中國目前主要以煅燒鞭鎂礦的方法來生產(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、體積密度這兩個重要指標(biāo)上無法與高純鎂砂競爭〔1〕。美國、日本和西歐等國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)開發(fā)出高品質(zhì)的人工合成鎂砂，此類產(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)木盆地鹽湖鎂鹽儲量高達(dá)48.15億t，其中水氯鎂石儲量為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)行了對比。
1 石灰石—苦鹵法
1.1石灰石—苦鹵法工藝流程（見圖1）
脫碳水MgCl2·6H2O
↓↓
H2O石灰石 溶解
↓↓ ↓
洗石 酸處理←鹽酸
↓ ↓
輕燒 過濾
↓ ↓
消化 → 反應(yīng)
↓
過濾洗滌←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)的石灰石完全滿足工藝要求。（2）石灰消化后，用振動篩過濾，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)，此時反應(yīng)速度較快（反應(yīng)條件：PH＝9.8～11，溫度為50-60℃），然后過濾洗滌得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)注意的幾個問題
（1）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)物具有良好的過濾性能。MgCl2含量過高，反應(yīng)時產(chǎn)生的晶體顆粒較小，較細(xì)，過濾困難；MgCl2含量過低，反應(yīng)時產(chǎn)生的晶體顆粒較大，好過濾，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—苦鹵法工藝以價格低廉的石灰作沉淀劑，成本相對較低，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，過濾困難；（3）石灰沉淀劑本身雜質(zhì)含量高，石灰石煅燒過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〕針對上述問題曾對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，若直接排放會對鹽湖整個資源體系產(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（見圖2）
脫碳法→溶解←MgCl2·6H2O
↓
過濾
↓
氨化反應(yīng)←溶氨
↓
脫碳水→過濾洗滌→蒸氨←石灰乳
↓ ↓
輕燒 過濾
↓ ↓
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)注意的幾個問題
（1）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。溫度過低，則反應(yīng)進(jìn)行不完全；溫度過高會造成料漿黏稠，不易攪拌，濾餅中母液夾帶量大，使過濾操作困難，影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時氨損失大。實(shí)驗(yàn)證明，50-60℃為最佳操作溫度。（3）物料反應(yīng)時間直接決定著過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。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時反應(yīng)達(dá)到平衡時間較短，一肌為15min，過分延長時間不會增加轉(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；如果料液濃度過小，雖然生成的氫氧化鎂顆粒較大，粒漿易于過濾和洗滌，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，工藝過程較為簡單。該法優(yōu)點(diǎn)在于水氯鎂石溶液反應(yīng)時不受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濾問題。氫氧化鎂為膠狀沉淀，顆粒細(xì)微（1μm左右），難以過濾，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長時間保持在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，但二次煅燒過程能耗要比一步煅燒法高。無論采用哪種生產(chǎn)方法，燒結(jié)所要求的溫度都必須大于1800℃，這使得燒結(jié)過程能耗太大，產(chǎn)品成本增加，而且對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)界目前的一個研究重點(diǎn)〔9〕。
4 結(jié)語
制備高純度的氧化鎂，必須對原料的質(zhì)量嚴(yán)格控制；用氨法制備高純氧化鎂產(chǎn)品工藝簡單，產(chǎn)品綜合質(zhì)量較高，具有實(shí)際的應(yīng)用價格，應(yīng)在青海地區(qū)加以推廣；用氨法時，反應(yīng)溫度宜控制在50-60℃，n（鎂）：n（氨）＝1：1：2時，氫氧化鎂綜合質(zhì)量指標(biāo)較為理想；采用高壓壓球、延長球磨時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，對于降低高純鎂砂生產(chǎn)成本、節(jié)約能源都有積極的意義。