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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
2800 °C
沸點
3600 °C
溶解性
在水中（含CO?），9 mg/100 mL(30 °C)
危險性
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量最多的國家，消費總量占全球總消費量的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，潛在價值巨大。
蛇紋石[Mg?Si?O??(OH)?]因其富含鎂的特點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 Mg2?離子和4個O2?離子，其中每個Mg2?離子與相鄰的六個O2?離子組成一個八面體結(jié)構(gòu)，O2?離子位于晶胞的頂點和面心處。主要晶面取向為（111）、（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，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，熔點為2800 °C，沸點為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。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)為近似球形顆粒或片狀晶體，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度，實現(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、易于運輸、吸附能力大和不易形成結(jié)垢等優(yōu)點。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也可以對微生物造成機械損傷。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。
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)
氧化鎂熔點為2800 °C，沸點為3600 °C，為不可燃固體，但是會與強酸劇烈反應(yīng)。因此氯化鎂禁止與強酸存放在一起。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)生揚塵，并且到空氣清新的區(qū)域休息。
皮膚：及時佩戴防護(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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