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青海察尔汗盐湖蕴藏着丰富而宝贵的光卤石资源,是我国最大的钾肥生产基地,有力保障了我国农业生产和粮食安全。在盐湖钾肥提取过程中,大量的废弃水氯镁石尚未得到有效利用,造成资源的浪费和矿产环境的破坏。本文以废弃水氯镁石为原料,开发高效短流程的高纯优质镁砂制备工艺为目标,开展水氯镁石热解机理及动力学、镁砂制备工艺、镁砂制备过程中杂质及添加剂行为、氧化镁烧结与晶粒生长动力学等理论和应用研究,为实现盐湖资源综合利用和节能减排做出贡献。首先研究了空气气氛下MgCl2·6H2O的热解机理及动力学。采用热重分析、X射线衍射、扫描电镜、能谱分析和化学分析等方法研究中间产物及其形貌。MgCl2·6H2O热解过程分六个阶段,在342K时生成MgCl2·4H2O,402K时生成MgCl2·2H2O,440K时生成MgCl2·nH2O(1≤n≤2)和MgOHCl,476K时MgCl2·nH2O(1≤n≤2)水解与脱水同时进行生成Mg(OH)C1·0.3H2O,508K时Mg(OH)C1·0.3H2O脱水转变为MgOHCl,688K时MgOHCl分解生成MgO。水氯镁石热解的前两个阶段为简单的MgCl2·6H2O和MgCl2·4H2O脱水过程,最后阶段为MgOHCl热分解过程,反应相对简单,反应机理比较明确。而中间阶段反应非常复杂,第三阶段MgCl2·2H2O同时水解与脱水生成MgCl2·nH2O(1≤n≤2)和MgOHCl,反应机理为以成核及核成长为控制步骤的A3机理；温度达到476K时,MgCl2·nH2O(1≤n≤2)以2-维相界面反应为控制步骤的R2机理同时进行水解和脱水反应生成Mg(OH)C1·0.3H2O,再脱水转变成MgOHCl,最后分解生成MgO。在升温至476K前通过HCl气氛抑制水氯镁石水解,获得MgCl2·H2O后在476K空气气氛下煅烧得到中间产物Mg3Cl2(OH)4·2H2O和Mg3(OH)4Cl2,继续升温在633K下分解为MgO,使最终获得MgO的反应温度较常规条件下降低55K,这是由于MgCl2·2H2O和MgCl2·H2O晶体结构不同所致。水氯镁石在微波场中脱水生成MgCl2·2H2O后,开始水解生成Mg3Cl2(OH)4·2H2O和MgOHCl,最后生成MgO。微波作用下反应速度快,加热效率高,但难以控制。在空气气氛下中间产物MgOHCl颗粒形状不规则,为多孔结构,Mg(OH)C1·0.3H2O颗粒表面平整,MgO为柱状颗粒。在HCl气氛下中间产物Mg3Cl2(OH)4·2H2O颗粒形状不规则,表面布满微小针状结构,Mg3(OH)4Cl2颗粒表面凹凸不平,有较多孔隙,而最终获得的MgO为片状结构,不同于常规条件下的柱状颗粒。在微波作用下中间产物Mg3Cl2(OH)4·2H2O颗粒边缘有少量针状结构,与HCl气氛下的相比,针状结构明显减少,MgO颗粒形状不规则,与无外场强化作用下的相比,颗粒大,均匀性差,无特定的片状或柱状结构。由此表明水氯镁石热解过程的复杂性和产物的多样性。通过控制气氛或增加外场,可以降低反应温度,提高反应速度,改变反应机理和产物形貌,该结果对理论研究和实际功能产品开发和性能控制具有重要意义。提出了以废弃水氯镁石为原料“轻烧—球磨—成形—烧结”短流程镁砂制备工艺,研究了轻烧温度、球磨时间、成形压力、烧结时间等对镁砂性能的影响,获得制备高纯、高密度烧结镁砂的最优条件。该工艺流程短,煅烧温度低,设备腐蚀性小,氯化氢易于回收,高效节能。研究了氯化钠、硫酸盐、硼等杂质和金属氧化物、锂盐等添加剂在镁砂烧结过程中的行为以及它们对镁砂性能的影响。Ti02是镁砂最合适的烧结助剂,在盐湖卤水、工业控制结晶水氯镁石以及分析纯MgCl2·6H2O为原料时,Ti02在轻烧氧化镁中的最佳添加量不同,分别为1wt%、1.5wt%、0.2wt%,镁砂最大体积密度为3.49g/cm3,MgO含量均高于98wt%；氯化钠、硫酸镁、硫酸钾、硼对镁砂的烧结有不利影响,原料轻烧氧化镁中含量分别为0.2wt%.0.15wt%、0.15wt%、0.014wt%以下时,对镁砂的体积密度影响不大。研究了镁砂烧结过程中MgO的烧结初期动力学以及MgO的晶粒生长动力学,结果表明MgO烧结初期为体积扩散控制；Ti02的加入降低了MgO晶粒的生长活化能,加速MgO晶粒的生长。无添加剂时,晶粒生长指数n=3,为体积扩散控制,晶粒生长活化能Q=556.9kJ·mol-1;添加0.2wt%Ti02时,n=2,为界面扩散控制,Q=272.8kJ·mol-1。TiO2在MgO晶粒生长中的作用机理为：Ti02在MgO中固溶,形成不等价置换式固溶体,产生阳离子空位,提高了扩散系数,因此TiO2对镁砂烧结与性能提高具有促进作用。