高純(chún)鎂(měi)砂是指含量在99%以上(國內往往把氧化鎂含量大於(yú)98%的鎂砂(shā)稱為高純鎂砂),體積(jī)密度(dù)大於3.4g/cm3的燒結氧化鎂。高純鎂砂的生產方法均(jun1)以(yǐ)含鎂化合物為(wéi)原料,有的先製成輕質氧化鎂,經過電熔凝或重燒(死燒)製得高純鎂砂,也有的采用氯化鎂噴霧熱分解煆燒法生產高純鎂砂。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,把菱鎂礦放入煆燒爐中進行煆燒,溫度控製在1000℃左(zuǒ)右(煆燒爐可采用反射(shè)爐、沸騰爐或豎窯爐),生成輕燒氧化鎂粉(也(yě)稱為輕燒鎂砂),反應式如下:
將輕燒氧化鎂粉進行細磨(mó),細磨可釆用雷蒙機,球磨機或高速粉碎機等。細磨到一(yī)定粒度,進行壓球(qiú)。控製輕燒粉細度是為了增加壓(yā)球的體(tǐ)密度;壓球采取高壓壓球機或對輥壓球機。
將壓製成的輕燒鎂砂球放入高溫爐中(zhōng)進行高溫燒結,高溫鍛燒爐的爐溫控(kòng)製在16002000℃左右。在(zài)高溫煆燒過程中,隨著溫度升(shēng)高,氧化鎂體積逐漸收縮,密度增加,氧化鎂晶體發育長大,其(qí)組織(zhī)結構越來(lái)越致密(mì),鍛燒完成(chéng)後氧化鎂的體積密度(dù)可達(dá)3.4g/cm3以(yǐ)上。
目前國內采用此(cǐ)法生產高純鎂(měi)砂(shā)的質量還不夠理想,氧化(huà)鎂含量更高隻(zhī)能達到(dào)98%左右,要使氧化鎂含量達到99%以上比較困難。因天然菱鎂礦煆(duàn)燒成的高(gāo)純鎂(měi)砂(shā)中含有CaO,SiO2,Fe,B等雜質,很難(nán)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(shuǐ)生(shēng)產(chǎn)高純鎂砂的生產方(fāng)法
用鹵水生(shēng)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(shuǐ)石灰(huī)法和鹵水氨(ān)法等。
(1)鹵水碳銨法(fǎ)主要反應式:
鹵水碳銨法是先將商水淨化,再(zài)以碳酸氫銨作沉澱劑(碳酸(suān)氫銨價廉易得,沉澱效率高(gāo))進行反(fǎn)應,反應溫度控製在3550℃之(zhī)間,生成堿式碳酸(suān)鎂沉澱(diàn),沉澱(diàn)經洗(xǐ)滌、脫水、鍛燒(溫度控製在800900℃左右)等步驟,製得(dé)輕質(zhì)氧(yǎng)化鎂。將(jiāng)製得輕質氧化鎂進行粉碎,並把輕質氧(yǎng)化鎂(měi)壓製(zhì)成球形入高溫煆燒爐重燒,爐內溫度控製(zhì)在16002000℃,氧化鎂物料在爐內停(tíng)留46h,得高純鎂砂。
(2)鹵水-純堿法主(zhǔ)要反應式:
鹵水-純堿法是將淨(jìng)化的鹵水與沉澱劑碳酸鈉進行反(fǎn)應,反應溫度控製在3550℃,生成堿(jiǎn)式碳酸鎂沉(chén)澱,然後對堿式碳酸鎂沉澱進(jìn)行洗滌、脫(tuō)水,將脫盡水的堿(jiǎn)式碳(tàn)酸鎂放入煆燒爐中(zhōng)進行(háng)鍛燒,煆燒溫度控製在900℃左右,得輕(qīng)質氧化鎂。將輕質氧化鎂(měi)粉碎,並用壓球機壓製成球形,然後入高溫鍛燒爐進行重燒,重燒溫度控製在16002000℃之(zhī)間,氧化鎂物料在爐內停留(liú)46h,得高純鎂砂。
(3)鹵水-氨法主要(yào)反應式:
鹵水-氨(ān)法是采用淨化的鹵水加入堿性較弱的氨水作為沉(chén)澱劑,生成氫氧化鎂沉澱。此法生成的(de)氫氧化鎂結晶度高,沉降(jiàng)速度快,容易對氫氧化鎂沉澱結晶過濾和洗滌,易(yì)除去雜質離子,並且容易控製產品質量(liàng)。把洗滌幹淨的氫氧化鎂脫去水分,放入煆燒爐中(zhōng)進行鍛燒,生成輕質氧化鎂。將輕質(zhì)氧(yǎng)化鎂粉碎(suì)並用壓球機製成球形,為了(le)增加球形的壓實密度,采取在(zài)200℃左右壓製(zhì),然後將壓製球送入高溫煆燒爐中,溫度(dù)控(kòng)製在16002000℃之間重燒(死燒),製成高純鎂砂。
(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雲石煆燒(shāo)成熟石灰(CaO)或白雲石熟(shú)料(MgO+CaO),然後將熟(shú)石灰或白雲石熟料水化生成(chéng)氫氧化鈣或氫氧(yǎng)化鈣與氫氧化鎂混合料作為沉澱劑,並與鹵水進行沉澱(diàn)反應,生成氫氧化鎂(měi)沉澱,將(jiāng)氫氧化鎂沉澱過濾(lǜ),洗滌,然後將脫水(shuǐ)氫氧(yǎng)化鎂進行煆(duàn)燒得氧(yǎng)化鎂,再將氧(yǎng)化鎂壓球,放入高溫煆燒爐進行重燒,溫度控製在16002000℃,最終得高純鎂砂。
在高純鎂砂的生(shēng)產過程中(zhōng),提高產(chǎn)品的純度,有效降低有害(hài)雜質的含量是主要的,以(yǐ)先製取高純度氧化鎂作為保證,最終高純鎂砂產品更(gèng)容易達(dá)到高純(chún)的要(yào)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(jiā)入沉澱劑,洗滌(dí)和化學精致等(děng)方法除去雜(zá)質離子,以保(bǎo)證堿式碳酸鎂或氫氧化鎂的純(chún)度,一旦工藝確定,最終高純鎂砂純度可達到99.9%以上(shàng)。另外用鹵水生產高純鎂砂也有許多缺點與難(nán)點(diǎn),主(zhǔ)要(yào)有生產成本過高,能源消耗大,生產工藝複雜,有許多技(jì)術難(nán)點與設備難點。
3、噴(pēn)霧熱分解(jiě)法生產高純(chún)鎂砂
噴霧熱分解法生產高純鎂砂生產(chǎn)原理如下(xià)。
噴(pēn)霧熱分(fèn)解(jiě)煆燒法(fǎ)生產高純鎂砂的生產原理(lǐ)是先將鹵水進一步濃縮至一(yī)定濃度,將濃縮鹵水直接噴入到熱分解反應爐中進行(háng)熱分解,煆燒後產出粗(cū)氧化鎂。因粗氧化鎂中含有未完全(quán)分解的氯化物(wù),可(kě)采用水多次洗滌的方法除(chú)去可溶(róng)性氯化物,使得粗氧(yǎng)化鎂(měi)完全水化生成為氫氧化鎂。將過濾後的氫氧化鎂濾餅鍛燒成輕質氧化(huà)鎂,然後壓製成球形送入高溫鍛燒爐中重燒(shāo),最終得高純(chún)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(shù)。
(1)鹵水的淨化與濃(nóng)縮鹵水的淨(jìng)化主(zhǔ)要(yào)采用相(xiàng)應的措施除去在鹵(lǔ)水中的Fe2+、Na+、Ca2+、SO42-等雜質離子,除雜方法可參照第3章工(gōng)業氧(yǎng)化鎂。
將淨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(shuǐ)的熱分解將濃縮的氯(lǜ)化鎂溶液直接噴入熱反應(yīng)爐中進行熱分解,熱分解後得粗製氧化鎂。
(3)粗製氧化鎂的水解和煆燒熱分解(jiě)後所得的粗製氧化鎂含(hán)有未分解的氯(lǜ)化鎂、氯化鈣和氯化鉀等一些氯化物(wù)。對粗製(zhì)氧化鎂中含有的氯化物可通過用(yòng)水洗滌的方法除(chú)去(qù)。因這些氯化物都溶於水,並使得粗製氧化鎂(měi)全部水解,生成氫氧化鎂(měi)。氫氧化鎂經過濾、脫水,得氫氧(yǎng)化鎂濾(lǜ)餅,再將其在煆燒爐(或轉(zhuǎn)爐)中加熱至8001000℃,氫氧化(huà)鎂生成輕質氧化鎂。
(4)重燒得高純(chún)鎂砂將上述氧(yǎng)化鎂經過壓製(zhì)成球形,然後放入到高溫煆燒爐(或豎窯爐)中進行重燒,得到氧化鎂純度為99%以上,密(mì)度在3.4g/cm3以上的(de)高純鎂砂。
噴霧熱(rè)分(fèn)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(guò)程簡單,反應一次完成,並且可連續進行,有利於生產,生產成本較(jiào)低。但此法也有缺點:因(yīn)在噴霧熱分解中生成氯(lǜ)化氫氣體,對設備腐蝕性大,所以對設備(bèi)的(de)要求很高(gāo)。另(lìng)外,對氯(lǜ)化(huà)氫(qīng)的吸收和濃(nóng)縮有很大難(nán)度;粉塵捕集等(děng)對環境造成(chéng)較大(dà)的汙染。
另外也簡單介紹一下(xià)水氯(lǜ)鎂石直接鍛燒生產高純鎂砂,其(qí)主要反應為(wéi):
此生產法采用水氯鎂石直接煆燒生成高純鎂砂,要達到高純度,一定要對水氯鎂石原(yuán)料進行淨化處理(lǐ),使雜質降低到最少。因原料含有雜質量較多,在(zài)煆(duàn)燒過程中易進入產品中。
此外,副產品氯(lǜ)化氫氣體對生產設備有嚴重的腐蝕性。這同(tóng)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(lǔ)水(shuǐ)純堿法、鹵水碳銨法、鹵水(shuǐ)氨水法和鹵水石灰法生產出的輕質氧化鎂,放入電熔(róng)爐中進行電熔冶煉,得高純鎂砂。也(yě)可采(cǎi)用(yòng)菱鎂礦經輕燒製成輕燒鎂,然後把輕燒鎂放入電熔爐(lú)中進行電熔冶煉,最終(zhōng)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,在控製一定的大電流、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於電流電(diàn)壓的大小(xiǎo),以及電熔的時間長短等(děng)。