海水镁砂的工艺原理

海水镁砂的工艺原理非常简单，但其工艺过程却比较复杂。因为海水并不是纯的镁盐溶液，而且找到十分纯净的石灰石或白云石也并不容易。生产海水镁砂需要大量处理海水，所以即使少量杂质带入，其影响也是很大的。如果海水镁砂不具有较高的纯度也就失去了优势。解决海水镁砂的纯度问题需要采取许多措施，因而其生产工艺也就比较复杂。

如图1为海水镁砂的工艺流程图，用泵抽取海水后，向管道内加硫酸在脱碳塔中脱除CO2，酸化的海水再进入海水预处理池脱除SiO2等杂质。经过处理后的海水进入反应器，与事先制备好的石灰乳充分反应生成Mg(OH)2沉淀。Mg(OH)2为胶凝物，沉淀极为困难，需向反应器中加晶种，促使Mg(OH)2结晶长大，加速沉降分离。为使沉降效果更好，在把Mg(OH)2絮状稀薄悬浮液打入沉降池时，向管道内加絮凝剂(聚丙烯酰胺)。沉淀的Mg(OH)2泥浆再进入洗涤池，用海水和清水两段逆流洗涤，浸出可溶性盐，然后把Mg(OH)2沉淀进行过滤，滤饼经轻烧、压球、死烧即成镁砂。

01原料

生产海水镁砂的原料主要是海水和石灰石。一般海水中物质的含量如表1所示。石灰石是海水镁砂中的SiO2、Al2O3、Fe2O3杂质主要来源。按理论计算，生产1吨镁砂需要2.5吨石英石，若石灰石中的杂质为1%，带入镁砂中则为2.5%。因此控制石灰石的质量特别重要。没有高纯的石灰石就无法生产出高纯的海水镁砂。生产MgO98%的镁砂，要求石灰石中的杂质含量在0.2%以下。

02脱碳

海水镁砂中CaO杂质含量的来源有三;海水、石灰和洗涤水。①海水脱碳海水中含HCO3-0.1397g/l，当加入Ca(OH)2时，HCO3-可与之反应生成CaCO3沉淀，从而对Mg(OH)2构成污染。为了阻止上述反应，必须预先除去HCO3-或CO32-。预先在海水中加入硫酸(酸法)或石灰乳(碱法)可达到脱碳目的。酸法更为常用。②尽量减少石灰中不溶于水的钙盐和残留CO2作为沉淀剂使用的石灰过烧时，CaO会与燃料灰分中的SiO2、Al2O3等形成不溶性盐，与Mg(OH)2—起沉淀，增加镁砂中的杂质含量。为提高石灰活性，应避免过烧，保留微量CO2(0.15%~0.3%)，但这部分CO2难以排除，一般均带入成晶镁砂中，增加CaO量0.25%~0.50%左右。③洗涤水软化洗涤Mg(OH)2滤饼用的淡水中也含有一定量的钙盐，特别是其中的Ca(HCO3)2也会反应生成CaCO3沉淀，增加镁砂中CaO含量，故淡水使用前要加硫酸处理。

03脱硅(SiO2)

海水镁砂中SiO2来自石灰石和海水。降低石灰石中SiO2含量的主要措施是稍选石灰石，限制SiO2含量，根据SiO2在石灰石中的赋存状态，有的可以在反应过程中脱除一部分。海水中的SiO2主要赋存于固体悬浮物中，脱除方法是从酸化海水预处理器底部加入一定量的石灰乳，先生成一部分Mg(OH)2沉淀在底部形成一个胶体滤层，海水通过时悬浮的SiO2质粘附在滤层上而被脱除。

04脱硼(B2O3)

在镁砂中B2O3的危害最为严重，在本站文章"B2O3对镁砂质量的影响及其脱除”将详细介绍。

05Mg(OH)2的生成反应及沉淀

Mg(OH)2生成反应是海水镁砂生产的重要阶段。要求生成粒度大小合适、沉淀性能这好的Mg(OH)2沉淀，力求石灰反应完全，防止其它物质与Mg(OH)2—起沉淀。

06洗涤与过滤

对Mg(OH)2沉淀进行过滤脱水。洗涤的目的在于洗除料浆中夹带的盐份MgCl2、NaCl等。

卤水镁砂

卤水是指矿化度大于50g/l的湖水、海水或地下水。盐场晒盐时盐析晶后的废液是一种浓度很高的卤水，它的镁离子含量远比海水高(约高50倍)，约为55g/l，用于生产镁砂时其处理量远比海水小。现今卤水镁砂厂所用卤水多直接取自盐湖，其中以色列与约旦交界处的死海中的卤水最为著名，其可溶性镁盐含量可达到30%。我国的卤水资源也很丰富，如青海、湖北、四川等地。表2为一般盐湖卤水(水氯镁石)的化学成分，若卤水进一步提取KCl和Na2SO4之后，其Mg2+含量更高。由卤水生产镁砂的方法常用的有沉淀法和热分解法。

01沉淀法制取卤水镁砂

卤水镁砂由沉淀法制取的原理与海水镁砂相同。海水镁砂的工业化生产历史己有六十多年，但卤水镁砂却因存在一些难点而发展较迟。沉淀法由卤水制取Mg(OH)2的主要困难是;高浓度卤水同消石灰Ca(OH)2反应易形成胶状沉淀，难以过滤分离，而且Mg(OH)2夹带和吸附杂质较多，纯度难以保证。

通过多年的研究，克服了卤水镁砂工艺中的一些困难，七十年代世界沉淀法卤水镁砂工业迅速发展，MartinMarieta公司在美国密执安州，Billiton公司在荷兰Veendam分别扩建和新建了沉淀法卤水镁砂工厂。

九十年代初，我国采用沉淀法以浓CaCl2介质、高浓度卤水原料、高分散石灰乳、控制pH值、洗涤水回收等工艺措施，经小规模试制取得了较好的结果，工艺过程简化、Mg(OH)2沉降性能好且极易过滤分离，滤饼含水率低，淡水用量少，得到的卤水镁砂含量MgO98.97%，CaO/SiO2比值3.62，B2O3含量是0.017%，体积密度达到3.48g/cm3。

02热分解法制取卤水镁砂

热分解法制取卤水镁砂就是将卤水浓缩液(MgCl2)喷入1000℃的热解塔中使MgCl2与蒸汽反应生成MgO与盐酸，经洗涤脱除可溶性盐，制成Mg(OH)2，再经过与海水镁砂相似的工艺处理即可制得纯度极高的镁砂。

上述工艺过程也称作阿曼工艺，是由以色列死海方镁石公司在二十世纪七十年代初建立并投入工业化生产的，目前生产能力为每年7万吨。阿曼工艺主要得益于死海卤水中的高Mg2+含量。

阿曼工艺的核心是喷雾焙烧系统对MgCl2的热分解。这种水解反应仅需要一种原料：浓缩的卤水(死海海水)，利用干净的能源可生产两种产品：镁砂和盐酸，而传统的沉淀法工艺霈要两种原料：卤水(或海水)和石灰(或轻烧白云石)。石灰石或白云石为矿物原料，含有相关杂质SiO2、Fe2O3和CaO;海水中的B2O3不可避免地污染镁砂，但阿曼工艺生产的镁砂产晶不含这些杂质，Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量—般为100ppm~200ppm，总的含量为500ppm，CaO的含量在0.4%~0.6%范围内变化，并可根据需要进行调整，因此镁砂的纯度可达到MgO99.5%，总的纯度(MgO+CaO)为99.95%，是目前世界市场上最高纯的镁砂。产晶中不含硼并几乎测不出SiO2，减少了海水镁砂中常见的晶界杂质相，直接结合程度极高。表3为阿曼工艺制取的烧结和电熔卤水镁砂的典型性能。