粒径分布均匀、无团聚等特征。就目前所知，国际上能够生产高纯氧化镁的国家并不多。
二、高纯产品的国内外市场供需现状
我国是一个镁盐生产大国，同时也是镁盐出口大国。出口产品主要以菱镁矿为原料经煅烧制得和轻烧镁和重烧镁，近年来普通级有少量出口。国内的生产厂约一百多家，能力约十万吨，大部分为传统落后工艺，存在规模小、设备落后、污染严重，产品单一、档次低等主要问题。高纯、纳米产品国内生产企业甚少。
从国内市场需求看，普通级产品随着科技进步及应用领域的不断扩大，市场活跃程度的提高，市场需求逐年增加。如医药领域使用的重质碳酸镁、轻质氧化镁，高功能精细无机材料使用的高活性氧化镁，国内需求都很大。另外，电工级氧化镁年需求量超过5万吨，缺口在2万吨以上。随着建筑、装饰等行业的发展，胶粘剂用氧化镁将有较大需求，而对于高纯氧化镁的市场需求主要有以下几个方面：
1.用于加工高纯电熔氧化镁
国内电熔氧化镁用的原料均为纯度97%的初级品制得。一般有用在电热电器、耐火材料上的低晶位的电熔氧化镁。而单晶、多晶、高纯电熔氧化镁，即用于制造高级和超高级耐温、高压、高频绝缘材料、热电偶材料、科学仪器材料、电子陶瓷材料、火箭、核子熔炉等方面的高纯电熔氧化镁，均由国外进口，而制造高纯电熔氧化镁国内缺少的正是高纯氧化镁。据了解，国内某厂用于制造电熔氧化镁进而制造航天等工业用的镁镜片等年需高纯氧化镁5000吨；核工业用于导弹助推器氧化镁要求纯度>99.8%；而高频由绝缘体、电子陶瓷耐热透明产品、红外线发射产品，用氧化镁还须超微细最好为纳米级细度。我国在精细陶瓷方面是空白，主要是没有超微细氧化镁；冶金、钢铁、耐火材料工业用的高纯镁砂，按国际标准，氧化镁含量要达到99.3%，我国生产的都非常少，年需求量缺口15万吨。
2、多品种、多规格氧化镁
氧化镁用途广泛，用途不同，要求也不同。目前，国内外氧化镁市场需求向产品多品种、多规格、高纯度、高功能等方面发展，国内生产产品单一、质量低的现状远远不能满足市场的需求。例如，钢铁工业生产硅钢用的退火隔离剂，即硅钢片专用氧化镁，首先要求氧化镁要低钙、低硼。因钙、硼腐蚀破坏绝缘，将减少如发电机、发动机制品的寿命。我国现以白云石、菱镁矿(轻烧镁)为原料生产的普通级氧化镁，经再处理后可制得硅钢片专用氧化镁，现在由上海振泰独家生产，但纯度不高。当时仅武钢生产硅钢，现在根据国家计划，各钢厂都在上马生产硅钢，总计需求量约为200万吨。生产硅钢专用氧化镁原料奇缺，今年价格已由2.8万元/吨上涨到3.5万元/吨以上。随着科技的发展，各种制品包括我们使用的手机都在向小型化发展。制造航天、航海专用发动机所用的硅钢片，均要求氧化镁高纯
度；高频绝缘、精细陶瓷工业制品不仅高纯还必须超微细；精细无机材料、电子元件、油墨、橡胶等行业用氧化镁则需要高活性；电子级、食品能、医药级、军工级还要求某种杂质含量需在特定范围内。
总之，随着社会的发展，相关制品的科技含量全面提升。氧化镁产品供求的主要矛盾不是国内没有氧化镁，而是没有高纯度、多品种、多规格的氧化镁，高纯度氧化镁生产的规模化、大型化是社会需求的必然。谁能生产高纯氧化镁和纳米氧化镁，谁就占领国内外市场。
1.3白云石制备氧化镁的意义及目的
白云石是沉积岩中广泛分布的矿物之一，一般都能够形成非常厚的白云岩。原生沉
积的白云岩是在盐度很高的海湖中直接形成的，但是大量的白云石是石灰岩受到含镁溶液影响而形成的，属于次生矿物。纯白云石的化学分子式为CaMg(CO3)2，它是由碳酸钙和碳酸镁共同构成的一种矿物，也可以用氧化钙和氧化镁的形式表示，理论上碳酸钙和碳酸镁的比例大致是1：1，含氧化钙30.41%，氧化镁21.86%，二氧化碳47.73%。晶体结构为三方晶系，晶形为菱面体形态，颜色为灰白色，有时为浅黄、浅褐、浅绿、肉红色。光泽为玻璃光泽，解离完全。莫氏硬度3至4，密度28至29 g/cm3。块状白云石在与冷稀酸反应的过程中不起泡，只受侵蚀，而粉末状白云石与冷稀酸反应则缓慢起泡
[3]。
白云石由于杂质成分的不同、结构的不同，所具备的物理、化学性能有一定的差异。
目前大致分为两类：一类是无定形具有网状结构的白云石；一类是具有六方菱形结构的白云石。无定形网状结构的白云石，煅烧后仍能保留白云石的结构特性。具有六方菱形结构的白云石易破碎，煅烧后，锻白细磨时也较网状结构的白云石易磨，且不粘磨，但其反应性较低。无定形网状结构的白云石由于晶格能小，热分解时吸热较六方菱形结构的白云石低，即煅烧时耗能较低。
我国白云石资源分布广泛，蕴藏丰富、品质优、易开采。随着科技的进步、社会的发展，国内对白云石的开发利用越来越重视，其应用领域也越来越广泛。以白云石为原料采用碳化法生产氧化镁、碳酸镁原料易得，有着广阔的前景。该方法遇到的问题主要有两个，一是碳化过程只能碳化至溶液的pH值为7.5，以防前期碳化中生成的碳酸钙溶解而影响氧化镁和碳酸镁产品的质量，这一方面导致消化液中氢氧化镁浸出不完全(大约只有50%左右)，原材料消耗大大增加；另一方面导致生成的碳酸钙中含有较高含量的氧化镁(俗称含镁碳酸钙，含镁约11%左右)而难以应用，绝大部分生产企业均将其作
为废渣排放，对环境造成了严重的污染。另一个问题是碳化所得重镁水中氧化镁含量偏低，只有7 g/cm3 ,致使热解过程中能耗很大，目前对白云石碳化法工艺的改进也主要围绕着这两方面问题展开[4]。
我国白云石资源分布广泛且蕴藏丰富，已勘查矿区为208处，保有储量为82.2亿吨，产地遍布各省，各地的矿床大多已经被开发利用，其中尤以辽宁营口大石桥、海城一带产量最多。内蒙古的桑干、福建的建瓯都有白云石矿床产出，其次如辽东半岛、冀东、内蒙古、山西、江苏等地也有大型矿床产出。白云石矿床分布较多的还有湖北、湖南、广西、贵州、陕西等地。需要指出的是，白云石会因矿床所在地域的不同而导致矿石内各种组分的不同。
我国生产轻质碳酸镁和氧化镁的原料主要来自于：(1)卤水，它的主要成分是氯化镁、硫酸镁，采自于海水以及盐湖；(2)各种含镁矿物，主要有菱镁矿、白云石、水镁石、滑石、蛇纹石等沉积矿物；(3)各种化工生产所产生的废渣，如生产硼砂所剩的固体废渣硼泥等。在各种镁矿资源中，我国菱镁矿的保有储量为10亿吨，将近占世界总保有储量的三分之一，稳居全球第一，而其他镁矿资源，如:白云石、水镁矿、卤水等，我国储量也非常丰富[5]。
氧化镁可以通过煅烧轻质碳酸镁得到，而轻质碳酸镁的生产工艺可以归纳为以下几种：①MgCl2或者MgSO4,纯碱法；②MgCl2或者MgSO4，小苏打或碳酸氢铵法；③碳化法；④复分解法。一般来说，在不同的生产条件下，应该采用不同的生产工艺，但是由于碳化法生产轻质碳酸镁的成本除了原矿之外大部分在于能耗以及人工，而作为碳化剂的二氧化碳耗费相对于其他生产方法所消耗的化学材料便宜，因此，目前碳化法生产轻质碳酸镁和氧化镁应用最为广泛。
碳化反应过程是一个气-液-固三相接触的反应过程，由于碳化反应一般都在室温范围内进行反应，因此在碳化过程中碳化率的高低往往不取决于热力学过程，而是取决于碳化体系的表观反应速率。在碳化法中，目前比较常用的是机械搅拌碳化法。 循环碳化工艺从提高二氧化碳碳化效率角度出发，对碳化装置进行了改良。传统的机械循环碳化工艺，在二氧化碳进入体系后，由碳化反应器底部直接向上逸出，有相当一部分二氧化碳还末来得及参加碳化反应就逸出碳化体系。而循环碳化工艺，在二氧化碳进入循环体系后，由于绝大部分二氧化碳气体随着循环流在整个碳化体系做循环流动，导致二氧化碳在整个碳化体系中的停留时间延长，从而提高了二氧化碳的碳化效率
[6]。
本课题主要以完善循环碳化法为目的，研究了以白云石为原料采用此方法进行碳化生产的碳化效率工艺的改进，在碳化过程中采取了常压和加压两种方式并存的碳化方式，能更好地促进碳酸钙和镁化合物的分离，同时，在二氧化碳整个的循环反应过程中，反应所需的二氧化碳原料无需从外界提供，而是直接由反应过程中煅烧和热解等过程提供，这样不仅保证的二氧化碳的充分循环利用，而且在反应中产生的三废也不会对环境造成污染。因此，该碳化法是一个合理可行的绿色环保法。后面也对该碳化法进行了物料和热量的相关计算，为循环碳化法实现工业化生产提供相应理论依据。
第二章 物料衡算