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【概述】
氧化鎂作為無機耐火材料的構成部分。在醫藥、燃料、橡膠、試劑、飼料、 塑料的添加劑、熔融氧化鎂絕緣材料、氯氧鎂水泥、化肥、接觸劑和造紙等領域 都有較多應用。在保護環境上去除在煙道脫硫和廢水處理。此外，氧化鎂是加工合成鎂基化合物的原料。
【理化性質】
氧化鎂的化學式為MgO，無毒、無臭的白色疏松粉末，密度3.58g/cm3。常溫下，氧化鎂難溶于純水和有機溶劑，能溶于酸和銨鹽溶液。熔點為2800℃，沸點為3600℃，具有高度耐火絕緣性，介電常數在9-10之間。氧化鎂以游離形態方鎂石礦存在于自然界中，是冶鎂的原料，俗稱苦土、燈粉、鎂砂、鎂氧等。
【分類】
（1）從使用用途來看，產品劃為“化學級氧化鎂”和“耐火材料級氧化鎂”兩種。其中，耐火級幾乎全部用在鋼材冶煉過程中高爐等的耐火材料，耐火磚制造等;二是化學級氧化鎂。化學級的氧化鎂主要用作藥品、肥料、食品、建筑材料、鍋爐添加劑、飼料添加劑和鎂基潤滑油、水處理劑等。化學級氧化鎂占比很小但逐年增長。純度高的氧化鎂可作為半導體的密封材料、陶瓷原材料，和各種絕緣材料中使用的填料等。目前國內外開始深入研究這種“密度高、純度高和強度高”的耐火材料。日本也使用鎂碳磚在交流電爐的渣線部位和熱點部分，使使用壽命成倍提高，同時，近些年直流電爐爐底也發展成全部使用鎂碳磚。我國把重點也應放在生產高附加值的產品。
（2）以物質形態進行分類。現階段，市場上的氧化鎂產品可分為：顆粒粉末狀、自由流動性、非燒結性和粗粉狀幾類。產品中不同程度存在低量雜質，低溶點和少許變色的特性。由于存在雜質，尤其是當硼等雜質混在氧化鎂當中時，氧化鎂難于滿足電器絕緣體高溫要求，會造成產品的絕緣性質的缺失，最終難以起到絕緣效果。
【制備方法】
1.鹵水碳銨制備法。以高鎂鹵水為原料,采用碳酸氫銨法生產氧化鎂。將鹵水預處理經沉淀、過濾洗滌,把濾液蒸發、冷卻、烘干,再經煅燒、粉碎制得氧化鎂。
圖1為鹵水碳銨制備法的反應式
2.以白云石為原料,用二次碳化法制備氧化鎂。先把白云石煅燒,生成氧化鎂、氧化鈣。經水消化得Mg(OH)2和Ca(OH)2。第一次碳化使Mg(OH)2生成MgCO3和Mg(HCO3)2,使Ca(OH)2生成CaCO3。將得到Mg(HCO3)2,熱解成MgCO3沉淀,將沉淀物置于水中進行第二次碳化,使MgCO3生成Mg(HCO3)2。經熱解過濾、洗滌、煅燒使MgCO3生成高純氧化鎂。
3.以海水為原料。通過向海水中加入堿性物質(如氫氧化鈣),使鎂離子沉淀析出,煅燒即得氧化鎂。
4.合成氧化鎂。即用不同的化工原料(如工業氯化鎂和純堿),反應制得氧化鎂。上述氧化鎂制備方法,存在工藝繁瑣(如方法1)、不適合連續大量生產(如方法3)、原料不易得或相對昂貴(如方法4)等缺點。而且混凝土用氧化鎂的膨脹性能、活性等要可控,這是上述方法所難以達到的。
5.菱鎂礦碳化制備法。菱鎂礦經煅燒,生成氧化鎂的影響因素有煅燒溫度、保溫時間、升溫速率等。同條件下制得的樣品,比表面積越大說明顆粒越小,與水接觸面積越大,越易水化,活性越高;反之,比表面積越小說明顆粒越大,與水接觸面積越小,越難水化,活性越低。煅燒溫度越高,生成的MgO顆粒的比表面積越小,MgO的活性越來越低。一般煅燒溫度在1200℃以上時,生成的MgO已經接近結晶完好,結構致密,常溫下與水反應活性很低。保溫時間越長,小顆粒的MgO在分子內聚力的作用下結合成大顆粒,使表面積變小。升溫速率越快,比表面積越大。因為升溫速率快,有利于保存不完整、畸變、有缺陷的晶粒,使其沒有時間生成規則的晶粒。而升溫速率慢,則有缺陷的MgO晶粒有充分的時間向規則的、完整的MgO晶粒轉化。
圖2為菱鎂礦碳化制備法的反應式
【測定方法】
1.氧化鎂含量的測定 氧化鎂含量的測定一般采用化學物相分析法。化學物相分析法指的是在醋酸甲酯作為介質的溶液中,游離MgO可溶于醋酸。在同一介質中菱鎂礦基本不溶于醋酸,而滑石則完全不溶。用醋酸甲酯-醋酸作為選擇性溶劑,在適當的條件下浸取氧化鎂粉,使其中的游離MgO、CaO溶解,將溶液與不溶殘渣分離后,用EDTA滴定,即可得到游離MgO的量。化學物相分析法測定的MgO含量在一定程度上反映了游離MgO活性大小。
2.氧化鎂活性的測定 用于氧化鎂活性測定的EDTA滴定法、熱分析法、Cl-測定法已不常用,現在報導較多的測試方法有:比表面積法、碘吸附法、物相分析法及動力學分析法,其中動力學分析方法在水工中應用較廣。使用的中和酸一般為乙酸或檸檬酸。以檸檬酸為中和酸的方法為:稱取1.7gMgO倒入燒杯中,加入200mL蒸餾水和5滴酚酞指示劑,用集熱式磁力攪拌器攪拌,用變壓器控制攪拌速度恒定,用移液管加入一定量的檸檬酸溶液,在松開移液管的同時開始計時,計下從加入酸后至酚酞變紅所需的時間。此時間即用來表征氧化鎂的活性,時間越長,活性越差,水化反應越慢。
【用途】
氧化鎂作為無機耐火材料的構成部分。在醫藥、燃料、橡膠、試劑、飼料、塑料的添加劑、熔融氧化鎂絕緣材料、氯氧鎂水泥、化肥、接觸劑和造紙等領域都有較多應用。在保護環境上去除在煙道脫硫和廢水處理。此外，氧化鎂是加工合成鎂基化合物的原料。
1.工業級輕燒氧化鎂 分屬不同類別的氧化鎂應用在工業上用途也不完全相同。輕質氧化鎂即為工業級氧化鎂，在耐火材料、搪瓷、陶瓷等制造上都有應用；可作為橡膠、人造纖維中的催化和促進劑。主要用在菱鎂制品的加工生產。氯化鎂與輕燒氧化鎂水溶液按照特定比例配合，可硬化膠凝制成菱鎂水泥，因其具有輕質高強、防火隔熱、節能環保等優勢，在市政、建材、機械、農業等領域均可應用。
2.高級折疊潤滑油級氧化鎂。 其應用領域:加工高級潤滑油中主要用作抑釩劑、清潔劑、脫硫劑，大幅度提升潤滑膜流變性和致密性。通過除汞脫鉛減少燃油或潤滑油廢棄物對環境污染的影響，氧化鎂經表面處理也可做煉油工藝中的載體、螯合劑、絡合劑。為消除重油中由釩酸造成對爐膛的損傷可以在燃燒重油時加入MgO。電熔氧化鎂。電熔氧化鎂分為多晶和單晶兩種。單晶產品應用在紫外線領域，可作為紫外攝像和銀鹽感光透鏡的材料等；在可見光領域作為特殊的光學儀器和一般攝像上；而在紅外光領域亦可用作濾波和濾光器等，在耐火材料方面也有應用。多晶產品用在高溫熔煉爐和超高等級特種熔爐的制作材料。
3.電熔氧化鎂 在我國的歷史較長并大部分用于出口。而涉及氧化鎂材料制造的廠商有數百家之多。然而，電熔氧化鎂的生產在中國較世界發達國家處于低下水平。
4.食品級氧化鎂。 其應用領域:用在色澤穩定劑、食品添加劑、食品的鎂元素的補充劑、pH值調節劑作為保健品。砂糖精制時用做脫色劑。也可添加到小麥粉、巧克力奶粉、糖粉等食品中充當抗酸劑和抗結塊劑。
5.醫用級氧化鎂。 應用領域:應用在醫藥行業一是作為制作鎂類藥物的主要原料，直接用在中和胃酸類的藥物制造上；二是作為鎂化合物的輔助原料而用在醫藥行業領域內。可用作脫鉛、抗酸、脫硫、吸附、絡合助濾等藥劑當中、PH調節劑醫療上用作輕瀉劑和抗酸劑，治療十二指腸潰瘍病或者胃潰瘍，緩解胃酸分泌過多。中和胃酸緩慢不會產生二氧化碳和效果持久且作用強的特點。
6.高純鎂砂。 因具備優良的抗腐蝕性、高溫抗折和抗渣性能，可使用在煉鋼爐爐襯上提升其使用壽命，是制造不定形耐火材料的優質原材料。還可作為燒結助劑和陶瓷原料及熱絕緣材料和熱電偶，在醫療器械、冶金、國防、化工、建材等領域有廣泛的應用。
7.硅鋼級氧化鎂。 應用領域:可用作制作取向硅鋼片，但前提滿足如下特殊的性能條件：第一，化學純度要高，純度要求超過98%；第二，為了便于涂布需在水中懸浮要有良好性能；第三，減少生成鎂的氧化物幾率其水化率要低，此項作為考查硅鋼氧化鎂的主要指標；第四，具備一定的活性；第五，氧化鎂的漿液要具備較強粘結性。這樣，在摩擦和強振動后氧化鎂在硅鋼片表面不會脫離鋼板。特種產品粒徑具備特定的范圍，具備較好的在水中的懸浮性能和水化率低的優點，是生產取向硅鋼片時的退火高溫隔離劑。它在取向硅鋼片表層起作用時，可在硅鋼片表層形成優良的絕緣涂層，使硅鋼片的絕緣性能得以提升，使硅鋼片的鐵損減少。另外，特種硅鋼級氧化鎂亦可用做化工材料，電子工業和密封陶瓷材料。在中國，華東師范大學率先研發硅鋼級氧化鎂，最終實現工業化生產，武鋼長期應用在取向硅鋼片生產上，實現對日本進口產品的替代，其水化率以及氧化鎂含量等多項指標均優于日本同類產品[20-21]。可在硅鋼片表面形成一層良好的導磁介質和絕緣層，從而克服和抑制變壓器內硅鋼鐵芯的集膚效應損失(簡稱鐵損)和渦流，提升其絕緣的性能，可作為高溫退火隔離劑。
8.電工級氧化鎂。 應用領域:于20世紀60年代開始在中國生產應用，隨著增加電熱器等產品的出口，使得絕緣材料（氧化鎂）的需求量呈逐步上升。目前，國內利用電工級氧化鎂在表層填加有機硅聚合物進行處理，大幅度提升了其耐水化性能，與發達國家在防潮性能上也可匹敵。通過添加稀土金屬氧化物、鋁和硼的氧化物、氧化鐵、層狀硅酸鹽類等添加劑，然后經過熱處理工序，從而使耐高溫方面性能增強，最終獲得質量較高的電熱用氧化電熔鎂砂，使其電學性能得以提高。
9.活性氧化鎂。 活性氧化鎂依活性可分為低、中、高三檔。活性氧化鎂主要是橡膠的活化與促進劑，或者添加于紙張、油漆、塑料和粘結劑當中；醫藥上可用作緩瀉劑和抗酸劑，用于治療十二指腸潰瘍病或者胃酸分泌過多；也可應用于氧化鎂水泥、高級保溫材料、陶瓷及玻璃等的加工原料。
10.高級電磁級氧化鎂。 應用領域:用在無線高頻導磁順磁材料、調頻元件、磁棒天線的磁芯等。替代鐵氧體。也可用在制作復合超導磁材料上，也可應用在電子磁性行業。也是理想的工業陶瓷和搪瓷原料。
11.納米氧化鎂。 作為一種較為新型且功能精細化材料，是伴隨納米材料技術的更新發展而產生的，具備區別于本體材料的物理和力學等特殊性能。納米氧化鎂因其具備較好的穩定性和較大的表面積，可用作低碳醇和負載型甲醇合成時催化劑的載體，能優化催化劑的自身性能。其合成的復合材料具備優良的微波吸收系數，可作為醫藥品擦光劑或香粉、紙張、油漆等材料的填充劑。采用粉體超細氧化鎂，無需加入燒結助劑便可做到低溫燒結，制成細晶陶瓷致密度高，具備研發為高腐蝕、高溫等特殊條件下應用的先進尖端材料的發展前景。粉體超細氧化鎂亦可以作為生產質量較高納米相陶瓷和各多種電子產品的輔助原材料。
12.高純氧化鎂。 應用領域:高溫條件下其具備優良的電絕緣性和耐堿性。高純氧化鎂導熱率和具有優良的光透過性，熱膨脹系數高。廣泛應用作耐熱高溫材料。在陶瓷領域內可用于基板、透光性陶瓷坩堝等的原料。在電氣領域、電氣材料用在絕緣材料和磁性裝置填料以及各種載體。在用作陶瓷基板時比氧化鋁導熱率高多達2倍以上，而電解質的損失量同等條件下僅為氧化鋁的1/10。純度超過98%的產品才能稱為高純氧化鎂，中國工業級氧化鎂要求的純度較低，但不會低于95%。因其應用領域廣，純度高，在通訊、電力、橡膠、電子、冶金等行業都有應用。所以，高純氧化鎂實現量產可為航天、電子、高級陶瓷及國防等高精產業的發展提供強有力的推動力。與其他國家相比，中國高純氧化鎂的生產與開發具有低O、Cl、B、CaO的優勢，這對處于世界領先地位提供保證，使其在世界上鎂鹽工業生產上占有一定地位，為中國研究和生產高純氧化鎂提供堅實的基礎。
【主要參考資料】
[1]崔鑫,鄧敏.氧化鎂制備方法、活性與水化測定方法綜述[J].硅酸鹽通報,2008(01):136-141.
[2]鄧立佳. 利用海城菱鎂礦制備高純氧化鎂研究[D].遼寧科技大學,2016.
[3]李茹. 氧化鎂粉體的制備與改性及其絕緣性能[D].內蒙古工業大學,2013.