盐湖镁资源的开发利用

时间:2022-10-23 11:20:26

盐湖镁资源的开发利用

摘 要:我国盐湖中含有丰富的镁资源。本文综述了盐湖镁资源概况,并详细介绍镁资源的开发利用种类。最后,总结了镁资源开发利用的发展方向,并对今后的发展进行了展望。

关键词:盐湖 镁资源 开发利用

我国是世界上少数几个现代盐湖发育的国家之一,盐湖矿物盐资源十分丰富。自本世纪初开始,国内加大了盐湖资源的开发力度,针对钾、镁、锂和硼等资源进行提取和加工利用。但各种盐湖矿物资源多处于多组分共生状态,这就对综合开发减少污染浪费提出了要求,如以青海察尔汗盐湖为例,每生产1t氯化钾往往产生10t 氯化镁老卤,如不有效利用,不仅会造成了镁资源的浪费,而且对盐湖生态环境造成破坏并形成“镁害”[1]。因此,开展优质、高效、高值化的盐湖镁盐产业对于促进我国盐湖产业可持续发展,提升我国镁工业技术水平,发展我国镁盐工业具有重大意义

一、盐湖镁资源概况

1.盐湖概况

盐湖通常是指湖水中含盐量大于50g/L 的湖泊,湖水盐浓度递增顺序为淡水湖、半咸水湖、咸水湖和盐湖。盐湖是在错综复杂的地质条件下形成的,是自然界盐水物质运动到一定阶段的产物,盐湖水中蕴藏有许多重要化学成分,是多种无机化学品的重要来源。除此之外外,盐湖还蕴藏有大量重要的生物资源,包括盐湖植物资源和盐湖动物资源等[2]。

世界上现代盐湖较集中地分布于南北半球的干旱带中。我国的盐湖区是世界北半球盐湖带中的重要成员[3]。我国盐湖具有数量多、类型全、资源丰富、富含稀有元素的特点,氯化物型、硫酸盐型和碳酸盐型盐湖在我国均有分布。青海、新疆、和内蒙古等省区是我国盐湖的主要分布区,面积大于1km2的盐湖有731个。在这些盐湖中,钾、锂、硼、镁和钠的盐类液、固矿储量十分巨大。

在世界经济竞争激烈的今天,盐湖资源及其深加工产品将有越来越广阔的应用前景和市场需求。投入人力物力进行盐湖资源综合利用研究及产业化开发,对我国国民经济和社会的可持续发展无疑是非常必要的[4]。

2.盐湖镁资源现状

世界上镁资源是极其丰富的,主要以液体矿和固体矿两种形式存在。液体矿以海水、地下卤水、盐湖卤水为主。死海是镁盐储量最大的盐湖,MgCl2的储量可达220亿t,美国大盐湖约6亿t,我国的察尔汗盐湖MgCl2 储量超过30亿t。

镁化合物的产品种类繁多,其中产量最大者为氧化镁(MgO),其次为氢氧化镁[Mg(OH)2]、氯化镁、硫酸镁(MgSO4?nH2O)和碳酸镁等 [5]。

我国是世界三大镁砂出口国之一,金属镁的产量仅次于美国位居世界第二位,但由于产业结构的原因,国内消耗量低,绝大多数出口,出口量居世界第一。我国虽已成为世界镁大国,但不是镁强国,镁业的发展是以牺牲资源、环境、利润、劳动力为代价,大多数企业片面追求产量,采取粗放式经营方式,致使产品质次价廉,经济效益欠佳。加快我国镁盐新产品的研究与开发,促进镁业的结构调整已成当务之急[6]。

二、镁资源开发

镁化合物是重要工业化学品,它们有多种多样的用途。数量最大的是耐火材料级氧化镁。但近年来各种镁盐的应用日益广泛,生产和应用都向深度和广度发展。实际上,各种镁产品的开发利用已经成为国外盐湖资源综合利用的最活跃领域。

1.氯化镁

盐湖卤水中直接含有大量氯化镁,例如察尔汗盐湖卤水含量112.4g/L,储量31.56×108t[7]。提钾后的老卤经过简单盐田蒸发,可获得高品质的氯化镁,具有很高的开发应用价值。氯化镁在常温下从水溶液中以六水合物形式结晶析出。目前在市场上它以固体MgCl2・6H2O和30%氯化镁溶液形式出售[8]。

氯化镁在工业生产中应用广泛,是生产硫酸镁、氢氧化镁、氧化镁以及轻质碳酸镁等的基本化工原料。氯化镁广泛应用于冶金、建筑材料(镁水泥)、纺织、食品和耐火材料等行业。其中镁水泥具有强度高,硬化快,有弹性,表面光泽度好,绝热,隔音和制备工艺过程简单等特点。镁水泥泡沫材料具有强度高、容重轻、导热系数小和耐火防腐等特性,是一种很好的保温、隔热、吸声材料。综合利用盐湖镁资源制造干型镁水泥是未来研发的方向。除此之外,氯化镁还用作冷冻剂、融雪剂及复合肥料等。

2.金属镁

金属镁主要用于轻质合金。空间轨道上镁的用量比其它金属都多,镁大量用于国防军工,镁合金是享有盛誉的“国防金属”,如每枚大力神洲际导弹使用镁合金近1吨;镁合金还用于制造各种类型汽车的部件,而随着汽车工业的发展,镁需求将会有新的提高。利用盐湖镁资源生产金属镁工艺主要有钾光卤石脱水电解炼镁、水氯镁石脱水电解炼镁、氯化电解炼镁[9]。

3.氧化镁

卤水与白云石(或石灰石)合成氧化镁,卤水灰乳沉淀法生产高纯镁砂。白云石(或石灰石)煅烧后与卤水(或海水)反应生成Mg(OH)2,焙烧Mg(OH)2得到MgO。MgO经电熔后得到电熔镁砂。

氧化镁有轻质重质之分,二者性质及应用差别很大。通常并没有绝对明确的区分原则,而是根据其物理和化学性质的测定结果划分。氧化镁的物理化学性质如化学反应性能、吸附性能、导热性、容重和比表面积等,与其制备条件,特别是煅烧温度、煅烧时间、开始粒度、杂质成分与含量有密切关系,因而其用途也大不相同。通常在700~1000℃间煅烧生成的氧化镁,化学活性好,能快速溶解于稀酸中,在冷水中能迅速水化生成氢氧化镁;产品相对密度小,比容大,也很容易吸收空气中的CO2和水分而转变为碱式碳酸镁,叫做化学活性氧化镁或煅烧氧化镁。在1500~2000℃间煅烧生成的氧化镁,化学活性低,在室温下只能与强酸反应,通常叫僵烧(死烧)氧化镁或烧结氧化镁。由电弧在2750℃以上熔融生成的氧化镁,成为很硬的固体,具有耐酸耐水性能,叫熔融氧化镁。

氧化镁产品应重点发展轻质氧化镁、烧结镁砂;高

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纯和超高纯氧化镁;开发高附加值精细产品硅钢级氧化镁、绝缘氧化镁、磁性氧化镁、药用氧化镁、耐高温腐蚀氧化镁。

4.氢氧化镁的开发

氢氧化镁产品有片状、纤维状、环状和鸟窝状等多种形貌,氢氧化镁的制备方法有直接沉淀法、水热反应法、沉淀-共沸蒸馏法、反向沉淀法、激光烧蚀法、微波合成法、液-固相电弧法、诱导法、超重力制备法和常温固相法等,但能用于实际生产的方法不多。氢氧化镁可用于塑料、橡胶的阻燃和补强,该产品在生产、使用以及废弃物的处理过程中均无毒、无害,属绿色产品。

目前国内外对氢氧化镁的开发和研究主要体现在三个方面:形貌与粒度控制、表面改性、制备氢氧化镁复合材料。对氢氧化镁粒子表面改性的主要目的是便于制备氢氧化镁复合材料,比如制备电缆绝缘阻燃材料,氢氧化镁阻燃涂料,氢氧化镁聚乙烯阻燃复合材料等[10]。

四、镁资源利用发展方向

我国西部盐湖镁资源十分丰富,但盐湖化工行业对镁盐的利用尚很薄弱,仅有极少部分用来生产技术含量少、附加值低的六水氯化镁和七水硫酸镁。熔融电解工艺生产的金属镁虽附加值较高,但受规模限制,难以形成大规模开发利用卤水镁资源的局面。用产自于盐湖的卤水、氯化镁和硫酸镁为原料,制备高性能、高附加值的功能材料是开发西部盐湖镁资源的重要发展方向。例如高纯微细氢氧化镁阻燃剂、碱式硫酸镁晶须、硼酸镁晶须、

高纯氧化镁(镁砂)、纳米氧化镁。而且,也应积极开发污染少的生产路线,走循环经济型的生产模式[11]。

五、展望

盐湖镁资源开发须针对当地资源分布特点和产业现状,选好产品方向、走综合利用的道路。例如以金属镁、高纯镁砂和氯化镁为主要发展方向,积极发展镁系列产品,建成以金属镁为主的镁产品基地。以发展有机氯合物为方向,实现天然气下游产品与盐湖镁资源开发的结合,是实现资源综合利用的有效途径。

盐湖镁资源的开发必须充分考虑盐湖多种有色金属资源共生的特点,走综合利用的道路,并与盆地天然气、石油等其它资源的开发统筹考虑,实现有机结合,这是合理利用资源、变资源优势为市场竞争优势的必然选择。

盐湖矿产资源丰富,产品市场前景广阔,大规模开发的配套条件基本具备,在盐湖资源开发的同时,必须统筹规划、加强产业化研究和综合利用技术研究,只有坚持科学发展观和资源观,走可持续发展之路,多层次、多途径、多方式培养和引进盐湖开发人才,才能维持盐湖资源的长期稳定开发,并使资源开发取得最大的经济效益、社会效益和环境效益。

参考文献:

[1]李增强,邓天龙,郭亚飞.盐湖镁资源利用研究进展.安徽化工,2010,36(1):9-13

[2]宋彭生,李武,孙柏,等.盐湖资源开发利用进展.无机化学学报,2011,27(5):801-815

[3]尹衍升,师瑞霞,李嘉,等.察尔汗盐湖镁资源的开发及展望.材料导报,2002,16(10):6-8

[4]马培华.中国盐湖资源的开发利用与科技问题.地球科学进展,2000,15(4):365-374

[5]张宝全.柴达木盆地盐湖镁盐工业的发展及对策. 海湖盐与化工,2001,30(3):17-21

[6]向兰,刘峰,金永成,等.试论我国西部盐湖镁资源的高度利用对策.海湖盐与化工,2002,31(4):24-28

[7]郭敏,李权,刘海宁,等.盐湖镁资源的开发和利用.化学进展,2009,21(11):2358-2364

[8]翼康平.青海盐湖资源开发应发展循环经济型生产模式.盐湖研究,2005,13(2):20-24。

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