中國(guó)目前主要以煅燒鞭鎂礦的方法來(lái)生產(chǎn)鎂砂，這種鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量受到原礦質(zhì)量的制約，在產(chǎn)品純度、體積密度這兩個(gè)重要指標(biāo)上無(wú)法與高純鎂砂競(jìng)爭(zhēng)〔1〕。美國(guó)、日本和西歐等國(guó)近些年一直致力于利用鹽湖鎂鹽及海水合成高純鎂砂的研究，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的人工合成鎂砂，此類(lèi)產(chǎn)品已占到世界高純鎂砂生產(chǎn)總量的80％。水氯鎂石是制造高純鎂砂、氫氧化鎂、金屬鎂的重要原材料。青海柴達(dá)木盆地鹽湖鎂鹽儲(chǔ)量高達(dá)48.15億t，其中水氯鎂石儲(chǔ)量為31.43億t〔2〕，僅察爾汗地區(qū)每年副產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水氯鎂石2000萬(wàn)t以上。目前在青海，研究較多的是堿法、石灰石法以及氨法生產(chǎn)鎂砂。以色列死海Periclase公司、美國(guó)密執(zhí)安州的Manistee廠和原東德一些生產(chǎn)廠采用鹵水熱分解法抽取MgO，在高溫下壓制成鎂磚耐火材料〔3〕。結(jié)合察爾汗地區(qū)以及東臺(tái)吉乃地區(qū)實(shí)際情況并考慮生產(chǎn)成本，筆者將石灰石—苦鹵法和氨法生產(chǎn)氧化鎂的工藝進(jìn)行了對(duì)比。
1 石灰石—苦鹵法
1.1石灰石—苦鹵法工藝流程（見(jiàn)圖1）
脫碳水MgCl2·6H2O
↓↓
H2O石灰石 溶解
↓↓ ↓
洗石 酸處理←鹽酸
↓ ↓
輕燒 過(guò)濾
↓ ↓
消化 → 反應(yīng)
↓
過(guò)濾洗滌←鹽酸，脫碳水
↓
輕燒→壓球
↓
產(chǎn)品←破碎←冷卻←電熔
圖1 石灰石—苦鹵水工藝流程
1.2生產(chǎn)原理與工藝條件
1.2.1主要化學(xué)反應(yīng)
石灰石煅燒后制備生石灰：
CaCO3→CaO+CO2↑
生石灰與水混合變成石灰乳：
CaO+H2O→Ca(OH)2
石灰乳與氯化鎂反應(yīng)制得氫氧化鎂：
MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2
氫氧化鎂受熱分解在生成氧化鎂：
Mg(OH)2→MgO+H2O
1.2.2 工藝要求
?。?）要求石灰石雜質(zhì)含量少、反應(yīng)活性高。將灰石進(jìn)行煅燒，并在燒制后密閉存放，而且生石灰中的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在85％以上。青海天峻縣天青山產(chǎn)的石灰石完全滿(mǎn)足工藝要求。（2）石灰消化后，用振動(dòng)篩過(guò)濾，再用漩流器分離后待用，石灰乳的密度為1.074g/cm3，含氧化鈣質(zhì)量濃度為80-90g/L。（3）先用脫碳水溶解氯化鎂，然后用鹽酸處理，保證氯化鎂質(zhì)量濃度為107-113g/L，密度為1.143-1.161 g/cm3。進(jìn)入反應(yīng)槽與Ca(OH)2（粒度小于0.088mm，其中粒度小于0.071mm的占95％）進(jìn)行反應(yīng)，此時(shí)反應(yīng)速度較快（反應(yīng)條件：PH＝9.8～11，溫度為50-60℃），然后過(guò)濾洗滌得Mg(OH)2,再經(jīng)900℃輕燒得輕質(zhì)MgO，經(jīng)壓球、3800℃電熔、冷卻、破碎即為產(chǎn)品。
1.3 生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
?。?）鹵水中的MgCl2質(zhì)量濃度控制在107-113g/l,這樣才能保證反應(yīng)完成后產(chǎn)物具有良好的過(guò)濾性能。MgCl2含量過(guò)高，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的晶體顆粒較小，較細(xì)，過(guò)濾困難；MgCl2含量過(guò)低，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的晶體顆粒較大，好過(guò)濾，但是母液夾帶太多，影響設(shè)備生產(chǎn)能力，降低了回收率。（2）因工業(yè)用水中含CO32-、HCO3-、游離的CO2易與Mg2+反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收率，要采取一定措施脫碳。制得的Mg（OH）2也需用脫碳水洗滌，盡量洗盡氯離子。（3）消化后，Ca(OH)2的粒度控制十分重要，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粒度小于0.071mm的Ca（OH）2反應(yīng)較為完全。（4）石灰存放環(huán)境要求較高，必須要密封存放，保證其活性不受損失。
1.4 工藝及產(chǎn)品特點(diǎn)
石灰石—苦鹵法工藝以?xún)r(jià)格低廉的石灰作沉淀劑，成本相對(duì)較低，但技術(shù)上存在以下難題：（1）鹽湖水氯鎂石溶液中往往含有SO42-，HCO3-，CO2-3，B（OH）4-等雜質(zhì)，當(dāng)加入石灰乳時(shí)體系中的SO42-, HCO3-，CO2-3，將和Ca（OH）2反應(yīng)形成沉淀而使氧化鎂產(chǎn)品純度降低，B（OH）4-的存在將使高純氧化鎂耐火材料性能驟減；（2）氫氧化鎂沉淀為絮狀懸浮物，過(guò)濾困難；（3）石灰沉淀劑本身雜質(zhì)含量高，石灰石煅燒過(guò)程中有不完全分解的碳酸鈣混入石灰乳中，導(dǎo)致鎂砂產(chǎn)品中鈣含量高，難以消除。
王路明〔4〕針對(duì)上述問(wèn)題曾對(duì)鹵水凈化作了深入的研究，把鹵水凈化分為兩步：第一步，加入適量的石灰乳使HCO3-，CO2-3變成CaCO3沉淀，同時(shí)形成的氫氧化鎂膠狀沉淀吸附其他的一些雜質(zhì)，反應(yīng)產(chǎn)生的CaCl2可將SO42-除去；第二步，采用過(guò)堿法除硼，這樣可以得到品質(zhì)較好凈化液。
采用該法，工藝過(guò)程的操作條件要求較高，條件控制較為苛刻，制備的鎂砂純度很難達(dá)到98％，而且雜質(zhì)鈣含量較高是。由于鹵水凈化使得生產(chǎn)成本增加，中間產(chǎn)物CaCl2溶液不易利用，若直接排放會(huì)對(duì)鹽湖整個(gè)資源體系產(chǎn)生不利影響，因此該法不宜應(yīng)用于青海地區(qū)。
2 氨法
2.1 氨法工藝流程（見(jiàn)圖2）
脫碳法→溶解←MgCl2·6H2O
↓
過(guò)濾
↓
氨化反應(yīng)←溶氨
↓
脫碳水→過(guò)濾洗滌→蒸氨←石灰乳
↓ ↓
輕燒 過(guò)濾
↓ ↓
壓球 蒸煮
↓ ↓
產(chǎn)品←破碎 電熔 干燥→半水石膏
圖2 氨法生產(chǎn)鎂砂工藝流程
2.2 生產(chǎn)原理
實(shí)驗(yàn)所用原料為察爾汗地區(qū)生產(chǎn)氯化鉀所副產(chǎn)的六水氯化鎂。配制一定濃度的氯化鎂溶液，并進(jìn)行精過(guò)濾，然后與氨水混合發(fā)生沉淀反應(yīng)：
2NH3+2H2O+Mg2+——Mg(OH)2↓+2NH4+
將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過(guò)濾，得Mg(OH)2沉淀和一次母液，一次母液中Mg2+含量大為降低，但NH4+含量增加，為了回收NH4+，有兩種方法：一是抽取銨鎂復(fù)合肥；二是進(jìn)行蒸氨使氨循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：
Ca(OH)2+NH4+→NH3+H2O+Ca2+
2.3 生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
?。?）鹵水的前置處理非常重要，一般鎂質(zhì)量濃度為30g/L的精制鹵水才能生產(chǎn)高純度的氧化鎂，采用的生產(chǎn)用水為脫碳水。（2）控制適宜的反應(yīng)溫度。溫度過(guò)低，則反應(yīng)進(jìn)行不完全；溫度過(guò)高會(huì)造成料漿黏稠，不易攪拌，濾餅中母液夾帶量大，使過(guò)濾操作困難，影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)氨損失大。實(shí)驗(yàn)證明，50-60℃為最佳操作溫度。（3）物料反應(yīng)時(shí)間直接決定著過(guò)程的處理量和粒液的循環(huán)周期，也關(guān)系到設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明在充分?jǐn)嚢璧臈l件下，氨化反應(yīng)PH大于12時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間較短，一肌為15min，過(guò)分延長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)增加轉(zhuǎn)化率。（4）從理論分析可知，加入的氨量越大，原料的利用率就越高，但隨著氨量的增大，溶液的銨離子濃度達(dá)到一定程度時(shí)鎂離子的轉(zhuǎn)化率增加緩慢，氨的實(shí)際利用率下降，且揮發(fā)加劇造成浪費(fèi)，因此要選擇適當(dāng)?shù)逆V、氨物質(zhì)的量比。實(shí)踐表明n（鎂）：n（氨）為1：1：2最好〔5-6〕。（5）反應(yīng)物料的濃度對(duì)生成的Mg(OH)2結(jié)晶大小影響很大。如果反應(yīng)料液濃度過(guò)大，體系反應(yīng)雖然較為完全，但氫氧化鎂粒子細(xì)小，沉淀難以過(guò)濾，且母液夾帶量大，造成洗滌用水量大大增加，使產(chǎn)品質(zhì)量變差；如果料液濃度過(guò)小，雖然生成的氫氧化鎂顆粒較大，粒漿易于過(guò)濾和洗滌，但鎂離子的轉(zhuǎn)化率下降，設(shè)備負(fù)荷加大，不利于生產(chǎn)。實(shí)踐表明，鎂質(zhì)量濃度在30g/L左右為宜。
2.4 工藝特點(diǎn)
該法先將水氯鎂石制成一定濃度的鹵水，經(jīng)精濾后與氨水混合沉淀成氫氧化鎂，沉淀經(jīng)洗滌煅燒后得氧化鎂產(chǎn)品，工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單。該法優(yōu)點(diǎn)在于水氯鎂石溶液反應(yīng)時(shí)不受SO42-,CO2-3,HCO3-等的影響，使凈化成本得以降低，產(chǎn)品純度也提升很高〔7〕；另一方面，氨水價(jià)格較為低廉，副產(chǎn)品氯化銨可回收。該法需要解決的技術(shù)難題是氫氧化鎂沉淀的過(guò)濾問(wèn)題。氫氧化鎂為膠狀沉淀，顆粒細(xì)微（1μm左右），難以過(guò)濾，濾餅含水率在60％左右，導(dǎo)致鎂砂產(chǎn)品的純度受到極大的影響；使用氨法的另一缺點(diǎn)是，由于加入氨水后，體系很快形成NH3-NH4Cl的緩沖體系，使體系的PH長(zhǎng)時(shí)間保持在9.0左右，Mg2+不易沉淀完全，且氨水的耗量大，氫氧化鎂產(chǎn)率在80％左右。
3 煅燒
用氨法沉淀出的氫氧化鎂沉淀具有較大的比表面積和較高的氣孔率，質(zhì)地松散，須加以煅燒使之轉(zhuǎn)化為氧化鎂并發(fā)生致密化過(guò)程，才能形成符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高純鎂砂〔8〕。煅燒方法有一步煅燒法和二步煅燒法，一步煅燒法將前驅(qū)物〔Mg(OH) 2〕干燥，經(jīng)壓球后于1800-2000℃煅燒；二步煅燒法將前驅(qū)物〔Mg(OH)2〕或堿式碳酸鎂于950℃輕燒，再經(jīng)研磨，壓球后于1800-2000℃燒結(jié)，后者得到的高純鎂砂密度可達(dá)到3.46g/cm3，是常采用的方法，但二次煅燒過(guò)程能耗要比一步煅燒法高。無(wú)論采用哪種生產(chǎn)方法，燒結(jié)所要求的溫度都必須大于1800℃，這使得燒結(jié)過(guò)程能耗太大，產(chǎn)品成本增加，而且對(duì)高溫窯也有較高要求，在保證高純鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低燒結(jié)溫度是鎂砂業(yè)界目前的一個(gè)研究重點(diǎn)〔9〕。
4 結(jié)語(yǔ)
制備高純度的氧化鎂，必須對(duì)原料的質(zhì)量嚴(yán)格控制；用氨法制備高純氧化鎂產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品綜合質(zhì)量較高，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)格，應(yīng)在青海地區(qū)加以推廣；用氨法時(shí)，反應(yīng)溫度宜控制在50-60℃，n（鎂）：n（氨）＝1：1：2時(shí)，氫氧化鎂綜合質(zhì)量指標(biāo)較為理想；采用高壓壓球、延長(zhǎng)球磨時(shí)間可有效改善氧化鎂晶體的團(tuán)聚；借助一定的技術(shù)降低氧化鎂燒結(jié)溫度，對(duì)于降低高純鎂砂生產(chǎn)成本、節(jié)約能源都有積極的意義。