ИТС 21-2016 Производство оксида магния, гидроксида магния, хлорида магния

     1.1 Общие сведения о производстве оксида магния

1.1.1 Виды оксида магния

Оксид магния (окись магния, магнезия, MgO) является наиболее распространенным и важным для промышленного применения соединением магния, которое используют при производстве стали, огнеупоров, резинотехнических изделий, а также в строительной, кожевенной, химической, пищевой, фармацевтической, нефе- и газодобывающей и других отраслях промышленности. Магнезия - это в общем случае химически чистый оксид магния, известный также под тривиальным названием "периклаз". Температура плавления магнезии (периклаза) - 2825°C, температура кипения - 3600°C, плотность - 3,58 г/см, растворимость в воде при 30°C - 0,0086 г/100 см ([9]). Высокая температура плавления, а также химическая инертность и термическая стабильность определяют предпочтительное использование периклаза при производстве огнеупорных материалов, применяемых при высокотемпературных процессах в сталелитейном, цементном, известковом, стекольном производстве и при производстве цветных металлов.

Основными сырьевыми материалами для производства оксида магния в Российской Федерации являются два природных минерала: карбонат магния (магнезит, MgCO) и гексагидрат хлорида магния (бишофит, MgCl·6HO). Для производства высокочистого оксида магния в качестве природного сырья используют также минерал карналлит (MgCl·KCl·6HO).

Для производства оксида магния в промышленном масштабе в Российской Федерации применяют два основных принципиально разных технологических процесса или способа, основанных на применении различного природного сырья.

1) Первая технология производства основана на высокотемпературной реакции декарбонизации природного карбоната магния (магнезита) путем его обжига в специальных печах с получением целевого оксида магния. Данная технология имеет тривиальное наименование "сухой способ производства оксида магния" и позволяет в зависимости от условий обжига получать три основных товарных вида оксида магния: мертво обожженную магнезию (DBM), обожженную каустическую магнезию (CCM) и плавленую магнезию, или периклаз (FM). Указанные виды магнезии отличаются своими физико-химическими свойствами, в том числе химической чистотой. В зависимости от качества исходного природного магнезита и технологии подготовки и обработки сырья товарная магнезия содержит от 55 мас. % до 98 мас. % оксида магния (MgO).

Химизм данной технологии производства описывается следующей эндотермической химической реакцией декарбонизации (разложения) карбоната магния:

MgCO=MgO+CO

Основными примесями оксида магния, получаемого по этой технологии, являются диоксид кремния (SiO), оксид кальция (CaO), триоксид железа (FeO) и триоксид алюминия (AlO).

2) Вторая технология производства оксида магния базируется на предварительном получении гидроксида магния путем его осаждения путем взаимодействия сильной щелочи (гидроксида натрия или гидроксида кальция) с растворами хлорида магния (бишофита) и последующей дегидратации полученного и промытого от хлоридов гидроксида магния путем обжига в специальных печах. Данная технология получила тривиальное название "мокрый" способ производства оксида магния", поскольку ключевая стадия синтеза гидроксида магния осуществляется путем смешения двух водных растворов исходных реагентов: гидроксида натрия (щелочи, едкого натра) и хлорида магния (бишофита).

Химизм этого способа производства описывается двумя химическими реакциями, реализуемыми на двух последовательно осуществляемых технологических стадиях:

2NaOH+MgCl=Mg(OH)+2NaCl

Mg(OH)=MgO+HO

Получаемая этим способом магнезия характеризуется высокой чистотой и отличными потребительскими свойствами, однако, в отличие от магнезии, получаемой "сухим" способом, как правило, содержит в виде минорной примеси хлорид натрия и/или хлорид магния.

В настоящем справочнике НДТ рассматриваются оба способа производства оксида магния, реализованные в Российской Федерации в промышленном масштабе.

Оба способа производства позволяют получать три основных вида оксида магния:

- мертво обожженную, или мертво спеченную, магнезию (DBM);

- обожженную каустическую магнезию (CCM);

- плавленую магнезию, или периклаз (FM).

Однако "мокрый" способ производства оксида магния реализуется, как правило, только для получения высокочистой обожженной каустической магнезии различных марок.

Приведенные виды оксида магния отличаются не только условиями получения, но и своими физико-химическими и потребительскими характеристиками. Виды магнезии различаются и по своей химической чистоте. В зависимости от качества (природы) исходного сырья и способа производства товарный оксид магния содержит от 55% до 99% оксида магния (MgO). Основными примесями в товарном оксиде магния являются диоксид кремния (SiO), триоксид железа (FeO), оксид кальция (CaO), триоксид алюминия (AlO) или хлорид натрия (NaCl) (или хлорид магния (MgCl)). Эти примеси влияют на качество и потребительские свойства оксида магния. В обожженной каустической магнезии, получаемой "сухим" способом, как правило, содержатся значительные количества диоксида углерода (CO) или, точнее, примеси карбоната магния (MgCO) и карбоната кальция (CaCO).

1.1.1.1 Обожженная каустическая магнезия (CCM)

Обожженная каустическая магнезия является оксидом магния, в котором сохранена оригинальная модификация кристаллов, сохраняемая при обжиге при температурах в пределах 600°C-800°C и в которой имеются бреши в кристаллической структуре. Обожженная каустическая магнезия характеризуется высокой удельной поверхностью, и поэтому она по сравнению с мертво обожженной магнезией и плавленой магнезией характеризуется высокой активностью. Обожженная каустическая магнезия обычно представляет собой рыхлый, пористый порошок либо очень рыхлые кусочки. Обжиг карбоната магния или гидроксида магния при более высокой температуре (выше 1300°C) используют для получения различных сортов обожженной каустической магнезии. Типичные характеристики обожженной каустической магнезии Саткинского производства (ООО "Группа "Магнезит", Челябинская обл.) приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели обожженной каустической магнезии для применения в сельском хозяйстве

Обожженная каустическая магнезия производится также как продукт с наименованием "магнезия жженая техническая" по ГОСТ 844 в виде продукта одной из трех марок: А, Б или В.

Таблица 5 - Показатели магнезии жженой технической по ГОСТ 844