氧化镁是一种重要的无机化工产品,化学式为MgO,是镁的氧化物,是一种离子化合物,常温下为白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中,是冶镁的原料。广泛应用于化工、轻工、食品、医药、涂料、橡胶、电子、冶金、建材等行业,应用广泛、品种繁多,按加工方法可分为两大类:煅烧氧化镁和合成氧化镁。
物理特性外观:氧化镁通常为白色或灰白色粉末,无臭、无味、无毒。
熔点和沸点:熔点为2852℃,沸点为3600℃。
密度:密度为3.58g/cm³(25℃)。
溶解性:极微溶于水,不溶于酒精,但溶于酸和铵盐溶液。在水中溶解度随温度升高而增大,也受二氧化碳存在的影响。
光学特性:在可见和近紫外光范围内有强折射性。
化学特性碱性氧化物:氧化镁具有碱性氧化物的通性,能与酸反应生成盐和水1。
与水反应:与水缓慢作用生成氢氧化镁,但在一定条件下可加速反应1。
与二氧化碳反应:暴露在空气中,容易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁
加工方法
氧化镁按加工方法可分为两大类:煅烧氧化镁和合成氧化镁。
煅烧氧化镁一般以菱镁矿为原料在一定的设备和温度下经煅烧制得,中国菱镁矿资源较为丰富,使得煅烧氧化镁成为我国对外出口的大宗初级加工产品,由此也造成资源流失和污染问题,为此,国家对此加大了管控力度。
合成氧化镁以矿物或液体原料经一系列的化学转化与加工过程生产而成,其原料分固体矿物和液体原料两大类:固体矿物主要有水镁石、白云石、蛇纹石等,液体原料以海水、地下卤水、盐湖卤水为主。
生产工艺
氧化镁的生产工艺主要取决于成本、原材料等因素。
碳化法:白云石经煅烧、消化、碳化后得到碱式碳酸镁,再经热分解、煅烧、粉碎、风选制得轻质氧化镁。
气相法:将高纯度金属镁和氧反应生成晶核,再使颗粒成长,制得高纯度微粉氧化镁。
氧碱法:将轻质碳酸镁与钙氢氧化物反应得到氢氧化镁沉淀,再经煅烧得到氧化镁。
溴化镁法:将镁金属与溴反应生成溴化镁,再与水反应生成氢氧化镁,最后经煅烧得到氧化镁。
纯碱法:先将苦卤加水稀释至20°Be左右加入反应器,在搅拌下徐徐加入20°Be左右的纯碱澄清溶液,于55℃左右进行反应,生成重质碳酸镁,经漂洗、离心分离,在700~900℃进行焙烧,经粉碎、风选,制得轻质氧化镁产品。
碳酸法:将镁矿石与氢氧化钠反应生成碳酸镁,再经煅烧得到氧化镁。
氯化法:将镁矿石与氯气反应生成氯化镁,再经氨水反应生成氢氧化镁,最后经煅烧得到氧化镁。
氟化法:将镁矿石与氢氟酸反应生成氟化镁,再经煅烧得到氧化镁。
石灰法:将氯化镁溶液与煅烧石灰石(或白云石)灰乳反应生成氢氧化镁沉淀,再经煅烧得到氧化镁。
碳铵法:碳酸氢铵(或二氧化碳与氨)同氯化镁溶液反应生成碱式碳酸镁,经煅烧分解成氧化镁。
氨法:将水氯镁石(或老卤)与液氨(或氨水)反应生成氢氧化镁沉淀,经洗涤、烘干、煅烧得到氧化镁。
纯碱法:将卤水与纯碱反应生成碱式碳酸镁沉淀,洗涤、脱水后煅烧制得氧化镁。
氢氧化镁煅烧法:以除杂净化的硫酸镁溶液为原料,加入纯氨水沉淀出氢氧化镁,再经烘干、煅烧制得纳米氧化镁。
卤水-碳铵法:采用卤水与碳酸氢铵反应生成碱式碳酸镁,再经陈化、洗涤、干燥、煅烧制得硅钢级氧化镁。
海水制盐母液法:将海水制盐后的母液除去杂质后与碳酸氢铵混合,进行沉淀反应,再经离心脱水、烘干、煅烧制得轻质氧化镁。
纳米氧化镁常用的生产工艺:
水解法:将硝酸镁(Mg(NO3)2)溶解在去离子水中,加热至80-100℃,加入碱液(如氨水或碳酸氢铵)调节pH值,生成氢氧化镁(Mg(OH)2)。然后,将氢氧化镁分散并加入表面活性剂,通过超声波或机械搅拌将其分散成纳米尺寸颗粒,最后进行煅烧转化为纳米氧化镁。
水热法:将镁盐(如硝酸镁)溶解在去离子水中,加入碱性物质调节pH值,然后真空干燥得到固体样品。将固体样品置于高压容器中,在恒定温度和压力下进行水热反应,生成纳米氧化镁。反应结束后,进行过滤、洗涤和干燥处理。
气相法:将镁金属沉积在基底上,如石英玻璃片,然后在合适温度下煅烧形成镁蒸汽。将镁蒸汽与氧气或水蒸汽反应生成氧化镁气体,沉积在基底上形成纳米氧化镁薄膜。这种方法可以通过控制反应条件来控制纳米氧化镁的尺寸和形貌。
溶胶-凝胶法:将金属盐与氧化剂进行水解、缩聚和凝胶化反应,制备氧化镁凝胶。通过煅烧处理得到纳米氧化镁。
共沉淀法:将镁盐与沉淀剂(如碱金属盐)同时加入溶液中反应,通过沉淀形成纳米氧化镁。
微乳液法:利用微乳液体系中的成核和生长过程来制备纳米氧化镁颗粒
纳米氧化镁与普通氧化镁的区别
纳米氧化镁是一种新型功能精细无机材料,它的表面效应表现比较明显,即随着粒径的减小,氧化镁的表面积显著增大,表面能升高,体现出很高的反应活性,强吸附力,良好的低温烧结性等特点。
粒径和比表面积:纳米氧化镁的粒径达到纳米级别(如50nm或30nm),这使得它拥有极大的比表面积,从而在性能上区别于常规尺度的氧化镁1。由于其粒径小,表面能升高,表现出高反应活性、强吸附力和良好的低温烧结性2。
物理性质:纳米氧化镁具有高硬度、高纯度和高熔点,这些特性使得它在许多应用中表现出色
中国纳米氧化镁行业发展状况
氧化镁行业产业链上游包括菱镁矿、白云石、卤水、卤块等原材料;氧化镁因其低成本、高稳定性、易合成等优点,被广泛应用于工业及生活的各个领域,从具体领域来看,下游主要应用于耐火材料、冶金、食品添加剂、医药、橡胶等行业。
纳米氧化镁主要应用于耐火保温材料、铁氧体磁芯镀层、塑胶、制糖业、稀有金属铁矿石生产加工、成品油生产加工、电工技术、自然环境领域、饲料和食用添加剂、药业等领域。依据资料显示,纳米氧化镁中下游运用领域中,耐火保温材料占有率70%,其次为钢单晶硅片镀层占有率12.8%。
镁的来源
镁是一种金属元素,从含镁的矿石到金属镁抑或是耐高温的氧化镁,这项技术已经在世界工业生产领域一成不变地使用了近200年。镁资源类型丰富,分布广泛。除了储量丰富的固态含镁矿物,含镁蒸发型矿物(海水,卤水,盐湖)资源可谓是取之不尽。当前含镁资源储量完全可以满足人类对镁的需求量,甚至在未来的一段时间内都不成问题。天然卤水可以看作是一种可回收的资源,因而人类开采的镁在相对较短的时间内就会再生。
中国和俄罗斯拥有规模较大的镁加工设备。这两个国家生产了全球三分之二的氧化镁。日本,荷兰,美国三国主要从海水和卤水中提取镁,氧化镁产量约占全球总量的52%。澳大利亚,巴西,中国,伊朗,以色列,日本,韩国,墨西哥,挪威,俄罗斯,土耳其,英国,美国也生产电熔镁砂。
氧化镁应用
氧化镁广泛应用于钢铁、陶瓷、水泥、玻璃等需要高温炼制的耐火行业。氧化镁被世界定为保温材料之一,它的导热系数在0.07W/(m.k)以下,就其保温功能来讲是难得的保温材料。氧化镁还具有耐高温稳定性的特点,高温到1700℃分子结构不起任何变化,世界大部分炼钢炉中采用此种保温材料。氧化镁的纯度不同,生产出的产品会有高下之分。
纳米氧化镁具有良好的耐温性和绝缘性,优良月亮的光透过性,高传热性,比较大线膨胀系数,普遍作为持续高温耐热材料,在瓷器行业作为瓷器绀锅、基材等原料;在电子、家用电器行业作为带磁设备填充料、绝缘层材料及各类媒介。99%之上高纯氧化镁是当今社会上生产制造取向硅钢片比较好的化工厂原料。2014年在我国高纯氧化镁市场容量为10.84亿人民币,2021年在我国高纯氧化镁市场容量为15.16亿人民币,预估2024年中国高纯氧化镁市场容量有望突破18亿人民币。
市场需求
从全球角度来看,全球氧化镁供需市场基本平衡,且近年来呈现出稳定增长态势。2023年全球氧化镁市场销售额达到了457亿元,预计到2030年将达到528.3亿元,年复合增长率为0.5%。欧洲是第一大市场,约占43%的市场份额,其次是中国和日本。中国是全球最大的氧化镁生产国,过去几年里,其氧化镁产量持续稳定增加,年均复合增长率有望维持在3.5%左右
我国作为镁资源储量大国,在镁资源开采,镁产品开发等领域有着更为迫切的技术需求。近年来,随着科学技术的飞速发展,国内外对氧化镁的需求量越来越大。数据显示,2022年我国氧化镁行业需求量约为1989.1万吨,同比增长5%。目前我国氧化镁产品主要以出口为主,但不同用途的氧化镁产品,如高纯电熔氧化镁、电热器用氧化镁和纳米氧化镁等,仍然需要进口才能满足国内市场需求。数据显示,2022年中国氧化镁进口数量约为1.8万,同比减少10%;出口数量约为47.5万吨,同比减少1.66%。
伴随着氧化镁产量及出口量的突飞猛进,中国煅烧氧化镁产业进一步发展的诸多制约因素也逐渐显现。其一,由于多年近乎掠夺式的开采,优质镁矿资源的储量飞速下滑,优质矿石开采量逐年减少;其二,由于技术进步缓慢,高端氧化镁产品仍被国外生产商控制,特别是利用低品位菱镁矿制取高端氧化镁的技术仍没有取得突破,随着高品质菱镁矿的不断枯竭,镁砂产品质量不断下降;其三,中国的镁砂生产与出口企业一直呈现“散、多、小”的现象,行业秩序与标准不够完善。
在全球环境意识不断提高的背景下,可持续发展成为行业发展的重要方向。氧化镁作为一种环保材料,具有低污染性和可再生性等特点,在可持续建筑、废物处理和环境保护等领域有广阔的应用前景。行业将趋向于绿色生产和循环经济,以减少资源消耗和环境影响。
随着技术进步和市场需求的不断提高,对高纯度和优质氧化镁产品的需求将增加。这包括纯度更高、颗粒更均匀、晶体更完整的氧化镁产品。纳米氧化镁在电子、光学和医疗等领域有广泛的应用,因此发展高纯产品是市场的一个重要方向。研发创新氧化镁产品的生产工艺,是打破行业内同质化现象的重要措施,也是相关企业转型升级的必经之路。目前,国内的氧化镁产品无论是生产工艺、产品种类还是产能规模,相较于过去都有了大幅度的提升,这代表着国内的氧化镁行业的发展已经向前迈了一大步