氯化镁喷雾热解制备氧化镁的研究*

都永生，孙庆国，火 焱，韩继龙，李明珍

（中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源与化学实验室，青海西宁810008）

氧化镁的开发应用目前重点有两个方面：一是为适应耐火材料工业的发展而生产的耐火级氧化镁和镁水泥行业用氧化镁，镁水泥行业用氧化镁是目前用量比较大的；二是以独特的技术手段开发高纯度、高性能、多用途的氧化镁［1-2］。从世界范围来看，高纯氧化镁已成为钢铁等工业中的一种重要的耐火材料。中国菱镁矿资源丰富，长期以来主要是用菱镁矿、白云石生产氧化镁，并以低纯度氧化镁为主，主要用于镁水泥等低端产品行业。近年来随着科学技术的不断进步氧化镁质量有所提高，但氧化镁质量分数在95%以上的仍不占主导地位，高纯度的氧化镁仍需要进口［3-4］。由于受到原料菱镁矿的限制，从矿石中大量生产质量分数为98%以上的高纯氧化镁难度还是比较大，而中国有丰富的海水、卤水资源，可从卤水中生产高纯氧化镁和超高纯氧化镁［5-8］。笔者以盐湖氯化镁为原料，经过喷雾热解得到氧化镁，该方法工艺流程简单、便于操作，是一种很有应用前景的氧化镁生产方法。

1 实验部分

1.1 实验原理

本实验的氧化镁是通过氯化镁溶液喷雾热解制备的，热解过程的工艺原理是：当温度大于600℃时，氯化镁直接分解生成氧化镁，其反应式如下：

因此氯化镁可以直接高温热解制取氧化镁［9-11］。

1.2 实验原料

实验原料为盐湖水氯镁石，经EDTA滴定法测镁离子量，重量法测定钾、硫酸根含量，微量元素采用ICP、分光光度法测定，化学分析结果如下：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 实验步骤

本实验分为以下几步：1）将水氯镁石溶于水，配成接近饱和的氯化镁溶液；2）加入氯化钡充分搅拌后自然沉降，除去水氯镁石中的泥沙和SO42-；3）卤水精制，其杂质含量为：w（CaCl2）=0.03%，w（NaCl）=0.11%，w（KCl）=0.01%，w（B2O3）=0.22×10-3%；4）将精制卤水喷入喷雾热解装置得到氧化镁。

1.4 实验装置

热解实验在立式高温热解装置中进行，该装置主要包括立式热解炉、进料泵、鼓风机、旋风除尘器和3个液化石油气罐。立式热解炉的顶部设有进料口，底部设有出料口，内部设有与进料口相连的喷雾装置，上部设有出气口，下部设有3个进气口。热解炉进料口与进料泵相连；出料口连有热解炉产品料斗；出气口通过管道与旋风除尘器相通，旋风除尘器的下方接有除尘器料斗，尾气经过尾气处理装置后排空；3个进气口通过管道分别与3个液化石油气罐和鼓风机相连。该装置工作时首先打开鼓风机，保持整个装置气流通畅；然后打开液化石油气电磁阀，启动自动点火装置点燃液化石油气，热解炉开始加热，通过自动控制系统控制风量与液化石油气流量使液化石油气充分燃烧；通过自动控制系统设定并控制热解炉炉内温度，当温度到达设定值时，打开氯化镁溶液槽总阀门，调整进料泵阀门流量，打开进料泵阀门开始进料；氯化镁溶液进入喷雾装置后雾化、热解最终得到氧化镁。热解装置如图1所示。

图1 氯化镁热解装置图

2 结果与讨论

2.1 进料量、热解温度对原料氯化镁分解率的影响

热解过程中进料量太小，产率低；进料量过大，氯化镁分解不完全，产品分解率低且氯化镁液体易粘结在热解炉炉壁上，影响热解炉正常使用。考察进料量对氯化镁分解率的影响，实验结果如图2所示。由图2可知，在相同的温度下进料量越大，氯化镁的分解率越低；进料量过小氯化镁的分解率会很高，但同时氧化镁的产量也会降低。最终选择进料量为12 L/h。

热解过程中在相同的进料量下，温度过低不仅氯化镁溶液分解不充分、分解率低，而且热解炉内会有部分未来得及分解的氯化镁液体，未分解的氯化镁液体会将已分解的氯化镁粘结在炉壁上造成热解炉堵塞；热解温度越高，分解率越高，但是高温势必要消耗更多的能量。考察热解温度对氯化镁分解率的影响，实验结果如图3所示。由图3可知，600℃以上分解率变化已经趋于平缓，同时温度高对设备的要求也相对会更高，所以综合考虑，选择最佳热解温度为600℃。

图2 进料量与氯化镁分解率的关系

图3 热解温度与分解率的关系

2.2 XRD分析

对热解得到的氧化镁进行X射线衍射分析，结果见图4。氯化镁喷雾热解得到的产物氧化镁与标准图谱JCPDS 00-045-0946对照可知产物纯度较高，杂质含量较低。

图4 氧化镁XRD图

3 结论

1）喷雾热解制备氧化镁最佳工艺条件是：氯化镁的最佳热解温度为600℃，进料量为12 L/h。最佳工艺条件下氯化镁分解率在99%以上。2）氯化镁喷雾热解得到的产物氧化镁纯度较高，杂质含量较低。3）对制备的氧化镁进行化学分析可知其组成为：w（MgO）=94.2%，w（MgCl2）=2.2%，w（NaCl）=2.1%，w（KCl）=0.8%。

［1］徐丽君．关于我国海水（含卤水）镁砂的研究与开发［J］．海湖盐与化工，1999，28（1）：16-20.

［2］王路明.制备高纯氧化镁工艺降钙问题探讨［J］.海湖盐与化工，2003，32（4）：30-33.

［3］胡庆福，胡晓湘，宋丽英.中国专用氧化镁开发现状及其发展建议［J］.化工进展，2005，24（1）：28-31.

［4］胡庆福，宋丽英，刘宝树.中国工业镁化合物生产现状与展望［J］.无机盐工业，2009，41（4）：8-10.

［5］胡庆福．镁化合物生产与应用［M］．北京：化学工业出版社，2005：125-130．

［6］徐日瑶，刘宏专．盐湖水氯镁石制取金属镁及高纯镁砂的生产技术［J］．盐湖研究，2003，6（2）：46-50．

［7］黄西平，张琦，郭淑元，等.我国镁资源利用现状及开发前景［J］.海湖盐与化工，2004，33（6）：1-6.

［8］李陇岗，钟辉，杨建元．盐湖水氯镁石制备高纯镁砂的研究进展［J］．盐湖研究，2004，12（1）：57-61．

［9］Woodall Duckham Ltd．Decomposition of metal chlorides：GB，309744［P］．1973-03-04．

［10］Moore W P，Sierichs W C，Macgregor R R．Production of magnesium oxide by a fluidized bed process：US，3481702［P］.1969-12-02．

［11］王路明．用浓卤水通过热水解法生产高纯镁砂的工艺流程设计［J］．海湖盐与化工，1991，20（3）：37-39．