、高性能、多用途的氧化鎂［1-2］。從世界范圍來看，高純氧化鎂已成為鋼鐵等工業中的一種重要的耐火材料。中國菱鎂礦資源豐富，長期以來主要是用菱鎂礦、白云石生產氧化鎂，并以低純度氧化鎂為主，主要用于鎂水泥等低端產品行業。近年來隨著科學技術的不斷進步氧化鎂質量有所提高，但氧化鎂質量分數在95%以上的仍不占主導地位，高純度的氧化鎂仍需要進口［3-4］。由于受到原料菱鎂礦的限制，從礦石中大量生產質量分數為98%以上的高純氧化鎂難度還是比較大，而中國有豐富的海水、鹵水資源，可從鹵水中生產高純氧化鎂和超高純氧化鎂［5-8］。筆者以鹽湖氯化鎂為原料，經過噴霧熱解得到氧化鎂，該方法工藝流程簡單、便于操作，是一種很有應用前景的氧化鎂生產方法。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

本實驗的氧化鎂是通過氯化鎂溶液噴霧熱解制備的，熱解過程的工藝原理是：當溫度大于600℃時，氯化鎂直接分解生成氧化鎂，其反應式如下：

因此氯化鎂可以直接高溫熱解制取氧化鎂［9-11］。

1.2 實驗原料

實驗原料為鹽湖水氯鎂石，經EDTA滴定法測鎂離子量，重量法測定鉀、硫酸根含量，微量元素采用ICP、分光光度法測定，化學分析結果如下：w（MgSO4）=0.06%，w（CaCl2）=0.03%，w（NaCl）=0.13%，w（KCl）=0.01%，w（B2O3）=0.39×10-3%，w （水不溶物） =0.27%，w（MgCl2）=44.9%。

1.3 實驗步驟

本實驗分為以下幾步：1）將水氯鎂石溶于水，配成接近飽和的氯化鎂溶液；2）加入氯化鋇充分攪拌后自然沉降，除去水氯鎂石中的泥沙和SO42-；3）鹵水精制，其雜質含量為：w（CaCl2）=0.03%，w（NaCl）=0.11%，w（KCl）=0.01%，w（B2O3）=0.22×10-3%；4）將精制鹵水噴入噴霧熱解裝置得到氧化鎂。

1.4 實驗裝置

熱解實驗在立式高溫熱解裝置中進行，該裝置主要包括立式熱解爐、進料泵、鼓風機、旋風除塵器和3個液化石油氣罐。立式熱解爐的頂部設有進料口，底部設有出料口，內部設有與進料口相連的噴霧裝置，上部設有出氣口，下部設有3個進氣口。熱解爐進料口與進料泵相連；出料口連有熱解爐產品料斗；出氣口通過管道與旋風除塵器相通，旋風除塵器的下方接有除塵器料斗，尾氣經過尾氣處理裝置后排空；3個進氣口通過管道分別與3個液化石油氣罐和鼓風機相連。該裝置工作時首先打開鼓風機，保持整個裝置氣流通暢；然后打開液化石油氣電磁閥，啟動自動點火裝置點燃液化石油氣，熱解爐開始加熱，通過自動控制系統控制風量與液化石油氣流量使液化石油氣充分燃燒；通過自動控制系統設定并控制熱解爐爐內溫度，當溫度到達設定值時，打開氯化鎂溶液槽總閥門，調整進料泵閥門流量，打開進料泵閥門開始進料；氯化鎂溶液進入噴霧裝置后霧化、熱解最終得到氧化鎂。熱解裝置如圖1所示。

圖1 氯化鎂熱解裝置圖

2 結果與討論

2.1 進料量、熱解溫度對原料氯化鎂分解率的影響

熱解過程中進料量太小，產率低；進料量過大，氯化鎂分解不完全，產品分解率低且氯化鎂液體易粘結在熱解爐爐壁上，影響熱解爐正常使用。考察進料量對氯化鎂分解率的影響，實驗結果如圖2所示。由圖2可知，在相同的溫度下進料量越大，氯化鎂的分解率越低；進料量過小氯化鎂的分解率會很高，但同時氧化鎂的產量也會降低。最終選擇進料量為12 L/h。

熱解過程中在相同的進料量下，溫度過低不僅氯化鎂溶液分解不充分、分解率低，而且熱解爐內會有部分未來得及分解的氯化鎂液體，未分解的氯化鎂液體會將已分解的氯化鎂粘結在爐壁上造成熱解爐堵塞；熱解溫度越高，分解率越高，但是高溫勢必要消耗更多的能量。考察熱解溫度對氯化鎂分解率的影響，實驗結果如圖3所示。由圖3可知，600℃以上分解率變化已經趨于平緩，同時溫度高對設備的要求也相對會更高，所以綜合考慮，選擇最佳熱解溫度為600℃。

圖2 進料量與氯化鎂分解率的關系

圖3 熱解溫度與分解率的關系

2.2 XRD分析

對熱解得到的氧化鎂進行X射線衍射分析，結果見圖4。氯化鎂噴霧熱解得到的產物氧化鎂與標準圖譜JCPDS 00-045-0946對照可知產物純度較高，雜質含量較低。

圖4 氧化鎂XRD圖

3 結論

1）噴霧熱解制備氧化鎂最佳工藝條件是：氯化鎂的最佳熱解溫度為600℃，進料量為12 L/h。最佳工藝條件下氯化鎂分解率在99%以上。2）氯化鎂噴霧熱解得到的產物氧化鎂純度較高，雜質含量較低。3）對制備的氧化鎂進行化學分析可知其組成為：w（MgO）=94.2%，w（MgCl2）=2.2%，w（NaCl）=2.1%，w（KCl）=0.8%。

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