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無色正四面體晶體或白色粉末,有毒。難溶于水和乙醇,易溶于硝酸。氟化鎂為無色四方晶系晶體或粉末,能溶于硝酸,微溶于稀酸,難溶于水及醇;主要用于制造陶瓷、玻璃,冶煉鎂、鋁金屬的助熔劑;以及用于光學儀器中鏡頭及濾光器的涂層;還可做為陰極射線屏的熒光材料,光學透鏡的反折射劑及焊接劑。氟化鎂的傳統生產方法是采用不同的鎂鹽與氫氟酸反應,主要有碳酸鎂法、氧化鎂法、硫酸鎂法等。
傳統方法是用氫氟酸和鎂鹽反應,氫氟酸主要由螢石和硫酸反應制得,傳統工藝需要消耗寶貴的戰略資源螢石,現在國家大對螢石的控制力度,螢石的價格越來越高,相應的氫氟酸的價格也必然會升高,從而影響氟化鎂的成本。尋找新的氟源替代氫氟酸是降低氟化鎂成本,提升氟化鎂競爭力的重要途徑。另外,現有工藝在生產過程中有大量母液排放,對周圍環境影響較為嚴重。
氟化鎂純度受鎂鹽影響很大,使用純度低的鎂鹽(碳酸鎂、氧化鎂)生產氟化鎂的主含量一般僅能達到75%,只能滿足電解鋁用添加劑、冶煉金屬鎂助熔劑用要求。如要滿足光學透鏡、熒光材料使用要求,就需使用高純度的鎂鹽,而兩種氟化鎂指標相差極大。目前,急需尋找一種新的鎂鹽,以解決高純度鎂鹽價格高帶來的氟化鎂價格高地問題。
氟化鎂還應用在陶瓷、電子工業;制造陶瓷、玻璃;冶金鎂金屬的助熔劑;陰極射線屏的熒光材料;焊劑等。氟化鎂為無色晶體或粉末,是一種重要的無機化工原料,用作電解鋁的添加劑、冶煉金屬鎂的助熔劑、鈦顏料的涂著劑、陰極射線屏的熒光材料等。同時它也是一種無色透明的紅外光學材料,具有較寬的透過范圍和高的透過率,用于制作紅外光學系統中的光學棱鏡、透鏡和窗口元件。
隨著紅外技術在軍事上的廣泛運用,用氟化鎂加工制作的光學儀器除了在中波紅外波段具有良好的透光性外,還具有力學強度高、抗熱沖擊性強、耐化學腐蝕以及各相同性等諸多優點,可用作紅外溫度探測器、精確制導導彈整流罩及紅外激光窗口等。
自20世紀60年代起,熱壓氟化鎂開始用于以中波紅外制導的導彈以及飛機的紅外前視窗口、紅外吊艙、光電雷達等系統中,其中比較有代表性的紅外導彈,如美國的“響尾蛇”導彈、俄羅斯的導彈、法國的“西北風”導彈、以色列的“怪蛇”導彈等。氟化鎂可用于光學透鏡鍍膜。光學器材鍍上一層氟化鎂膜層,可以減少鏡頭界面對射入光線的反射,減少光暈,提高成像質量。
碳酸鎂法制備氟化鎂所用鎂源多為白云石或菱鎂礦。反應方程式為:
碳酸鎂法制備氟化鎂工藝過程(以菱鎂礦為原料):1)將氫氟酸加入菱鎂礦粉漿液中,攪拌反應一段時間,得到氟化鎂漿液;逸出的氣體處理后放空。2)將氟化鎂漿液過濾,濾渣經洗滌、干燥,得到氟化鎂產品;濾液部分用于礦粉漿化,部分送處理槽用稀碳酸鎂中和處理,達標后排放。
硫酸鎂(或硝酸鎂)法制備氟化鎂是以硫酸鎂或硝酸鎂為原料,涉及的反應式如下:
硫酸鎂(或硝酸鎂)法制備氟化鎂工藝過程(以硫酸鎂為原料):1)將含水硫酸鎂進行預處理,除去里面的一些雜質;2)將硫酸鎂與堿反應,制得的中間產物經洗滌、過濾,置于襯鉛或襯塑的反應器中,邊攪拌邊與過量的氫氟酸反應,這個反應需要保持一定的二氧化碳分壓;3)反應完畢后,將物料洗滌、烘干、粉碎,得到高純度的氟化鎂產品。
氧化鎂法制備氟化鎂是以氧化鎂為原料,反應式如下:
以氧化鎂為原料制備氟化鎂工藝過程:1)將質量分數為99.99%的高純氧化鎂置于鉑坩堝中,與質量分數為40%的分析純氫氟酸進行熬煉,使兩者反應,得到氟化鎂乳漿2) 將氟化鎂乳漿精制、過濾,然后烘干、粉碎,得到高純氟化鎂產品。
鹵水-氨-氫氟酸法:鹵水-氨-氫氟酸法制備氟化鎂是以氯化鎂、氨為原料,反應式如下:
鹵水-氨-氫氟酸法制備氟化鎂工藝過程:1)將MgC12:配制成鹵水,然后向溶液中通人氨氣,生成Mg(OH)2沉淀,過濾,得到Mg(OH)2濾餅,將濾餅粉碎2)往粉碎的濾餅中加入稍過量的氫氟酸,反應完畢后將物料過濾、洗滌,除去吸附的HF,烘干即得到MgF2,成品。
氟化銨-氯化鎂法:氟化銨-氯化鎂法制備氟化鎂是以氟化銨和氯化鎂為原料,反應式如下:
氟化銨一氯化鎂法制備氟化鎂工藝過程:1)將質量分數為30%-45%的氟化銨溶液和質量分數為25%~36%的氯化鎂溶液同時加入反應釜中,反應后得到氟化鎂料漿,過濾得到氟化鎂軟膏2)將氟化鎂軟膏用60—70℃的熱水洗滌,然后在250—400℃干燥1~2h,粉碎即得到氟化鎂成品。
將堿式碳酸鎂轉變為純凈氟化鎂的工藝過程為:將堿式碳酸鎂懸浮液與CO2接觸,形成充分的二碳酸鎂或碳酸鎂水化物,在此過程中,懸浮液的微粒發生變化。通過在不穩定的二碳酸鎂和碳酸鎂的水化物之間建立的平衡關系,懸浮液的碳化作用增大顆粒的溶解度。當碳化時,懸浮液加入密封反應桶中,在攪拌下與稍微過量的HF反應,沉淀出細散的氟化鎂顆粒。多余液體用虹吸管排出后,用NH4OH中和過量的HF。沉淀的顆粒經過烘干和焙燒后可得到氟化鎂粉末。
該方法主要化學反應式為:
由堿式碳酸鎂與氫氟酸可直接制得精細的散粒狀可壓超純氟化鎂粉末,該種粉末在20℃時有具體均勻的折射率為1.3850,其微粒特別均勻,熱壓前不用研磨。該方法制備出的氟化鎂可用于光學透鏡鍍膜、高級陶瓷、玻璃等高技術領域。
液相中和法是以可溶性鎂鹽為主要原料,加入氨水生成中間物質氫氧化鎂,由氫氧化鎂與氫氟酸反應制得氟化鎂。液相中和法具體包括以下步驟:①配制混和均勻的可溶性鎂鹽溶液;②通入一定量的氨氣或加入氨水,攪拌均勻后反應生成氫氧化鎂,放置24h;③經過抽濾、洗滌,除去溶液中多余的氯化鎂和氯化銨,使溶液呈中性;④加入一定量的氫氟酸,反應生成氟化鎂,經過濾、洗滌、烘干后得到氟化鎂成品。主要化學反應式為:
此種工藝生成的氟化鎂中的雜質容易清洗排除,因而成品的氟化鎂的純度很高。用提鹽副產的鹵水(主要原料是氯化鎂),利用此方法制備的氟化鎂純度達99.91%。該方法與碳酸鎂、氧化鎂、硫酸鎂法相比,由于氯化鎂含雜質較少,氫氧化鎂粒徑大,易于洗滌,且生產成本較低,有很高的工業價值。利用該工藝流程,以醫用高純七水硫酸鎂為原料,制備出純度高達99.999%的氟化鎂,但原料成本較高,不適用于大規模工業生產。因此,液相中和法所制備出氟化鎂的純度取決于鎂鹽的純度。
[1] 無機化合物辭典
[2] CN200710055064.1一種氟化鎂的生產方法
[3] 氟化鎂制備技術現狀及發展趨勢
[4] CN200710055064.1一種氟化鎂的生產方法
[5] CN201710679027.1一種氟化鎂的制備工藝