（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）水鎂石Mg(OH)2又稱(chēng)為氫氧化鎂石，是自然界中含鎂最高的礦物之一，它在世界范圍內分布不廣，產(chǎn)出比較稀少，在我國有較豐富的礦物儲量。水鎂石（Brucite）目前的應用范圍非常廣泛，除了經(jīng)過(guò)超細粉碎和表面改性后，作為阻燃劑或填料廣泛添加于塑料、樹(shù)脂等有機行業(yè)中，它還同時(shí)是制備氧化鎂、氯化鎂的原料之一。此外，水鎂石還在環(huán)保、造紙、制糖等各個(gè)方面都有著(zhù)廣泛的應用。
我國是世界上有限的幾個(gè)擁有水鎂石礦床的國家之一，開(kāi)展水鎂石的綜合應用開(kāi)發(fā)已成為迫切之勢，與國外相比，國內對水鎂石的應用研究還處于起步階段，應用領(lǐng)域還有一定的局限性，隨著(zhù)對水鎂石的研究的深入，將會(huì )有更多的應用水鎂石的領(lǐng)域被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
1、 水鎂石礦物的結構與組成
水鎂石是一種層狀結構的氫氧化物，屬于三方晶系，a =0.3125nm，c =0.472nm，解理（0001）極完全。水鎂石密度2.4g/cm3，莫氏硬度2.5，PH值較低（9.0）。水鎂石一般根據其成因、構造、選礦工藝可分為球狀型、塊狀型、纖維狀型。Ｘ-射線(xiàn)衍射圖譜分析特征值為：d（001）=4.77，d（101）=2.36，d（102）=1.79。
水鎂石呈白色，自然白度較高，可達90%以上，有時(shí)水鎂石含有雜質(zhì)Fe、Zn、Ni、Mn從而使水鎂石呈灰白色、淡綠色等。水鎂石含有結構水，在340℃開(kāi)始逐漸吸熱分解得到氧化鎂與水，這一獨特的性質(zhì)也是它作為阻燃劑和鎂質(zhì)高溫耐火材料的主要原因。
水鎂石是自然界中少見(jiàn)的含鎂較高的礦物，含鎂可達41.6%，同時(shí)水鎂石含水也比較高，約31%左右。國內外水鎂石的化學(xué)成份比較如下：
表１ 國內外水鎂石的化學(xué)成份（%）
| 成份 |
陜西 |
河南 |
遼寧（寬甸） |
加拿大 |
美國 |
| SiO2 |
0.24 |
0.10 |
0.91 |
|
0.39 |
| Al2O3 |
0.74 |
|
0.41 |
|
|
| Fe2O3 |
1.04 |
0.20 |
0.48 |
1.95 |
|
| MgO |
63.81 |
66.24 |
64.41 |
60.33 |
67.34 |
| FeO |
3.50 |
|
|
9.57 |
|
| Na2O |
0.10 |
|
0.06 |
|
|
| K2O |
0.06 |
|
0.06 |
|
|
| 燒失量 |
29.75 |
30.90 |
31.05 |
28.60 |
31.52 |
水鎂石礦物獨特的結構與組成決定了它的性能和使用功能，應充分結合水鎂石的特點(diǎn)，積極探索其開(kāi)發(fā)利用的新途徑。
2、 水鎂石的資源分布
水鎂石礦物的發(fā)現早在1919年，礦物學(xué)家對它的成分、結構、理化性能都作了較為詳細的分析和測試。水鎂石礦床就世界范圍來(lái)講并不多見(jiàn)，主要集中在俄羅斯、美國、加拿大、朝鮮等國。我國近年來(lái)相繼發(fā)現一些水鎂石礦產(chǎn)資源，如青海祁連黑刺洞、四川石棉尖石包、陜西寧強、河南西峽、遼寧的鳳城、寬甸等地，其中遼寧的水鎂石礦產(chǎn)資源比較好，其分布廣、質(zhì)量高，某些礦區質(zhì)量極為純凈，具有較高的開(kāi)發(fā)價(jià)值。在我國，陜西、吉林、遼寧三省的總儲量達一千萬(wàn)t，這些富饒的礦產(chǎn)資源，為我國在不同省區生產(chǎn)氧化鎂、氫氧化鎂和其它鎂化學(xué)品、鎂制品提供了充足的資源保證。鑒于我國有比較好的水鎂石資源，如何充分利用這些水鎂石資源，積極開(kāi)展水鎂石的綜合利用與深加工，具有深刻的現實(shí)意義。
3、 水鎂石的開(kāi)發(fā)與利用
３.1 阻燃劑
水鎂石由于其獨特的化學(xué)組成，在為數眾多的無(wú)機阻燃劑中，因為它具有阻燃抑煙、低腐蝕性、低毒性以及適中的價(jià)格而倍受關(guān)注。在無(wú)鹵阻燃劑中，Mg(OH)2和傳統的Al(OH)3都具有填充、阻燃、抑煙的三重功能，其阻燃機理一樣，基于脫水吸熱。它們在塑料燃燒溫度下，能分解出結晶水，吸收熱量，降低材料的表面溫度，減慢了材料的燃燒降解速度，這種脫水吸熱作用是阻燃的主要因素。結晶水揮發(fā)，水蒸氣稀釋火焰區氣體反應物的濃度是阻燃的次要因素。但氫氧化鋁的分解溫度較低（約300℃），因此在加工溫度高的聚合物中，顯示其固有的缺陷。而氫氧化鎂的分解溫度相對較高（約350℃），因此在一些熱裂性樹(shù)脂中，因其加工溫度較高，使用氫氧化鎂替代氫氧化鋁將是不錯的選擇。氫氧化鎂在塑料燃燒時(shí)出現較厚的炭化層，炭化層的生成阻擋了熱量和氧氣的進(jìn)入及可燃性氣體的逸出，使脫水稀釋?zhuān)鼰峤禍刈饔冒l(fā)揮更大效能。
據報道，目前世界阻燃劑消耗量接近百萬(wàn)噸，其中無(wú)機物占大約一半，因此氫氧化鎂有很大的發(fā)展空間，美國氫氧化鎂阻燃劑的年增長(cháng)率為15%，氫氧化鎂一直保持較高的需求。
目前國內生產(chǎn)氫氧化鎂阻燃劑主要有以下途徑：
（1） 利用NaOH和鹵水、鹵塊的反應，可制得高純度的氫氧化鎂，但成本高。
（2） 利用煅燒過(guò)的白云石和鹵水、鹵塊反應制得氫氧化鎂。
（3） 利用石灰乳和鹵水、鹵塊反應制得氫氧化鎂。
（4） 利用氨水和鹵水、鹵塊為原料制取氫氧化鎂。
由以上工藝，不難看出原料鎂含量低，工藝過(guò)程比較復雜，成本難以控制，難以滿(mǎn)足日益重視的環(huán)保和市場(chǎng)的需求。
表2 阻燃劑級氫氧化鎂企業(yè)標準
| 項目 |
一般工業(yè)級 |
阻燃劑級 |
| 原料 |
海水 |
水鎂石 |
海水 |
斜方云石 |
| 國別 |
日本 |
瑞士① |
中國連云港 |
瑞士② |
| MgO≥ |
62.0 |
65.0 |
|
39.7 |
| Mg(OH)2≥ |
— |
— |
92.0 |
|
| 水不溶物≤ |
— |
— |
|
|
| 酸不溶物≤ |
2.0 |
— |
|
0.2 |
| CaO≤ |
1.0 |
2.4 |
|
5.5 |
| SO42-≤ |
3.0 |
— |
|
|
| Fe2SO3≤ |
— |
0.35 |
|
0.01 |
| Cl-≤ |
3.0 |
(Na2O)0.20 |
|
|
| 燒失量 |
|
31.0 |
|
54.0 |
| 粒徑(μ) |
|
d50 2.3 |
3.0 |
d50 5.0 |
比表面積
(m2/g) |
|
>8.0 |
20~40 |
>10 |
| 水份≤ |
3.0 |
— |
|
|
世界上一些發(fā)達國家紛紛開(kāi)始研究直接利用水鎂石生產(chǎn)氫氧化鎂阻燃劑，其鎂含量高，工藝簡(jiǎn)單，成本低，近年來(lái)約1/3的氫氧化鎂阻燃劑來(lái)自于水鎂石加工產(chǎn)品。據報道，美國R Mc Minerals Inc.利用在A(yíng)rizona洲King man發(fā)現的水鎂石礦，建成一座水鎂石加工廠(chǎng)，年加工能力為2.5萬(wàn)t以上，該廠(chǎng)對水鎂石礦進(jìn)行選礦、粉碎和篩分處理，得到2μm~20μm細微粉并再經(jīng)過(guò)表面改性處理，作為無(wú)機抑煙型氫氧化鎂阻燃劑，提供給塑料行業(yè)應用。King man水鎂石礦儲量約為45萬(wàn)t~50萬(wàn)t，品位在90%以上。
由于我國水鎂石資源質(zhì)量較好，近年瑞士、美國等國家都從我國進(jìn)口水鎂石生產(chǎn)氫氧化鎂阻燃劑，因此，我們應加強水鎂石應用于阻燃劑的研究，充分發(fā)揮本土優(yōu)勢。
3.2 在環(huán)保領(lǐng)域中的應用
目前，可持續發(fā)展戰略已成為世界各國共同追求的目標，環(huán)境保護意識日益加強，綠色項目或環(huán)境友好項目更為人們所推崇。氫氧化鎂作為一種弱堿，具有緩沖性，且它的PH值較低，最高不會(huì )超過(guò)9.0，符合環(huán)保排放物PH值要求，是一種安全、無(wú)毒、無(wú)害的綠色中和劑。此外，氫氧化鎂活性大、吸附能力強，可吸附某些金屬離子。
水鎂石由于它的成分特點(diǎn)，可以作酸性廢水中和處理劑。它不僅在許多方面比傳統的堿類(lèi)物質(zhì)，如氫氧化鈣、氫氧化鈉等，有工藝上的優(yōu)越性，而且在生成物處理和排放方面可以大大降低成本。在水鎂石中和酸性物質(zhì)的過(guò)程中，即使使用過(guò)量，溶液的PH值也不會(huì )超過(guò)9.0，很容易控制。近年來(lái)，水鎂石在處理酸雨處理的土壤，調節土壤的PH值及中和酸性廢水方面有較大的需求。
水鎂石由于比表面積大、活性大、吸附能力強，可以從各種不同的工業(yè)排放物中吸附并除去對環(huán)境造成危害的重金屬離子，如Ni2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Cr3+和Cr6+等。用水鎂石脫除重金屬的工藝具有高效、簡(jiǎn)潔、成本低、操作安全等特點(diǎn)。
水鎂石還可以作為煙氣脫硫劑。水鎂石添加在鍋爐燃料中，可以減少高礬和高硫燃料對鍋爐的危害，降低二氧化硫和其它有害氣體的排放。將水鎂石深加工成為一種非沉降性和非凝聚性的活性氫氧化鎂，可有效地在煙氣脫硫領(lǐng)域中得到廣泛應用。
含酸廢水處理、重金屬脫硫、煙氣脫硫是水鎂石在環(huán)保領(lǐng)域的三大用途，隨著(zhù)人們環(huán)保意識的加強和對水鎂石的研究的不斷深化，水鎂石在環(huán)保領(lǐng)域的應用將不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，滿(mǎn)足國內和國際市場(chǎng)需求。
3.3 其它用途
水鎂石還可用于核電站中核反應堆的防護層，用作鎂質(zhì)焊劑、焊條涂料。國外還研制出用水鎂石細粉，經(jīng)過(guò)有機酸處理后，加入到燃油中，對含有S和V雜質(zhì)的燃料油燃燒產(chǎn)生的腐蝕起抑制劑的作用。水鎂石和碳酸鈣混合在800~1150℃煅燒的產(chǎn)物，可用在制糖工業(yè)上處理甜菜糖汁，作為脫色劑。纖維狀水鎂石與橡膠制成水鎂石礦纖維膠板，可以取代傳統的石棉膠板。
4. 結論
近幾年來(lái)，隨著(zhù)新水鎂石礦點(diǎn)的不斷開(kāi)發(fā)，對水鎂石資源認識的不斷深入，特別是無(wú)鹵阻燃劑的興起，使水鎂石在阻燃劑行業(yè)中的地位迅速提升，而且，由于從礦物直接加工成產(chǎn)品，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本低，有市場(chǎng)競爭力?，F在，水鎂石不僅在阻燃劑、制備氧化鎂、氯化鎂、環(huán)保領(lǐng)域等方面得到廣泛應用外，隨著(zhù)越來(lái)越多的科技工作者涉足水鎂石的研究領(lǐng)域，水鎂石將會(huì )得到充分的利用，水鎂石的深加工產(chǎn)品將進(jìn)一步提升水鎂石的利用價(jià)值，對我國水鎂石資源的開(kāi)采和生產(chǎn)具有重要的意義。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
