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氧化鎂
鎂的氧化物，冶鎂的原料
氧化鎂（英語：Magnesium Oxide），無機(jī)化合物，屬于鎂的氧化物。氧化鎂也屬于離子化合物，由鎂離子和氧離子以1:1的比例構(gòu)成，化學(xué)式表示為MgO，摩爾質(zhì)量為40.304 g/mol，在自然界中作為礦物周長石出現(xiàn)。氧化鎂是堿性氧化物的一種，常溫下表現(xiàn)為白色或米黃色粉末，無臭無味無毒，密度為3.58 g/cm3。氧化鎂難溶于純水，但是由于CO?的存在，水中的溶解度增大到9 mg/100 mL(30 °C)，能溶于酸和銨鹽溶液。氧化鎂在常溫下能與水、二氧化碳、強(qiáng)還原性單質(zhì)等發(fā)生作用。氧化鎂產(chǎn)品種類非常豐富，根據(jù)密度的不同可以分為兩類：重質(zhì)氧化鎂和輕質(zhì)氧化鎂。許多新式氧化鎂產(chǎn)品如納米氧化鎂等被開發(fā)并進(jìn)入市場中。制備氧化鎂的方法主要有白云石碳化法、老鹵——碳銨法、菱鎂礦煅燒法、鹽泥制取法和水氯鎂石熱解法等。氧化鎂廣泛應(yīng)用于陶瓷、耐火制品、各種粘合劑、油漆填料、橡膠促成劑與活化劑以及醫(yī)藥、建筑、食品等行業(yè)。
基本信息
中文名
氧化鎂
英文名
Magnesium Oxide
拼音
yǎnɡ huà měi
CAS號
1309-48-4
性質(zhì)
化學(xué)式
MgO
結(jié)構(gòu)式
摩爾質(zhì)量
40.304 g/mol[6]
外觀
白色的固體粉末
密度
3.58 g/cm3
熔點(diǎn)
2800 °C
沸點(diǎn)
3600 °C
溶解性
在水中（含CO?），9 mg/100 mL(30 °C)
危險(xiǎn)性
NFPA 704
健康危害等級：1（可能引起明顯的刺激和危害）
可燃等級：0（一般情況下不會燃燒）
穩(wěn)定性等級：0（即使在火災(zāi)條件下，通常也很穩(wěn)定）
自然分布
氧化鎂的主要自然來源之一是菱鎂礦。菱鎂礦是一種含鎂的碳酸鹽礦物，主要成分為MgCO?、MgO等，其主要脈石礦物包括滑石、石英和白云石。中國是全球菱鎂礦消費(fèi)量最多的國家，消費(fèi)總量占全球總消費(fèi)量的66％～70％。
白云石礦也是氧化鎂的來源礦產(chǎn)之一，常存在于裸露的高地，有利于大規(guī)模開采。白云石礦的主要成分為MgO、CaO、SiO2、Fe2O3，其中MgO平均含量占比21.29%、CaO占比30.42%，屬儲量大、品質(zhì)好的礦產(chǎn)資源，潛在價(jià)值巨大。
蛇紋石[Mg?Si?O??(OH)?]因其富含鎂的特點(diǎn)也被用于作為氧化鎂的來源礦產(chǎn)。蛇紋石是輝石和橄欖石在熱液變質(zhì)過程中的典型蝕變產(chǎn)物，鎂含量占比一般為43.6%。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
氧化鎂晶體
氧化鎂的化學(xué)式為MgO，屬于離子化合物，屬于立方晶系，晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。MgO晶體結(jié)構(gòu)屬于NaCl型，空間群為Fm?3m，晶格常數(shù)為4.212 ?，禁帶寬度為7.8 eV。該晶胞共含有4個(gè) Mg2?離子和4個(gè)O2?離子，其中每個(gè)Mg2?離子與相鄰的六個(gè)O2?離子組成一個(gè)八面體結(jié)構(gòu)，O2?離子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心處。主要晶面取向?yàn)椋?11）、（200）、（220）。
溫度對氧化鎂的晶體結(jié)構(gòu)的影響
隨著煅燒溫度的升高，氧化鎂的結(jié)構(gòu)會被改變。開始時(shí)，氧化鎂由大小不均勻的球狀結(jié)構(gòu)變?yōu)橐?guī)則的立方結(jié)構(gòu)。隨著溫度越來越高，擴(kuò)散、傳質(zhì)等作用增大導(dǎo)致了小顆粒聚集成大顆粒。等到1500℃后，氧化鎂顆粒大小趨于一致且表面顯得非常致密光滑。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
氧化鎂是堿性氧化物的一種，擁有常規(guī)堿性氧化物的共同性質(zhì)。氧化鎂為固體白色粉末，無臭無味無毒。氧化鎂分子式為MgO，摩爾質(zhì)量為40.304 g/mol，密度為3.58 g/cm3，熔點(diǎn)為2800 °C，沸點(diǎn)為3600 °C，蒸氣壓約為0 mm Hg。氧化鎂難溶于純水，但是由于CO?的存在，水中的溶解度增大到9 mg/100 mL(30 °C)，能溶于酸和銨鹽溶液。
化學(xué)性質(zhì)
氧化鎂與水緩慢作用生成氫氧化鎂。
氧化鎂能溶于二氧化碳水溶液中，生成碳酸氫鎂；氧化鎂在空氣中也能逐漸吸收水分和二氧化碳。
在高溫條件下，氧化鎂能被氫氣或強(qiáng)還原性單質(zhì)、合金還原成金屬鎂。
氧化鎂能與各種酸發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽和水。
氧化鎂與鹽類化合物和酸性氧化物也能發(fā)生反應(yīng)。
制備方法
白云石碳化法
白云石碳化法制備氧化鎂主要包括五個(gè)步驟：（1）煅燒、（2）消化、（3）碳化、（4）熱解和（5）煅燒等。白云石碳化法工藝簡單、成本較低，在工藝上比較成熟，但存在生產(chǎn)條件難以控制、鈣鎂分離困難等問題。此外，白云石碳化法還可用來制備納米氧化鎂，得到的納米氧化鎂產(chǎn)品分散性良好、粒度分布均勻、平均粒徑≤100nm。
老鹵——碳銨法
老鹵——碳銨法制備氧化鎂的方法與傳統(tǒng)工藝相比，具有過程易于控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、純度高、高鎂低鈣低氯的顯著優(yōu)點(diǎn)。其中，老鹵為生產(chǎn)硫酸鉀的鹵水，主要成分是MgCl?和MgSO?，還含有少量的KCl、NaCl等雜質(zhì)。
該方法的反應(yīng)方程式如下：
菱鎂礦煅燒法
世界已探明的菱鎂礦儲量約為130億噸，因此菱鎂礦煅燒法制備氧化鎂擁有非常充裕的原料。利用菱鎂礦為原料制備活性氧化鎂的方法目前主要有兩大類：化學(xué)反應(yīng)法（包括酸浸法、銨浸法、碳化法等）和煅燒處理法。而煅燒是菱鎂礦深加工的必需步驟，直接影響氧化鎂的活性。
菱鎂礦煅燒法制備氧化鎂的工藝中，影響工藝的主要因素分別是煅燒溫度、保溫時(shí)間、升溫速率、菱鎂礦的粒徑、添加劑的加入等。
用鹽泥制取輕質(zhì)氧化鎂
鹽泥是氯堿工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，如何對其合理利用是氯堿行業(yè)中重要的問題之一。由于鹽泥中含有氫氧化鎂，可以借助二氧化碳與氫氧化鎂的反應(yīng)使得鹽泥中的鎂得以分離。由于經(jīng)過氧化鎂提取過程后的鹽泥中含鹽量很低，可直接用于建筑材料如制磚、水泥等的原料。這種用廢棄物制備高附加值產(chǎn)品氧化鎂的工藝方法簡單、易操作，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
氯化鎂熱解法
在低于240 ℃條件下主要為六水氯化鎂的脫水反應(yīng)。在高于240 ℃條件下為熱分解反應(yīng)，氯化鎂開始分解，生成氧化鎂。六水氯化鎂脫水分解的溫度一般為95～900 ℃，工業(yè)上一般控制范圍為600～800 ℃。
氯化鎂熱解法總反應(yīng)式如下：
產(chǎn)品種類及應(yīng)用
氧化鎂根據(jù)密度可分為重質(zhì)氧化鎂和輕質(zhì)氧化鎂。
輕質(zhì)氧化鎂
輕質(zhì)氧化鎂，又被稱為工業(yè)氧化鎂、活性氧化鎂等。其主要特點(diǎn)是視比容大，質(zhì)輕而疏松。在微觀狀態(tài)下，輕質(zhì)氧化鎂由很小的微晶組成而成，其結(jié)構(gòu)為近似球形顆?；蚱瑺罹w，平均粒徑小于2 μm。輕質(zhì)氧化鎂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合HG/T2573-2012工業(yè)輕質(zhì)氧化鎂的要求。輕質(zhì)氧化鎂在陶瓷、耐火制品、各種粘合劑、油漆填料、橡膠促成劑與活化劑，以及醫(yī)藥、建筑、食品等行業(yè)用途較廣。
（1）在建筑材料領(lǐng)域：
以輕質(zhì)氧化鎂為原料，可以制備氯氧鎂水泥。輕質(zhì)氧化鎂可作為新型土壤固化劑，按一定比例加入波特蘭水泥中后又被稱為活性氧化鎂水泥。此外，輕質(zhì)氧化鎂固化技術(shù)可以有效提高紅黏土抗剪強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了粉土以及粉質(zhì)黏土的固化。輕質(zhì)氧化鎂還可用于控制紅黏土的收縮性。
（2）在環(huán)保領(lǐng)域：
氧化鎂溶于水可形成氫氧化鎂膠體，可以來吸附水中的重金屬離子和有機(jī)染料、降低飲用水中的氟離子的濃度和處理含鉻廢水中的Cr??等，從而達(dá)到凈化水的目的。氧化鎂水處理劑具有無毒無害、便于操作、易于運(yùn)輸、吸附能力大和不易形成結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)。此外，氧化鎂作為堿性氧化物，能中和酸性物質(zhì)和處理酸性廢氣。
（3）在食品醫(yī)藥領(lǐng)域：
在醫(yī)藥中，輕質(zhì)氧化鎂可以用于生產(chǎn)抗酸劑、緩瀉劑，并中和胃酸。
在食品行業(yè)，輕質(zhì)氧化鎂可用作食品添加劑、色澤穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑、保健品和食品中鎂元素的添加成分等。在一些粉狀食品中如小麥粉、牛奶巧克力等，輕質(zhì)氧化鎂還可充當(dāng)抗結(jié)塊劑和抗酸劑使用。
（4）在化工生產(chǎn)：
（5）在農(nóng)業(yè)：
在種植業(yè)中，氧化鎂常用于促進(jìn)植物葉綠素合成，增強(qiáng)植物的光合作用，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。
在養(yǎng)殖業(yè)中，氧化鎂經(jīng)常被當(dāng)作飼料添加劑來使用，尤其是作畜牧類動物牛、羊和馬的飼料，防止放牧牲畜產(chǎn)生低鎂牧草眩暈癥狀。
（6）其他：
輕質(zhì)氧化鎂可以作為陶瓷的原料，加入一定量的添加劑后，可使得氧化鎂陶瓷的抗熱震性能提高。
重質(zhì)氧化鎂
重質(zhì)氧化鎂常溫下呈現(xiàn)為白色或米黃色粉末。一般地，重質(zhì)氧化鎂的表觀密度應(yīng)大于0.5 g/mL。由于重質(zhì)氧化鎂擁有較小的比表面積（約35 m2/g），通常活性較低。HG/T 2679-2006工業(yè)重質(zhì)氧化鎂規(guī)定了重質(zhì)氧化鎂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
重質(zhì)氧化鎂應(yīng)用范圍較輕質(zhì)氧化鎂較小，但由于價(jià)格低廉而發(fā)展較快，已經(jīng)在鐵氧體軟磁性材料、飼料、玻璃、陶瓷、工業(yè)催化劑、環(huán)保等方面被廣泛應(yīng)用。
（1）耐火材料：
重質(zhì)氧化鎂作為鎂鉻耐火材料的添加劑，能增強(qiáng)鎂鉻耐火材料的燒結(jié)性能和致密化程度。
（2）催化劑
重質(zhì)氧化鎂在化工生產(chǎn)行業(yè)中作為一種固體堿催化劑經(jīng)常被使用，它的優(yōu)點(diǎn)包括選擇性高，催化活性高，使反應(yīng)工藝過程連續(xù)化，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力等。
（3）其他
在磁性材料行業(yè)中，重質(zhì)氧化鎂可用于制作彩色電視機(jī)的偏轉(zhuǎn)線圈和其他鐵氧體磁性材料。在鋼球拋光行業(yè)中，氧化鎂可充當(dāng)拋光劑，在電器行業(yè)也作為酚醛樹脂的原料。
納米氧化鎂
納米氧化鎂是一種新型功能無機(jī)材料，應(yīng)用前景廣闊，尤其是抗菌材料領(lǐng)域。納米氧化鎂釋放的活性氧（ROS）能破壞細(xì)菌細(xì)胞膜壁蛋白肽鏈，其表面存在的大量晶格局限羥基、游離羥基以及離子空穴等多種活性位點(diǎn)也可以對微生物造成機(jī)械損傷。因此納米氧化鎂具有持久和廣譜的抗菌活性，具有成本低、穩(wěn)定性好、生物毒性低的優(yōu)勢，是一種安全無毒、環(huán)境友好、應(yīng)用潛力巨大的抗菌材料。
此外，納米氧化鎂的優(yōu)點(diǎn)還包括：高熱導(dǎo)率、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、抑制空間電荷積聚等。因此其被廣泛地用于提高環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率及耐電痕化性能。
納米氧化鎂作為膨脹劑能有效控制混凝土結(jié)構(gòu)的收縮和變形。納米氧化鎂在生產(chǎn)水泥的過程中可以繼續(xù)水合產(chǎn)生氫氧化鎂，從而能提高高性能混凝土的結(jié)構(gòu)緊湊度和強(qiáng)度。
其他種類
隨著產(chǎn)業(yè)化升級及高新技術(shù)功能材料市場的需求和科技發(fā)展，具有不同結(jié)構(gòu)和功能的氧化鎂不斷被開發(fā)出來，如高純氧化鎂——可用于節(jié)能燈及等離子體顯示、多孔氧化鎂——用于催化和生物基因修復(fù)、氧化鎂單晶——用于低溫光學(xué)器件、高溫超導(dǎo)器件等。
安全事宜
消防相關(guān)
氧化鎂熔點(diǎn)為2800 °C，沸點(diǎn)為3600 °C，為不可燃固體，但是會與強(qiáng)酸劇烈反應(yīng)。因此氯化鎂禁止與強(qiáng)酸存放在一起。如果周圍發(fā)生火災(zāi)：允許使用包括霧狀水滅火器、泡沫滅火器、粉末滅火器、二氧化碳滅火器在內(nèi)的所有滅火劑。
健康相關(guān)
毒性及癥狀
允許暴露限值：15 mg/m3。
立即危及生命或健康的限值：750 mg/m3。
氧化鎂可能導(dǎo)致金屬煙霧病并刺激眼部及呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致咳嗽、胸痛、流感樣發(fā)熱等癥狀。
暴露途徑及和人防護(hù)處理方法
吸入：導(dǎo)致咳嗽；建議使用局部排氣裝置和呼吸保護(hù)裝置（如佩戴微粒過濾式呼吸器以防止氧化鎂的吸入），將溢出的氧化鎂掃入有蓋的容器中，潤濕空氣以防止氧化鎂產(chǎn)生揚(yáng)塵，并且到空氣清新的區(qū)域休息。
皮膚：及時(shí)佩戴防護(hù)手套、脫掉被氧化鎂污染的衣服。用水和肥皂清洗皮膚。
眼睛：眼睛會受氧化鎂刺激變紅；應(yīng)佩戴護(hù)目鏡和呼吸防護(hù)裝置，用大量水沖洗眼睛。
攝入：在含有氧化鎂的環(huán)境中工作期間不要進(jìn)食、吸煙或漱口。
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作者
