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我國是世界上鎂砂生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量己達(dá)到6×106噸。產(chǎn)品部分用于生產(chǎn)制備耐火材料外，大部分用于出口，出口量占國際市場貿(mào)易總額的60%。但我國的鎂砂生成卻存在礦石開采過度無序，生成技術(shù)及工藝落后等諸多問題，因此高品位的菱鎂礦越來越少，生產(chǎn)的鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量也越來越差，不僅不能滿足我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展需要，而且在國際上也難以獲得高競爭力，利潤空間小。因此，近年來各高校、科研院所、企業(yè)越來越重視高純鎂砂產(chǎn)品的研究。
高純鎂砂是一種高純度、高熔點(2825℃)、結(jié)構(gòu)致密的鎂砂產(chǎn)品，有97、98兩個牌號。其中特優(yōu)級高純鎂砂在我國并沒有穩(wěn)定供應(yīng)的產(chǎn)品，在遼寧僅后英集團(tuán)和岫巖萬成集團(tuán)等幾家企業(yè)能生產(chǎn)供應(yīng)優(yōu)級高純鎂砂，其他均為高純普通砂。高純鎂砂在鋼鐵冶煉、玻璃、水泥、高溫化學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
高純鎂砂的生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)法和浮選煅燒法兩大類。以鹽湖鎂鹽及海水為原料，人工合成高純鎂砂是美國、日本和西歐等國的研究重點，目前己經(jīng)開發(fā)出高品質(zhì)的人工合成鎂砂。我國在這方面的研究相對滯后，研究較多的是堿法、石灰石法以及氨法等，但我國鹽湖鎂鹽的資源豐富，尤其是青海的柴達(dá)木盆地，有高達(dá)48.15億噸的鹽湖鎂鹽和31.43億噸的水鎂石儲量，因此發(fā)展?jié)摿薮?。遼寧等菱鎂礦豐富的地區(qū)則多采用浮選煅燒法，由于礦石質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)的鎂砂無論是純度，還是體積密度都無法與化學(xué)法進(jìn)行競爭。
化學(xué)法：
方法一：氯化銨浸出-煅燒法
以菱鎂礦為原料，采用化學(xué)選礦提純除雜方法制得的鎂砂氧化鎂含量達(dá)到99.21%。
(1)生產(chǎn)原理
以低品位菱鎂礦為原料，采用氯化鉸循環(huán)浸出-氨法沉鎂技術(shù)生成高純鎂砂，MgO含量≥99.97%，密度達(dá)3.41g/cm3。
(2)工藝流程
菱鎂礦→煅燒→NH4Cl浸出→浸出液→氨法沉鎂→Mg(OH)2→二步煅燒→高純鎂砂
方法二：石灰石一苦鹵法
a)生產(chǎn)原理
石灰石鍛燒后制備生石灰：
CaCO3→CaO+CO2(1)
生石灰與水混合變成石灰乳：
CaO+H2O→Ca(OH)2(2)
石灰乳與氯化鎂反應(yīng)制得氫氧化鎂：
MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2(3)
氫氧化鎂受熱分解生成氧化鎂：
Mg(OH)2→MgO+H2O(4)
(2)生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個問題
①鹵水中MgCl2質(zhì)量濃度是決定產(chǎn)物過濾性能的重要因素，需控制在107-113g/L之間。如果MgCl2含量過高，生成的晶體顆粒會較小、較細(xì)，導(dǎo)致過濾困難;如果MgCl2含量過低，生成的晶體顆粒會較大，雖利于過濾，但由于母液夾帶過多，不僅影響設(shè)備生產(chǎn)能力，而且難以保證回收率。
②工業(yè)用水中有大量的CO32一、HCO3一、以及游離的CO2，當(dāng)與鹵水中的Mg2+發(fā)生反應(yīng)并生成沉淀時會極大影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收率，所以必須要有脫碳措施，而且得到Mg(OH)2也要用脫碳水進(jìn)行洗滌，將氯離子洗凈。
③Ca(OH)2的粒度需小于0.071mm。
④石灰在空氣中極易失活，所以必須要密封存放。
方法二：氨法
將一定濃度的氯化鎂溶液精過濾后與氨水混合，方程式如下：
2NH3+2H2O+Mg2+→Mg(OH)2↓+2NH4+(5)
反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過濾，得到沉淀和濾液。過濾得到的Mg(OH)2沉淀經(jīng)煅燒或電熔得到最終產(chǎn)物鎂砂;過濾得到的濾液為一次母液，雖然其中的Mg2+含量較低低，但NH4+含量較多，故要進(jìn)行回收。
(2)工藝特點
氨法工藝的優(yōu)點在于：一、工藝比較簡單;二、原料氨水價格低廉，且反應(yīng)的副產(chǎn)品氯化銨可以回收，成本低;三、反應(yīng)過程中不受SO42-，CO32-，HCO3-等雜質(zhì)的影響，凈化成本低，產(chǎn)品純度高。
氨法工藝的缺點在于：一、氫氧化鎂為膠狀沉淀，顆粒較細(xì)，濾餅含水量高，過濾困難使產(chǎn)品的純度難以得到保證;二、一方面反應(yīng)形成的NH3-NH4C1的緩沖體系使溶液的pH值長時間穩(wěn)定在9.0左右，Mg2+不易沉淀完全，另一方面反應(yīng)會消耗大量的原料氨水，因此氫氧化鎂產(chǎn)率難以得到提高，僅為80%左右。
(3)生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個問題
采用氨法制備高純鎂砂，首先要做好鹵水的前置處理工序，控制濃度在并采用脫碳水作為溶劑;其次要嚴(yán)格控制工藝因素，如反應(yīng)溫度(50-60℃)、反應(yīng)時間(pH大于12時氨化反應(yīng)達(dá)到平衡時間為15min)、鎂和氨物質(zhì)的量比(1：1.2)、以及反應(yīng)物料的濃度(30g/L左右)等;第三優(yōu)化煅燒工藝，因為無論是一步煅燒法還是二步煅燒法，燒結(jié)溫度都需達(dá)到1800℃，所以必須在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低燒結(jié)溫度，控制能耗，降低成本。
浮選煅燒法：
鍛燒菱鎂礦是我國目前生產(chǎn)鎂砂的最主要方法的方法。在“天然菱鎂礦制取優(yōu)質(zhì)高純鎂砂新工藝技術(shù)及高溫堅窯”課題的引領(lǐng)下，為解決大結(jié)晶菱鎂石難燒結(jié)等諸多難題，經(jīng)過數(shù)年的自主攻關(guān)試驗，終于開發(fā)了切實可行、符合我國國情、生產(chǎn)效果優(yōu)異的將菱鎂礦輕燒、磨細(xì)、壓球和再死燒的“二步煅燒”新工藝。將該工藝與處理粉礦的浮選工藝相結(jié)合，并采用高溫油堅窯、懸浮焙燒爐、高壓壓球機(jī)、輥式磨等設(shè)備，生產(chǎn)的高純鎂砂MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在98%以上，體積密度達(dá)3.30g/cm3，結(jié)束了我國沒有高純鎂砂的歷史。隨著工業(yè)生產(chǎn)實踐的發(fā)展，浮選煅燒工藝也得到不斷優(yōu)化完善，生產(chǎn)出的高純鎂砂各項性能質(zhì)量指標(biāo)均大幅提高，其中氧化鎂含量、體積密度為、CaO/SiO2比等關(guān)鍵指標(biāo)均已達(dá)國際先進(jìn)水平。
以菱鎂粉礦制備高純鎂砂的具體工藝為：
用遼寧省海城市牌樓鎮(zhèn)礦區(qū)的廢棄一級菱鎂礦粉礦，粒度范圍為0-15mm，其礦物組成比較簡單，主要礦物為菱鎂礦、白云石，次要礦物為滑石、斜綠泥石，微量礦物有石英、透閃石、方柱石以及褐鐵礦、黃鐵礦等。MgO及有害成分SiO2，CaO，F(xiàn)e2O3，Al2O3，等在礦石中分布均勻，并無明顯富集現(xiàn)象，有害元素鈣、鐵以類質(zhì)同象和微細(xì)機(jī)械包體形式存在于菱鎂礦晶格中。
從我國國情出發(fā)，生產(chǎn)高純鎂砂的工藝為：以優(yōu)質(zhì)菱鎂礦為原料，以煤氣為燃料，首先在反射窯輕燒，其次將得到的輕燒粉細(xì)磨并干法壓球，最后在高溫油堅窯中對鎂球進(jìn)行第二次煅燒，生產(chǎn)得到的高純鎂砂MgO含量97(w)%，體積密度在3.25-3.30g/cm3之間。該工藝的設(shè)備已完全國產(chǎn)化，產(chǎn)品質(zhì)量也滿足了我國大部分高檔鎂質(zhì)耐火材料對鎂砂質(zhì)量性能的要求。
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