叶祥
佛山市高明贝斯特陶瓷有限公司广东
摘要：高纯镁砂是重要的耐高温材料，氧化镁陶瓷则广泛应用于透光材料领域，对两种材料的生产工艺开展研究具有重要理论和实际意义。本文系统地综述了利用菱镁矿、卤水生产高纯氧化镁及镁砂的各种技术，以及氧化镁陶瓷的烧结方法和烧结助剂对烧结过程的影响；介绍了菱镁矿制备高纯镁砂，卤水沉淀法、卤水直接热解法制备高纯氧化镁，以及电熔法制备高纯镁砂等技术。指出了每种生产技术的优缺点及今后的研究与发展方向。
关键词：高纯镁砂；氧化镁陶瓷
引言
我国是氧化镁及镁砂生产大国，低纯度、低档次的氧化镁初级产品大量出口，而高纯、高附加值产品产量小，长期依赖进口。为打破这一现状，亟需开展高附加值氧化镁产品的开发研究，而高纯镁砂及氧化镁陶瓷是其中两种应用极为广泛的产品，对两种材料的生产工艺进行研究具有重要理论和实际意义。
1高纯镁砂制备方法研究进展
1.1菱镁矿制备高纯镁砂
1.1.1菱镁矿直接煅烧法
该法可分为二步煅烧和一步煅烧。二步煅烧选用优质菱镁矿，首先在煅烧炉中进行第一步煅烧，温度控制在1273K左右，生成轻烧氧化镁，再经过机械粉碎、球磨，在球磨的过程中可以消除"假晶"现象，并且同时尽可能降低氧化镁粉末的粒径。氧化镁粉末经过压团之后控制温度二次烧结，得到最终的产品。这种方法原料来源广泛，工艺简单，生产成本低。但是由于菱镁矿中含有的杂质很难分离，一般镁砂的纯度很难达到99%以上，但可以通过优选高纯度的原料以及改进原料的除杂方法来提高产品的纯度。
1.1.2菱镁矿铵浸法
煅烧低品位菱镁矿得到的轻烧氧化镁，再与氯化铵溶液反应，反应中产生的氨用纯水吸收。反应后杂质会留在渣中，溶液和废渣分离后，浸出液直接与回收氨水反应形成氢氧化镁，氢氧化镁经过两步煅烧得到镁砂。该工艺中，氯化铵母液可循环使用。通过铵浸法可制得MgO含量达到99.97%、密度为3.41g/cm3的镁砂。
1.1.3菱镁矿碳化法
将菱镁矿等固体矿煅烧成粉末后消化，再通入CO2进行碳化，过滤后热解为碱式碳酸镁沉淀，再经脱水干燥生成轻质碳酸镁，轻烧得轻质氧化镁，将其压坯死烧后即得高纯镁砂。章柯宁等用碳化法制得了MgO质量分数为99.21%，体积密度为3.38g/cm3的高纯镁砂。碳化法具有选择性强、不具腐蚀性、回收率高、原料来源广、易回收等优点。但仍存在设备投资大、生产流程长等不足之处。
1.1.4菱镁矿盐酸酸解法
王云山等将菱镁矿与硫酸镁水溶液混合后利用磨球机湿磨除钙，用盐酸酸浸后得到菱镁矿浆料，pH达到6~7后再将其过滤。滤液在预浓缩器中浓缩后送入水解煅烧炉中水解煅烧，温度为700~800℃。水解煅烧后的物料经压球后送至回转煅烧窑中煅烧，煅烧后得到高纯镁砂。该法主要用于处理低品位的菱镁矿，可制备得到氧化镁含量大于99%、体积密度大于3.40g/m3的高品位镁砂。该工艺原料来源广泛，能提高资源利用率，但能耗较高、设备投资大、易腐蚀、生产流程长。
1.2卤水沉淀法制备高纯镁砂
采用卤水或者海水制备高纯镁砂，首先要获得轻质氧化镁。可向海水或卤水中加入沉淀剂，再经洗涤和化学精制等方法除去杂质离子，以保证获得的碱式碳酸镁或氢氧化镁的纯度，利用该类方法最终获得的高纯镁砂纯度可达99.9%以上。根据沉淀剂的不同，这些方法包括卤水纯碱法、卤水碳铵法、卤水石灰法和卤水氨法等。
1.2.1卤水碳铵法
卤水经预处理后，与碳酸铵、碳酸氢铵或碳化氨水进行复分解反应，在适宜的条件下生成颗粒较大且易于过滤洗涤的碱式碳酸镁沉淀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆煅烧得轻质氧化镁后，经球磨压片，最后在高温烧结炉中烧结得到产品，过滤碳酸镁的母液中有少量的氯化钠和大量的氯化铵，经过滤后可分离出氯化钠，冷却后可将氯化铵结晶回收。
1.2.2卤水氨法
采用氨水与精制过的卤水反应生成氢氧化镁沉淀，将反应后的产物进行过滤得氢氧化镁沉淀，氢氧化镁经洗涤、烘干、煅烧得产品。该法优点在于所得的氢氧化镁粒度大小可以控制，沉淀速度快，易于过滤、洗涤。缺点是收率偏低，氨的回收利用率低。
1.3电熔法制备高纯镁砂
电熔法制备高纯镁砂的工艺路线短而简单，但设备投入和资源消耗大。将轻质氧化镁或轻烧镁粉压团后放入电熔炉中，插入电极，在大电流、低电压条件下电熔，所得高纯镁砂纯度可达99.9%，密度可达3.50g/cm3以上。产品质量主要决定于电流电压的大小以及电熔时间的长短等。
2氧化镁陶瓷研究进展
2.1氧化镁陶瓷烧结方法
透明陶瓷的烧结方法有很多种，包括常压烧结、热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结、微波烧结和真空烧结等。
2.1.1常压烧结（无压烧结）
在大气压力下，材料不加压进行烧结的方法为常压烧结。常压烧结成本较低，对设备要求不高，是最为简单的、目前较为常用的一种烧结方法，在特殊气体气氛和大气条件下的烧结均属于常压烧结。在氧化或还原气氛中烧结陶瓷可以消除由于材料成分挥发产生的空位等缺陷，提高陶瓷的透明性。常压烧结一般需要加入烧结助剂，以促进烧结致密化。
2.1.2热压烧结
这是将陶瓷粉料置于模腔中，然后边加热边从单轴方向加压，同时完成成型和烧结的一种烧结方法。在热压烧结过程中，加热和加压同时完成，使得陶瓷粉料处于热塑性状态，有利于陶瓷中物质传递和颗粒间的扩散，因而能降低成型压力，减少烧结时间，降低烧结温度，抑制晶粒长大，获得细晶粒、高致密度、力学和电学性能良好的产品。利用热压烧结方法时，不用添加成型助剂或烧结助剂，就能制得高性能的陶瓷产品。其缺点主要有设备较为复杂、模具材料要求高、生产效率低、能耗大、生产成本高等。
2.1.3放电等离子烧结
这是通过瞬时产生的放电等离子使烧结体内部的颗粒均匀地自身放热，同时使颗粒表面活化，在短时间内使烧结体达到致密的一种快速烧结方法。该法是一种新型的烧结工艺，其原理是在加压成型过程中，将特定烧结电源施加到通电电极上，从而实现放电活化、热塑性变形等过程。
2.2氧化镁陶瓷烧结过程
烧结助剂在制备致密透明的氧化镁陶瓷过程中具有重要作用，能够改善物料的烧结特性、降低烧结温度。烧结助剂能减缓晶界的移动，使气孔通过晶界逸出，从而提高陶瓷的致密化程度。另外，添加烧结助剂会使陶瓷中生成新的物相，改善陶瓷的稳定性。
结语
当前对高纯镁砂和氧化镁陶瓷的研究依然非常广泛，同时也存在着不少亟待解决的问题。对高纯镁砂的研究可从以下方面着手。
（1）菱镁矿制备高纯镁砂对原料纯度依赖较大，需要更多探索利用低品位矿石的工艺技术。
（2）卤水沉淀法中，石灰法已经成熟，成本低，使用广泛；氨法的技术仍有待改进；纯碱法和碳铵法工艺简单但成本较高。应该因地制宜，根据实际情况选择相应的生产方法开展改进研究。
（3）适合卤水热解过程的低成本、低能耗、耐高温、耐腐蚀、能够规模化、连续进行热解生产的热解装置的研制以及流程短、生产成本低、设备耐腐蚀、无污染的生产工艺的开发依然是值得关注的问题。
参考文献
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[4]郭如新.合成法氧化镁、氢氧化镁生产现状与前景展望[J].无机盐工业,2011,43(11):1-5,18.
论文作者:叶祥
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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