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水菱鎂石

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水菱鎂石是屬於世界上少見的一種天然水合鹼式碳酸鎂,俗稱“鎂白”。 [3]  質地潔白,硬度中等,呈不透明白堊粘土狀的集合體。 [4]  礦石雜質含量很低,主要有碳酸鈣、氧化鐵以及二氧化硅等。 [2] 
以水菱鎂礦為原料生產的鎂質產品,已被廣泛應用於化工、建材、耐火材料、陶瓷、石油、醫藥、農業和環保等領域。 [3] 
中文名
水菱鎂石
外文名
Hydromagnesite
別    名
水合鹼式碳酸鎂
化學式
3MgCO3•Mg(OH)2•3H2O [1] 
分子量
365.31 [1] 
密    度
2.236 g/cm³ [2] 
折射率
1.524 [2] 
莫氏硬度
3.5 [2] 
熔    點
730 ℃ [2] 
晶體結構
單斜晶系 [2] 
CAS登錄號
12275-04-6 [1] 

水菱鎂石特點

(1)含鎂量高——在當前已經探明的含鎂非金屬礦物中,水菱鎂石的含鎂量位居第四,僅次於水鎂石(Mg(OH)2)、菱鎂礦(MgCO3)和鎂橄欖石(Mg2SiO4)。 [3] 
(2)儲量豐富——在我國青藏高原鹽湖地區有多處水菱鎂礦礦牀。僅在西藏班戈湖地帶,水菱鎂礦儲量就在1億噸以上,屬於大型礦牀,也是在西藏鹽湖種儲量最高的4種礦物之一,具有重要的工業開發價值。 [3] 
(3)雜質含量低——煅燒產物除原有雜質外,主要為氧化鎂以及氣體CO2和水,是環境友好型產品。其中的原有雜質CaCO3、Fe2O3、SiO2含量很低,對其應用一般不產生影響。如需製備高純產品,因其雜質含量低,也較容易去除,因此水菱鎂礦是製備鎂質材料的天然優質礦產資源,具有很好的開發前景和使用價值。 [3] 

水菱鎂石熱分解特性

當升温到 340℃時,水菱鎂石結晶水全部失去,並開始失去部分結構水;當升温到477℃時,結構水全部脱出 , 開始分解失去部分二氧化碳;當升温到 727 ℃時 ,碳酸鎂全部分解完畢,餘下43.84%為 氧化鎂。該樣品灼燒減量56.16%,包括結晶水、結構水及分解 二氧化碳總量 。 [5] 

水菱鎂石阻燃機理

(1)分解釋放出的水吸收大量熱量,從而降低了阻燃聚合物材料表面火焰的温度,延緩其降解或使之難燃;
(2)產生的大量水蒸氣和CO2可以覆蓋火焰,降低燃燒區可燃氣體和氧氣的濃度;
(3)分解生成的產物是氧化鎂保護膜,在聚合物表面起着熱傳質屏障層的作用;另外氧化鎂還可以中和燃燒過程中所產生的酸性和腐蝕性氣體;
(4)水菱鎂石除了自身分解產生CO2還可以把聚合物分解產生的CO轉化成CO+,從而減少有毒可燃性氣體的產生。由此可知,水菱鎂石對於導致燃燒的三個必要條件(氧、熱和可燃物)均有抑制作用。
(5)新生的耐火金屬氧化物(MgO)具有較高的活性,它會催化聚合物的熱氧交聯反應,在聚合物表面形成一層炭化膜,炭化膜會減弱燃燒時的傳熱、傳質效應,從而起到阻燃的作用。另外,此類氧化物還能吸附煙塵顆粒,起到抑煙作用。

水菱鎂石應用

水菱鎂石在電線電纜中

水菱鎂石可以用來填充在電線、電纜的聚氯乙烯、聚烯烴、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚酰胺中,起到阻燃的作用。與氫氧化鋁等協同復配,可以得到阻燃性能更好的複合阻燃材料。 [4] 

水菱鎂石在橡膠中

水菱鎂石在橡膠製品中能夠進行補強,折射率為1.524,與天然橡膠等接近,可以滿足透明或半透明橡膠製品的需要。水菱鎂同時具有彈性大及耐熱抗老化性能,可用在球膽、輪胎、膠帶、膠管等橡膠中。 [6] 

水菱鎂石在防火塗料

水菱鎂石與成炭劑協同作用,使塗層在受火時膨脹發泡而形成均勻、堅固、緻密的隔熱層。分解釋放的水蒸氣和二氧化碳既能吸收熱量,又可以使炭化層膨脹倍數增加,對延長防火塗料的耐火時間有非常大的作用。

水菱鎂石製備氧化鎂產品

天然水菱鎂礦石經預處理、煅燒、粉碎、90℃水合、碳酸化、熱解、沉澱、再煅燒等加工流程可以製得高活性氧化鎂粉末。此外,水菱鎂礦石經預處理、化學方法加工後可製得輕質氧化鎂。根據各領域的需要,可製得普通級輕質活性氧化鎂、硅鋼片專用氧化鎂、納米級氧化鎂、醫用級氧化鎂、磁性氧化鎂、納米氧化鎂保護膜等。 [3] 

水菱鎂石用作煙氣脱硫劑

因水菱鎂石與菱鎂石、水鎂石等主要成分相近,易溶於包括硫酸、鹽酸、硝酸等許多無機強酸中,故水菱鎂石可用作煙氣脱硫劑。 [7] 

水菱鎂石主要用途

主要用作耐火材料、建材原料、化工原料和提煉金屬鎂及鎂化合物等。
參考資料
  • 1.    水菱鎂石  .蓋德化工網[引用日期2023-02-08]
  • 2.    賈宇琛.水菱鎂礦及協效劑在 EVA 中阻燃性能研究.北京:中國科學院大學,2021.
  • 3.    黃建翠.水菱鎂礦的綜合利用——納米氧化鎂、納米氫氧化鎂的製備及在重金屬廢水處理中的應用.上海:華東師範大學,2020.
  • 4.    尹洪偉.水菱鎂石的阻燃作用與機理及其無滷阻燃材料的研究.哈爾濱:哈爾濱理工大學,2019.
  • 5.    胡慶福,宋麗英,胡曉湘.水菱鎂石開發與利用.無機鹽工業,2005,37(11):44-46.
  • 6.    莫雲澤.一種天然水菱鎂阻燃劑橡膠複合材料及其製備方法.2022.
  • 7.    王彥斐,李瑛,李澤昕,等.水菱鎂作為脱硫劑的可行性及實驗研究.中國水運,2019,19(8):246-247.