Die Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass hochreines, aktives Magnesiumoxid ein unverzichtbarer chemischer Rohstoff in der modernen Industrie ist – ein veredeltes Produkt aus Magnesiumsalzen –, der in zahlreichen Anwendungsgebieten breite Verwendung findet. Obwohl unser Land weltweit zu den bedeutendsten Produzenten von Magnesiumoxid zählt, bestehen die Exporte nach wie vor überwiegend aus primären Erzeugnissen von geringer Reinheit und minderer Qualität. Dies steht im Widerspruch zur wachsenden Nachfrage nach technologisch anspruchsvollen Magnesiumoxid-Produkten mit hohem Mehrwert. Die vorliegende Arbeit untersucht die praktische Anwendung des Verfahrens auf Basis von Magnesiumcarbonat-Trihydrat und schlägt entsprechende Produktionstechnologien im industriellen Maßstab vor, um hochreines, hochaktives Magnesiumoxid zu entwickeln.
1. **Verfahrensprinzip der Magnesiumcarbonat-Trihydrat-Methode**
Diese Technologie nutzt primär eine hochkonzentrierte Magnesiumchlorid-Lösung (konkret: die Mutterlauge – ein Nebenprodukt –, die bei der Bromgewinnung anfällt) als Ausgangsstoff. Als Fällungsmittel dient Ammoniumcarbonat; die darauf folgende Reaktion liefert ein Präzipitat aus MgCO₃·3H₂O. Dieses Präzipitat wird anschließend einer Kalzinierung unterzogen, um hochreines, aktives Magnesiumoxid zu erzeugen. Das primäre Nebenprodukt dieses Prozesses ist eine NH₄Cl-haltige Mutterlauge. Durch nachfolgende Prozessschritte – bestehend aus Eindampfen, Kühlkristallisation und Fest-Flüssig-Trennung – wird aus dieser Mutterlauge festes NH₄Cl zurückgewonnen.
2. **Analyse der Verfahrensanwendung**
Den Kern dieses Verfahrens bilden zwei Hauptstufen: die Synthese von MgCO₃·3H₂O und dessen anschließende Kalzinierung. Typischerweise wird das hochkonzentrierte MgCl₂, das in der Abfalllauge der Bromproduktion enthalten ist, in MgCO₃·3H₂O umgewandelt; dieses Zwischenprodukt wird sodann kalziniert, um hochreines, aktives Magnesiumoxid zu gewinnen – ein Produkt von signifikant höherem Mehrwert. Die für diesen Prozess erforderliche Kalzinierungstemperatur ist mit ca. 750 °C verhältnismäßig niedrig, was für milde Reaktionsbedingungen sorgt und einen hohen Sicherheitsfaktor gewährleistet.
3. **Schlüsselanlagen für die Herstellung**
Die erforderliche Ausrüstung lässt sich im Allgemeinen in Trocknungsanlagen (zur Trocknung des feuchten MgCO₃·3H₂O-Materials) und Kalzinierungsanlagen unterteilen. Letztere umfassen primär dynamische Zyklon-Kalzinierer, innenbeheizte Drehrohröfen sowie außenbeheizte Drehrohröfen. Während des gesamten Vorbereitungsprozesses muss die Ausrüstung regelmäßig überprüft werden, um ihre Betriebssicherheit zu gewährleisten.
4. **Detailliertes Vorbereitungsverfahren**
4.1 **Reinigung der Abfalllauge aus der Bromproduktion:** Die Sole wird bis zum Siedepunkt erhitzt; anschließend wird eine bestimmte Menge an Natriumhypochloritlösung oder Wasserstoffperoxidlösung hinzugefügt. Nach dem Durchmischen wird eine geringe Menge an Natriumcarbonatlösung (Soda) eingebracht. Die Mischung wird gerührt, bis sie homogen ist, und anschließend über Nacht absetzen gelassen; die klare überstehende Flüssigkeit wird daraufhin als primäre Rohstofflösung verwendet. Durch die Unterziehung dieser Flüssigkeit einer Fällung und anschließenden Abtrennung wird eine gereinigte Rohstoff-Mutterlauge (sulfathaltig) gewonnen. Forschungsergebnissen zufolge liefert die Verwendung einer gesättigten CaCl₂-Lösung als Entschwefelungsmittel für die Mutterlauge aus der Bromproduktion – zwecks Entfernung schwefelhaltiger Verunreinigungen – die besten Ergebnisse, wenn sie in einer Menge zugesetzt wird, die dem 1,2-fachen der stöchiometrischen Menge entspricht.
4.2 Reaktionsprozess. Gereinigte, hochkonzentrierte Magnesiumchloridlösung (die Mutterlauge aus der Bromproduktion) wird in einen Kristallisator eingebracht und mit deionisiertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 1000 ml verdünnt, wodurch eine Reaktions-Basislösung mit einer Konzentration von 0,5 mol/l entsteht. Die Lösung wird erhitzt, um eine konstante Temperatur von 30 °C aufrechtzuerhalten; anschließend werden unter Rühren langsam 53 g festes (NH₄)₂CO₃-Pulver hinzugefügt. Während der Reaktion sind folgende Aspekte zu beachten: (1) Die Zugabegeschwindigkeit des Reagenz sollte gleichmäßig sein; (2) Der pH-Wert der Reaktionslösung sollte zwischen 7,5 und 9,0 gehalten werden; (3) Es wird eine optimale Reifezeit von 1,5 bis 2,5 Stunden empfohlen.
4.3 Abtrennung und Waschen. Nach Abschluss der Reaktion wird eine Fest-Flüssig-Trennung der entstandenen MgCO₃·3H₂O-Suspension durchgeführt. Als Filtrationsausrüstung wird eine Kammerfilterpresse gewählt, da sie sich durch einen einfachen Aufbau, leichte Herstellbarkeit, geringen Platzbedarf, große Filtrationsfläche, hohen Betriebsdruck und hohe Anpassungsfähigkeit auszeichnet; zudem ermöglicht sie die gleichzeitige Durchführung sowohl des Filtrations- als auch des Waschvorgangs. Der Chloridgehalt (Cl) im Endprodukt ist ein entscheidender Indikator für die Beurteilung der Qualität von hochreinem, aktivem Magnesiumoxid. Folglich muss das nach der Reaktion erhaltene MgCO₃·3H₂O einer gründlichen Wäsche unterzogen werden, um hochreines, aktives Magnesiumoxid in der geforderten Qualität zu gewinnen und die vollständige Entfernung etwaiger eingeschlossener Chloridverunreinigungen sicherzustellen.
4.4 Trocknung. Der Trocknungsprozess nutzt Wärme, um die im gewaschenen, feuchten MgCO₃·3H₂O-Material enthaltene Feuchtigkeit zu verdampfen und so die flüssige Phase zu entfernen. Je nach Betriebsdruck lassen sich die Trocknungsverfahren in atmosphärische Trocknung und Vakuumtrocknung unterteilen. Abhängig von der Betriebsweise kann die Trocknung zudem als kontinuierliche Trocknung oder als Batch-Trocknung (diskontinuierliche Trocknung) kategorisiert werden. Die kontinuierliche Trocknung bietet mehrere Vorteile, darunter eine hohe Produktionskapazität, eine gleichmäßige Produktqualität, eine hohe thermische Effizienz und günstige Arbeitsbedingungen. Die Batch-Trocknung eignet sich besser für das Trocknen kleiner Materialchargen, die Verarbeitung verschiedener Produktvarianten oder den Umgang mit Materialien, die längere Trocknungszeiten erfordern.
4.5 Kalzinierung. Der Zusammenhang zwischen Kalzinierungstemperatur und Produktqualität: Der Schlüssel zur erfolgreichen Herstellung von hochreinem, aktivem Magnesiumoxid liegt in der präzisen Steuerung der Kalzinierungstemperatur. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Temperatur, desto geringer ist die Aktivität des resultierenden Magnesiumoxidprodukts. Um sicherzustellen, dass die Qualität des Endprodukts den geforderten Spezifikationen entspricht, wurden Experimente durchgeführt, um die Produktqualität bei verschiedenen Kalzinierungstemperaturen zu bewerten und so die optimalen Prozessparameter zu ermitteln. Die experimentellen Daten zeigen, dass das resultierende Endprodukt die Anforderungen dieses Prozesses vollumfänglich erfüllt, wenn die Kalzinierungstemperatur auf 750 °C geregelt wird. Zwar kann eine weitere Erhöhung der Kalzinierungstemperatur zu einem geringfügigen Anstieg des Magnesiumoxidgehalts im Produkt führen, doch ist das relative Ausmaß dieses Anstiegs vernachlässigbar. Während des Kalzinierungsprozesses sind folgende Aspekte zu beachten: (1) Die Kalzinierungstemperatur sollte auf 750 °C gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Reaktion vollständig abläuft; (2) Bei einer Kalzinierungstemperatur von 750 °C führt eine Begrenzung der Kalzinierungsdauer auf 60 Sekunden zu einem Magnesiumoxidgehalt von über 99,50 % im Endprodukt, wodurch die Ziele dieser Prozessforschung erreicht werden; (3) Es müssen geeignete Reaktionsbedingungen aufrechterhalten werden, um den vollständigen Ablauf der Reaktion zu gewährleisten. 5. Behandlung der „drei Abfallströme“ (Abgase, Abwässer und Feststoffe)
Hinsichtlich der Aufbereitung von Prozessabwässern wurde eine Recyclingtechnologie eingeführt. Die Mutterlauge – die nach der Abtrennung von MgCO₃·3H₂O verbleibt – sowie die Waschwässer aus dem feuchten MgCO₃·3H₂O-Material werden einer Verdampfung, Kristallisation und Abtrennung unterzogen, um Ammoniumchlorid (NH₄Cl) als Nebenprodukt zurückzugewinnen. Des Weiteren wurde das Kalzinierungsverfahren von einer direkt befeuerten Verbrennung auf eine gasbefeuerte Kalzinierung umgestellt, um die Emission von Schwarzrauch vollständig zu unterbinden. Wird Kohle als Wärmequelle für die Kalzinierung genutzt, entsteht eine geringe Menge an Kohlenschlacke; diese Schlacke kann zentral gelagert und extern als Rohstoff für Baustoffe veräußert werden, wodurch keinerlei Risiko einer Umweltverschmutzung besteht.
Die Hebei Messi Biology Co., Ltd. erklärt, dass die Produktion von hochreinem aktivem Magnesiumoxid mittels des Magnesiumcarbonat-Trihydrat-Verfahrens ein effektives Produktions- und Anwendungsmodell darstellt, das auf den Prinzipien der nachhaltigen Entwicklung fußt. Gekennzeichnet durch ein durchdachtes Prozessdesign und eine hohe Umwandlungsrate, birgt dieses Verfahren ein erhebliches Potenzial für eine breite Anwendung. Durch die Integration eines Recyclingprozesses für die Mutterlauge werden sowohl die Ausnutzungsrate der Mineralien im Sole-Einsatzstoff als auch die Rückgewinnungsrate von NH₄Cl aus der Mutterlauge signifikant gesteigert. Dieser Ansatz reduziert nicht nur den Materialverbrauch, sondern eliminiert auch die Einleitung der „drei Abfallströme“, wodurch er sich als praktikables und umweltfreundliches Herstellungsverfahren etabliert.