（中国粉体技术网/远志）水镁石Mg(OH)2又称为氢氧化镁石，是自然界中含镁最高的矿物之一，它在世界范围内分布不广，产出比较稀少，在我国有较丰富的矿物储量。水镁石（Brucite）目前的应用范围非常广泛，除了经过超细粉碎和表面改性后，作为阻燃剂或填料广泛添加于塑料、树脂等有机行业中，它还同时是制备氧化镁、氯化镁的原料之一。此外，水镁石还在环保、造纸、制糖等各个方面都有着广泛的应用。
我国是世界上有限的几个拥有水镁石矿床的国家之一，开展水镁石的综合应用开发已成为迫切之势，与国外相比，国内对水镁石的应用研究还处于起步阶段，应用领域还有一定的局限性，随着对水镁石的研究的深入，将会有更多的应用水镁石的领域被开发出来。
1、 水镁石矿物的结构与组成
水镁石是一种层状结构的氢氧化物，属于三方晶系，a =0.3125nm，c =0.472nm，解理（0001）极完全。水镁石密度2.4g/cm3，莫氏硬度2.5，PH值较低（9.0）。水镁石一般根据其成因、构造、选矿工艺可分为球状型、块状型、纤维状型。Ｘ-射线衍射图谱分析特征值为：d（001）=4.77，d（101）=2.36，d（102）=1.79。
水镁石呈白色，自然白度较高，可达90%以上，有时水镁石含有杂质Fe、Zn、Ni、Mn从而使水镁石呈灰白色、淡绿色等。水镁石含有结构水，在340℃开始逐渐吸热分解得到氧化镁与水，这一独特的性质也是它作为阻燃剂和镁质高温耐火材料的主要原因。
水镁石是自然界中少见的含镁较高的矿物，含镁可达41.6%，同时水镁石含水也比较高，约31%左右。国内外水镁石的化学成份比较如下：
表１ 国内外水镁石的化学成份（%）
| 成份 |
陕西 |
河南 |
辽宁（宽甸） |
加拿大 |
美国 |
| SiO2 |
0.24 |
0.10 |
0.91 |
|
0.39 |
| Al2O3 |
0.74 |
|
0.41 |
|
|
| Fe2O3 |
1.04 |
0.20 |
0.48 |
1.95 |
|
| MgO |
63.81 |
66.24 |
64.41 |
60.33 |
67.34 |
| FeO |
3.50 |
|
|
9.57 |
|
| Na2O |
0.10 |
|
0.06 |
|
|
| K2O |
0.06 |
|
0.06 |
|
|
| 烧失量 |
29.75 |
30.90 |
31.05 |
28.60 |
31.52 |
水镁石矿物独特的结构与组成决定了它的性能和使用功能，应充分结合水镁石的特点，积极探索其开发利用的新途径。
2、 水镁石的资源分布
水镁石矿物的发现早在1919年，矿物学家对它的成分、结构、理化性能都作了较为详细的分析和测试。水镁石矿床就世界范围来讲并不多见，主要集中在俄罗斯、美国、加拿大、朝鲜等国。我国近年来相继发现一些水镁石矿产资源，如青海祁连黑刺洞、四川石棉尖石包、陕西宁强、河南西峡、辽宁的凤城、宽甸等地，其中辽宁的水镁石矿产资源比较好，其分布广、质量高，某些矿区质量极为纯净，具有较高的开发价值。在我国，陕西、吉林、辽宁三省的总储量达一千万t，这些富饶的矿产资源，为我国在不同省区生产氧化镁、氢氧化镁和其它镁化学品、镁制品提供了充足的资源保证。鉴于我国有比较好的水镁石资源，如何充分利用这些水镁石资源，积极开展水镁石的综合利用与深加工，具有深刻的现实意义。
3、 水镁石的开发与利用
３.1 阻燃剂
水镁石由于其独特的化学组成，在为数众多的无机阻燃剂中，因为它具有阻燃抑烟、低腐蚀性、低毒性以及适中的价格而倍受关注。在无卤阻燃剂中，Mg(OH)2和传统的Al(OH)3都具有填充、阻燃、抑烟的三重功能，其阻燃机理一样，基于脱水吸热。它们在塑料燃烧温度下，能分解出结晶水，吸收热量，降低材料的表面温度，减慢了材料的燃烧降解速度，这种脱水吸热作用是阻燃的主要因素。结晶水挥发，水蒸气稀释火焰区气体反应物的浓度是阻燃的次要因素。但氢氧化铝的分解温度较低（约300℃），因此在加工温度高的聚合物中，显示其固有的缺陷。而氢氧化镁的分解温度相对较高（约350℃），因此在一些热裂性树脂中，因其加工温度较高，使用氢氧化镁替代氢氧化铝将是不错的选择。氢氧化镁在塑料燃烧时出现较厚的炭化层，炭化层的生成阻挡了热量和氧气的进入及可燃性气体的逸出，使脱水稀释，吸热降温作用发挥更大效能。
据报道，目前世界阻燃剂消耗量接近百万吨，其中无机物占大约一半，因此氢氧化镁有很大的发展空间，美国氢氧化镁阻燃剂的年增长率为15%，氢氧化镁一直保持较高的需求。
目前国内生产氢氧化镁阻燃剂主要有以下途径：
（1） 利用NaOH和卤水、卤块的反应，可制得高纯度的氢氧化镁，但成本高。
（2） 利用煅烧过的白云石和卤水、卤块反应制得氢氧化镁。
（3） 利用石灰乳和卤水、卤块反应制得氢氧化镁。
（4） 利用氨水和卤水、卤块为原料制取氢氧化镁。
由以上工艺，不难看出原料镁含量低，工艺过程比较复杂，成本难以控制，难以满足日益重视的环保和市场的需求。
表2 阻燃剂级氢氧化镁企业标准
| 项目 |
一般工业级 |
阻燃剂级 |
| 原料 |
海水 |
水镁石 |
海水 |
斜方云石 |
| 国别 |
日本 |
瑞士① |
中国连云港 |
瑞士② |
| MgO≥ |
62.0 |
65.0 |
|
39.7 |
| Mg(OH)2≥ |
— |
— |
92.0 |
|
| 水不溶物≤ |
— |
— |
|
|
| 酸不溶物≤ |
2.0 |
— |
|
0.2 |
| CaO≤ |
1.0 |
2.4 |
|
5.5 |
| SO42-≤ |
3.0 |
— |
|
|
| Fe2SO3≤ |
— |
0.35 |
|
0.01 |
| Cl-≤ |
3.0 |
(Na2O)0.20 |
|
|
| 烧失量 |
|
31.0 |
|
54.0 |
| 粒径(μ) |
|
d50 2.3 |
3.0 |
d50 5.0 |
比表面积
(m2/g) |
|
>8.0 |
20~40 |
>10 |
| 水份≤ |
3.0 |
— |
|
|
世界上一些发达国家纷纷开始研究直接利用水镁石生产氢氧化镁阻燃剂，其镁含量高，工艺简单，成本低，近年来约1/3的氢氧化镁阻燃剂来自于水镁石加工产品。据报道，美国R Mc Minerals Inc.利用在Arizona洲King man发现的水镁石矿，建成一座水镁石加工厂，年加工能力为2.5万t以上，该厂对水镁石矿进行选矿、粉碎和筛分处理，得到2μm~20μm细微粉并再经过表面改性处理，作为无机抑烟型氢氧化镁阻燃剂，提供给塑料行业应用。King man水镁石矿储量约为45万t~50万t，品位在90%以上。
由于我国水镁石资源质量较好，近年瑞士、美国等国家都从我国进口水镁石生产氢氧化镁阻燃剂，因此，我们应加强水镁石应用于阻燃剂的研究，充分发挥本土优势。
3.2 在环保领域中的应用
目前，可持续发展战略已成为世界各国共同追求的目标，环境保护意识日益加强，绿色项目或环境友好项目更为人们所推崇。氢氧化镁作为一种弱碱，具有缓冲性，且它的PH值较低，最高不会超过9.0，符合环保排放物PH值要求，是一种安全、无毒、无害的绿色中和剂。此外，氢氧化镁活性大、吸附能力强，可吸附某些金属离子。
水镁石由于它的成分特点，可以作酸性废水中和处理剂。它不仅在许多方面比传统的碱类物质，如氢氧化钙、氢氧化钠等，有工艺上的优越性，而且在生成物处理和排放方面可以大大降低成本。在水镁石中和酸性物质的过程中，即使使用过量，溶液的PH值也不会超过9.0，很容易控制。近年来，水镁石在处理酸雨处理的土壤，调节土壤的PH值及中和酸性废水方面有较大的需求。
水镁石由于比表面积大、活性大、吸附能力强，可以从各种不同的工业排放物中吸附并除去对环境造成危害的重金属离子，如Ni2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Cr3+和Cr6+等。用水镁石脱除重金属的工艺具有高效、简洁、成本低、操作安全等特点。
水镁石还可以作为烟气脱硫剂。水镁石添加在锅炉燃料中，可以减少高矾和高硫燃料对锅炉的危害，降低二氧化硫和其它有害气体的排放。将水镁石深加工成为一种非沉降性和非凝聚性的活性氢氧化镁，可有效地在烟气脱硫领域中得到广泛应用。
含酸废水处理、重金属脱硫、烟气脱硫是水镁石在环保领域的三大用途，随着人们环保意识的加强和对水镁石的研究的不断深化，水镁石在环保领域的应用将不断开发出来，满足国内和国际市场需求。
3.3 其它用途
水镁石还可用于核电站中核反应堆的防护层，用作镁质焊剂、焊条涂料。国外还研制出用水镁石细粉，经过有机酸处理后，加入到燃油中，对含有S和V杂质的燃料油燃烧产生的腐蚀起抑制剂的作用。水镁石和碳酸钙混合在800~1150℃煅烧的产物，可用在制糖工业上处理甜菜糖汁，作为脱色剂。纤维状水镁石与橡胶制成水镁石矿纤维胶板，可以取代传统的石棉胶板。
4. 结论
近几年来，随着新水镁石矿点的不断开发，对水镁石资源认识的不断深入，特别是无卤阻燃剂的兴起，使水镁石在阻燃剂行业中的地位迅速提升，而且，由于从矿物直接加工成产品，工艺简单，产品成本低，有市场竞争力。现在，水镁石不仅在阻燃剂、制备氧化镁、氯化镁、环保领域等方面得到广泛应用外，随着越来越多的科技工作者涉足水镁石的研究领域，水镁石将会得到充分的利用，水镁石的深加工产品将进一步提升水镁石的利用价值，对我国水镁石资源的开采和生产具有重要的意义。
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