Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumoxid ein unverzichtbarer anorganischer chemischer Rohstoff ist, der in zahlreichen Bereichen wie der chemischen Industrie, der Pharmazie, der Lebensmittelverarbeitung, der Feuerfestindustrie sowie in der Gummi-, Elektronik-, Luft- und Raumfahrt- und Energiebranche breite Anwendung findet. Obwohl das Land über reiche Magnesiumvorkommen verfügt, haben der langfristige Abbau und der Export primär verarbeiteter Produkte zu einer Erschöpfung der Lagerstätten mit hochwertigem Erz geführt. Angesichts des Trends der Magnesiumoxidindustrie hin zu hoher Reinheit und Produktveredelung ist die Verbesserung der Herstellungsverfahren – insbesondere durch die sinnvolle Nutzung minderwertiger Erze zur Gewinnung von hochreinem Magnesiumoxid – von großer Bedeutung für die Entwicklung der heimischen Magnesiumwerkstoffindustrie.
Die vorliegende Arbeit untersucht das Verfahren zur Herstellung von Magnesiumoxid für Siliziumstahl aus leicht gebranntem Magnesit mittels Carbonisierung. Die wesentlichen Schritte umfassen das Aufschließen und Carbonisieren des leicht gebrannten Magnesits zur Gewinnung einer wässrigen Magnesiumhydrogencarbonat-Lösung (oft als „schweres Magnesiumwasser“ bezeichnet), die Entfernung von Verunreinigungen wie Kalzium und Eisen durch Komplexierung (Maskierung) sowie die anschließende thermische Zersetzung und Kalzinierung der gereinigten Lösung, um das Endprodukt Magnesiumoxid zu erhalten.
Die Studie untersuchte den Einfluss von Faktoren wie dem Fest-Flüssig-Verhältnis und der Aufschlusszeit auf die Auslaugraten verschiedener Komponenten im schweren Magnesiumwasser sowie die Auswirkungen der Carbonisierungszeit und des Fest-Flüssig-Verhältnisses während der Carbonisierung auf die Komponentenkonzentrationen. Zudem wurde die Wirksamkeit unterschiedlicher Dosierungen von Komplexbildnern – sowie deren kombinierter Einsatz – bei der Entfernung von Verunreinigungen analysiert. Des Weiteren wurde erforscht, wie Parameter wie die Temperatur der thermischen Zersetzung, die Zersetzung unter vermindertem Druck und die Zugabe von Additiven vor der Zersetzung die Ausfällungsrate des Zwischenprodukts sowie die Partikelgröße und Morphologie des Endprodukts beeinflussen.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden optimale Prozessbedingungen ermittelt: ein Fest-Flüssig-Verhältnis von 80 g/l und eine Aufschlusszeit von 60 Minuten für die Aufschlussphase sowie ein Fest-Flüssig-Verhältnis von 20 g/l und eine Carbonisierungszeit von 60 Minuten für die Carbonisierungsphase. Unter diesen Bedingungen lässt sich schweres Magnesiumwasser mit einer hohen Magnesiumkonzentration gewinnen. Während der Phase der Maskierung und Entfernung von Verunreinigungen wurden 10 ml einer 1:1-Triethanolamin-Lösung zu 200 ml konzentrierter Magnesiumlösung gegeben, um Eisen zu maskieren; anschließend erfolgte die thermische Zersetzung bei 90 °C und Atmosphärendruck über einen Zeitraum von 20 Minuten, wodurch ein Magnesiumoxid-Produkt mit einem MgO-Gehalt von 99,3 %, einem CaO-Gehalt von 0,31 % und einem Fe₂O₃-Gehalt von 0,042 % erhalten wurde. Wurde alternativ ein Komplexbildner-Gemisch aus 1 g Citronensäure und 2 g Oxalsäure zu 200 ml konzentrierter Magnesiumlösung zugesetzt, wies das resultierende Magnesiumoxid einen MgO-Gehalt von 98,2 %, einen CaO-Gehalt von 0,24 % und einen Fe₂O₃-Gehalt von 0,030 % auf; die Partikelgröße des unter diesen Bedingungen gewonnenen Magnesiumoxids lag überwiegend im Bereich von 3–4 μm und erfüllte damit die Anforderungen an chemische Qualität und Partikelgröße für Magnesiumoxid zur Verwendung bei Siliziumstahl. Bei Durchführung der thermischen Zersetzung bei 65 °C und vermindertem Druck über 20 Minuten entsprach die Magnesium-Ausfällungsrate jener bei Zersetzung unter Atmosphärendruck; die Partikelgröße des Endprodukts lag jedoch hauptsächlich im Bereich von 20–40 μm und entsprach somit nicht den Anforderungen an die Partikelgröße für Magnesiumoxid zur Verwendung bei Siliziumstahl.