硫酸鎂的性質和用途及生產方法

求進步 · 發表于 2010-8-21 17:59:20

　　硫酸鎂，通常泛指七水硫酸鎂(MgSO4•7H2O)，其制取方法主要有兩種：一是采用硫酸與菱鎂礦等含鎂礦石反應制取;另一種方法是從海湖苦鹵中制取。
　　七水硫酸鎂是一種重要的無機化工產品，用途十分廣泛。在醫藥上，用于調配防護藥膏、瀉劑、鎮痛劑、解毒劑，可加工成抗驚厥藥、麥白霉素、乙酰螺旋霉素、肌酐、三硅酸鎂、灰黃霉素、鹽霉素、霉菌素、妥布霉素、腎炎康、赤霉素、硫酸卷霉素等;在微生物工業中，用作培養基成分，釀造用添加劑，發酵時的營養源;在輕工業中，用于生產鮮酵母、味精、飲料、礦泉水、保健鹽、海水晶、沐浴康、“波頓”型啤酒和牙膏生產中磷酸氫鈣的穩定劑;在食品添加劑中，用作營養增補劑、固化劑、增味劑、加工助劑;在化學工業中，用于制造硬脂酸鎂、磷酸氫鎂、氧化鎂等鎂鹽和硫酸鉀、硫酸鈉等硫酸鹽;在印染工業中，作為抗堿劑用于印染細薄的棉布、絲，也作為棉、絲的加重劑、木棉制品的填料和用于人造絲的生產;在制革工業中，用作填充劑，增強耐熱性;在電鍍工業中，用作導電鹽，加入鍍鎳鍍液，使鍍液有較好的導電性能，且鍍層白而柔軟;在防火材料方面，用作丙烯酸酯樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯和聚氨酯等塑料的阻燃劑;在農業上，用作肥料;在環保上，用于工業污水處理等。
　　1 物化性質
　　1.1 物理性質
　　硫酸鎂屬斜方晶系，四角粒狀或菱形晶體，五色，透明，集合體為白色、玫瑰色或綠色玻璃光澤。形狀有纖維狀、針狀、粒狀、塊狀或粉末，無臭，清涼，有苦咸味，相對密度1.67-1.71，分解溫度1124℃。易溶于水，慢溶于甘油，微溶于乙醇，水溶液呈中性。
　　硫酸鎂在48.1℃以下的潮濕空氣中穩定，在溫熱干燥空氣中易風化;高于48.1℃時，失去1分子結晶水，成為六水硫酸鎂;在67.5℃時，溶于自身結晶水，同時析出一水硫酸鎂;在70℃-80℃時，失去4分子結晶水;100℃時失去5分子結晶水;在150℃(有報道120℃)時失去6分子結晶水;在200℃時失去全部結晶水，成為粉狀無水硫酸鎂;加熱到1124℃時以較大速度分解為MsO、SO2、SO3及O2，當有SiO2存在時分解速度增大。脫水物再置于潮濕空氣中又能重新吸收水分。
　　1.2 化學性質
　　1)硫酸鎂與堿溶液進行復分解反應，生成氫氧化鎂沉淀：
　　MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4
　　MgSO4+2NH3•H2O=Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4
　　2)硫酸鎂可以制取其他鎂鹽，如與泡花堿反應生成三硅酸鎂，與碳酸氫銨反應生成堿式碳酸鎂：
　　MgSO4+2Na2O•3SiO•5H2O=
　　2MgO•3SiO2•5H2O↓+2Na2SO4
　　5MgSO4+10NH4HCO3=
　　4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O↓+6CO2↑+5(NH4)2SO4
　　3)硫酸鎂制取其他硫酸鹽，如與氯化鉀反應可制取硫酸鉀：
　　MgSO4+2KCl=K2SO4+MgCl2
　　2 生產方法
　　2.1 工業級和肥料級七水硫酸鎂生產方法
　　2.1.1 硫酸法
　　氧化鎂、氫氧化鎂或碳酸鎂與硫酸反應生成硫+酸鎂，反應式如下：
　　MgO+H2SO4+6H2O=MgSO4•7H2O
　　Mg(OH)2+H2SO4+5H2O=MgSO4•7H2O
　　MgCO3+H2SO4+6H2O=MgSO4•7H2O+CO2↑
　　以氧化鎂為例，先將硫酸和含氧化鎂的礦石(白云石、菱苦土、蛇文石)或其煅燒粉按比例計量，在中和罐中加入水或洗水、母液，在攪拌下先徐徐加入煅燒粉等，再加入硫酸進行中和反應，控制pH=5，密度在1.370g/cm3-1.384g/cm3，將中和液保持在80℃，經葉片過濾機過濾，將清液打入結晶器，冷卻至30℃以下進行離心分離(可在離，心機中水洗)，將濕料送入振動流化床，于50℃-55℃干燥制得七水硫酸鎂。其工藝流程見圖1(略)所示。
　　2.1.2 鹽湖苦鹵法
　　山西運城鹽湖鹵水屬Na+、Cl-、SO42-、-H2O四元體系，生產芒硝后含MgO4150 g/L-200g/L、NaCl 65 g/T-80 g/L、MgCl2 25 g/L-45g/L的苦鹵經夏秋兩季自然蒸發濃縮后，放入結晶池至冬季鹵溫降至15℃-5℃時，排走上層母液即得粗制七水硫酸鎂，其反應式如下：
　　Na2SO4+MgCl2+7H2O=MgSO4•7H2O+2NaCl
　　將粗七水硫酸鎂于80℃-90℃下溶化為1.370g/cm3-1.384g/cm3溶液，經板框壓濾機過濾或澄清分離后進行冷卻結晶，析出MgSO4•7H2O，用三足式離心機分離，于50℃-55℃干燥，得七水硫酸鎂。其工藝流程見圖2(略)所示。
　　2.1.3 苦鹵復曬法
　　鹽田苦鹵法生產的氯化鈉是飽和的，硫酸鎂是不飽和的，當溫度降低到5℃時，便開始有MgSO4•7H2O和NaCl一起析出。在工業上，先將苦鹵在復曬池中復曬到相對密度為1.26-1.296，析出NaCl，再將上部苦鹵排入鹵坑中，借助冬季嚴寒使MgSO4•7H2O析出，得到粗制七水硫酸鎂。其產品雜鹽(NaCl)含量較高，產品質量差，采用水洗法或重結晶法提純，可制得精制七水硫酸鎂。其工藝流程見圖3(略)所示。
　　2.1.4 高溫鹽溶浸法
　　海水日曬苦鹵，用兌鹵法蒸發時產出高溫鹽，其組成為w(MgSO4)330%，w(NaCl)<35%，w(Mg-Cl2)≈7%，w(KCl)≈0.5%。用360g/L-380g/LMgcl2和淡水按質量比1：土混合配制成200 g/LMgcl2溶液，在48℃左右溶浸。由于NaCl溶解得很少，而MgSO4溶解得較多，保溫澄清后，溶浸液與未溶解的高溫鹽分離后，冷卻到10℃以下即可析出七水硫酸鎂。其工藝流程見圖4(略)所示。
　　2.1.5 震蕩轉化法
　　用硫酸鎂飽和溶液(結晶母液)與高低溫鹽配成懸濁液，然后在震蕩槽中震蕩。氯化鈉顆粒大，迅速沉降;一水硫酸鎂細小，不易沉降。震蕩后分離出沉降鹽，給清液中加入一定量的淡水，在25℃下攪拌，一水硫酸鎂轉化成七水硫酸鎂，離心脫水即得七水硫酸鎂。其工藝流程見圖5(略)所示。
　　2.1.6 碳酸化法
　　將CO2通入氧化鎂和石膏的懸浮液中，碳酸化后生成CaCO3沉淀，過濾后，進一步加工制得七水硫酸鎂。其反應式如下：
　　MgO+CaSO4•2H2O+CO2=CaCO3↓+MgSO4+2H2O
　　MgSO4+7H2O=MgSO4•7H2O
　　2.1.7 二氧化硫催化法
　　將SO2通入Mg(OH)2漿液中，在催化劑作用下于50℃-60℃通入空氣進行氧化，分離后得到七水硫酸鎂。其反應式如下：
　　Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2O
　　MgSO3+O2+7H2O=MgSO4•7H2O
　　2.1.8 副產法
　　1)硫酸分解硼鎂石生產硼酸的母液，經濃縮、冷卻、分離，制得七水硫酸鎂。
　　2)生產玻璃瓦時產生的廢料與硫酸反應，制得七水硫酸鎂。
　　3)雜鹵石中提取硫酸鉀，副產硫酸鈣及七水硫酸鎂。
　　4)生產鈦白粉副產硫酸與氧化鎂反應，制得七水硫酸鎂。
　　5)合成氨中變催化劑副產硫酸銨與氧化鎂反應，制得七水硫酸鎂。
　　2.2 高純級七水硫酸鎂生產方法
　　將工業七水硫酸鎂加入盛有80℃-90℃的熱蒸餾水槽中，邊加熱邊攪拌，溶解至質量濃度為1.21g/cm3，用堿除去砷、重金屬等雜質，過濾后用活性炭脫色，濃縮至質量濃度為1.370 g/cm3-1.384g/cm3，冷卻結晶，溫度達25℃-15℃時分離洗滌，在50℃-55℃下用振動流化床干燥，依據水質、除雜、脫色、洗滌程度的不同，得到不同等級的高純七水硫酸鎂。其工藝流程見圖6(略)所示