Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab bekannt, dass für die Herstellung von Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität hauptsächlich Meerwassersole und Mineralien als Rohstoffe verwendet werden. Bei der Verwendung flüssiger Rohstoffe wird zunächst eine alkalische Lösung als Fällungsmittel verwendet, um Magnesium auszufällen und anschließend Magnesiumoxid weiterzuverarbeiten. In China werden hauptsächlich das Sole-Ammoniumcarbonat-Verfahren mit basischem Magnesiumcarbonat als Zwischenprodukt und das Sole-Ammoniak-Verfahren mit Magnesiumhydroxid als Zwischenprodukt eingesetzt. Japan, Israel und andere Länder verwenden überwiegend Calciumhydroxid als Fällungsmittel. Das Festerzverfahren nutzt hauptsächlich die Karbonisierung von Magnesit und Dolomit. Nach Aufschluss, Karbonisierung und weiteren Prozessen wird basisches Magnesiumcarbonat als Zwischenprodukt verwendet und anschließend kalziniert.
1. Herstellung von Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität durch das Sole-Ammoniumcarbonat-Verfahren
Fällungsmittel wie Ammoniumcarbonat und Ammoniumbicarbonat reagieren in einem Reaktor mit Sole zu basischen Magnesiumcarbonat-Zwischenprodukten. Magnesiumoxid für Siliziumstahl wird durch Filtern, Waschen, Trocknen, Kalzinieren, Wärmebehandlung und weitere Verfahren gewonnen. Aus industriellem Magnesiumchlorid als Rohstoff wird basisches Magnesiumcarbonat durch Fällungsreaktion gewonnen. Anschließend wird basisches Magnesiumcarbonat bei niedriger Temperatur kalziniert und langsam erhitzt, um Magnesiumoxid herzustellen. Die Produktreinheit liegt über 98 %, die durchschnittliche Partikelgröße beträgt 3,182 μm, die Partikelgröße kleiner als 5 μm und erreicht 71,27 %. Die Hydratationsrate liegt unter 4 %, was den technischen Anforderungen an Magnesiumoxid für Siliziumstahl entspricht. Aus Sole, Ammoniumbicarbonat und karbonisiertem Ammoniakwasser als Rohstoffe wird im Reaktor eine Fällungsreaktion durchgeführt. Durch Kalzinieren wird zunächst hochaktives Magnesiumoxid und unter bestimmten Bedingungen durch Hydratisierung Magnesiumhydroxid gewonnen. Anschließend wird getrocknet und kalziniert, um Magnesiumoxid für Siliziumstahl mit einem Magnesiumoxidgehalt von über 98 % zu erhalten. Die Hydratationsrate und die Beschichtungseigenschaften erfüllen die Anforderungen für die Herstellung von Siliziumstahlblechen. Das Produkt weist zudem eine hohe Viskosität auf, wodurch das Problem gelöst wird, dass die niedrige Viskosität von herkömmlichem Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität die Produktionsanforderungen einiger Siliziumstahlblechwerke an Magnesiumoxidviskositäten von über 80 mPa·s nicht erfüllen kann. Aus Sole und Ammoniumcarbonat als Rohstoffe wird durch Solereinigung und Fällungsreaktion das Zwischenprodukt basisches Magnesiumcarbonat erzeugt. Nach Alterung, Filtration und Kalzinierung entsteht Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität. Das Produkt weist eine hohe chemische Reinheit (> 99,1 %), eine geringe durchschnittliche Partikelgröße, eine hohe Viskosität sowie gute Beschichtungs- und Hafteigenschaften auf.
Der Herstellungsprozess von Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität ist relativ ausgereift, die Produktqualität stabil und zuverlässig, und die industrielle Produktion ist bereits realisiert. Nachteilig ist, dass bei der Herstellung von basischem Magnesiumcarbonat das Nebenprodukt Ammoniumchlorid aufgrund der geringen Konzentration im Reaktionssystem schwer zurückzugewinnen ist und leicht Umweltverschmutzung verursacht. Obwohl das Ammoniumchlorid in der Mutterlauge durch Verdampfung zurückgewonnen werden kann, ist die Ammoniumchloridkonzentration zu niedrig, der Energieverbrauch zu hoch und der Prozess kompliziert und schwer kontrollierbar. Pro Tonne Produkt werden 6–7 t Ammoniumbicarbonat, 1000 kWh Strom und 8–9 t Kohle verbraucht, was hohe Kosten verursacht.
2. Herstellung von Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität durch Ammoniak-Sole-Verfahren
Das Verfahren basiert auf einer kontinuierlichen Reaktion von Sole und Ammoniakwasser. Durch Anpassung der Reaktionszeit wird die Kristallpartikelgröße des Magnesiumhydroxids auf 0,2–2,0 μm eingestellt. Magnesiumhydroxid wird 30–60 Minuten lang bei 800–900 °C dynamisch kalziniert, um Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität zu erhalten. Als Rohstoffe werden Sole mit einer Magnesiumchloridkonzentration von 4,3 mol/l und Ammoniakwasser mit einem pH-Wert von 13,5 verwendet. Der pH-Wert des Reaktionssystems wird auf 11 eingestellt, um ein Magnesiumhydroxid-Zwischenprodukt zu erhalten. Dieses wird bei 950 °C in einem Widerstandsofen kalziniert und unter geschlossenen Bedingungen abgekühlt. Ethanol hinzufügen, mit einer Kugelmühle zerkleinern und anschließend sieben, um Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität zu erhalten. Das Produkt zeigt unter dem Elektronenmikroskop eine unregelmäßig kugelförmige Gestalt mit flockigem Aussehen und relativ gleichmäßiger Partikelgröße. Die durchschnittliche Partikelgröße des gemahlenen Magnesiumoxids beträgt 5 μm und ist im Wesentlichen normal verteilt. Die Produktreinheit liegt bei >98 %, der Hydratationsgrad bei 3,5 %, was den Anforderungen an Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität entspricht.
Die Vorteile des Ammoniak-Salz-Verfahrens liegen im geringen apparativen Aufwand, der breiten Rohstoffauswahl und der Möglichkeit zur Herstellung in großem und kleinem Maßstab. Die Nachteile liegen in der geringen Partikelgröße des mit Ammoniakwasser als Rohstoff gewonnenen Magnesiumhydroxids, das sich nur schwer absetzen und filtern lässt. Hohe Ammoniakkonzentrationen führen zu einer hohen Viskosität des Magnesiumhydroxids und seiner schwierigen Abtrennung; niedrige Ammoniakkonzentrationen führen zu einer geringen Magnesiumausnutzung. Gleichzeitig ergeben sich Umweltprobleme wie die Verflüchtigung von Ammoniak, die zu schlechten Betriebsbedingungen und einer erschwerten Behandlung der als Nebenprodukt anfallenden Mutterlauge führt.
3. Herstellung von Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität durch Magnesiumerzkarbonisierung
Dolomit wird als Rohstoff verwendet und in einem Hochtemperaturofen zu Dolomitkalk kalziniert. Nach Aufschluss, Reinigung, Karbonisierung und Pyrolyse entsteht ein basisches Magnesiumcarbonat-Zwischenprodukt. Anschließend erfolgt Alterung, Waschen, Trocknen, Kalzinieren, Zerkleinern und Sieben. Das Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität wird mit einer Produktreinheit von 98,93 %, einem Hydratationsgrad von 3,2 % und einer Partikelgröße (5 μm) von > 82 % gewonnen. Alle Parameter übertreffen den Industriestandard. Magnesit wird als Rohstoff verwendet, in einem Hochtemperaturofen zu leicht gebranntem Pulver kalziniert und anschließend zu einer Magnesiumhydroxid-Emulsion aufgeschlossen. Nach der Karbonisierung entsteht ein basisches Magnesiumcarbonat-Zwischenprodukt. Durch Hochtemperaturkalzinierung wird Magnesiumoxid in Siliziumstahlqualität hergestellt, das den Industriestandards entspricht. Studien haben gezeigt, dass die geeignete Magnesiumoxidkonzentration in einer leicht gebrannten Pulveremulsion 15–20 g/l beträgt und der pH-Wert am Karbonisierungsendpunkt 7,0–7,1 beträgt. Die Zersetzungstemperatur des schweren Magnesiumwassers liegt zwischen 80 und 90 °C, die durchschnittliche Partikelgröße des Produkts zwischen 5 und 6 µm. Die Kalzinierungstemperatur liegt bei ca. 950 °C, und durch luftdichtes Abkühlen werden die für Siliziumstahl-Magnesiumoxid erforderliche Aktivität und Hydratationsrate erreicht.
Die Herstellung von Siliziumstahl-Magnesiumoxid durch Magnesiumerzkarbonisierung hat die Nachteile langer Reaktionszyklen, eines komplexen Prozesses und hoher Produktionskosten. Gleichzeitig ist die Produktreinheit aufgrund von Verunreinigungen in den Rohstoffen gering.