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CNS_13.005_碳酸镁

enhua

2021/06/20

食品添加剂

柯灿艺
目录

第1章碳酸镁的制备1

1.1 碳酸镁的性质及其制备方法1

1.1.1碳酸镁的性质.......................................................................................................3

1.1.2碳酸镁的分类.......................................................................................................3

1.1.3碳酸镁的制备方法...............................................................................................4

1.1.4研究内容及意义...................................................................................................8

第2章碳酸镁的应用8

2 .1 碳酸镁作为药品的使用说明8

2.1.1碳酸镁的药理作用及用量8

2.1.2碳酸镁的禁忌与不良反应8 发布

2.1.3适应症状8

2.1.4注意事项8

2.1.5专家点评8

2.2铝碳酸镁咀嚼片8

2.1.1铝碳酸镁的介绍8

2.1.2药理作用8

2.1.3适应症状9

2.1.4不良反应9

2.1.5药物的相互作用9

参考文献12

致谢错误！未定义书签。

第1章碳酸镁的制备

1.1碳酸镁的性质及其制备方法
1.1.1碳酸镁的性质
碳酸镁(xMGCO3.yMG(OH)2zH2O)呈白色单斜晶体或无定形粉末状，微溶于水，易溶于铵盐溶液，与酸、热水发生化学反应，煅烧优质碳酸镁前驱体可获得高纯氧化镁。
碳酸镁与酸反应化学方程式:
MgCO3 + 2H+ = Mg2+ + H2O + CO2↑
碳酸镁与热水反应化学方程式:
MgCO3 + H2O = Mg(OH)2 + CO2↑
碳酸镁煅烧化学方程式:
MgCO3 = MgO + CO2↑
1.1.2碳酸镁的分类及应用
碳酸镁在化学工业中具有广泛应用，不同生产原理和生产工艺生产出的碳酸镁具有不同的产品质量和用途，按照碳酸镁的纯度组成与用途划分药用碳酸镁(重质碳酸镁)、食品级碱式碳酸镁、轻质碳酸镁。
(一)药用碳酸镁(Magnesium carbonate,medicinal)
医药用碳酸镁即为重质碳酸镁(CAS:13717-00-5)，其体积相对较小，较为容易被调制成粉剂，在医药领域常被应用于制备抗酸类中和胃酸药物，临床上多用于治疗胃病及十二指肠溃疡。此外在-些高级玻璃制品、氧化镁、化妆品、牙膏、耐火涂料等方面也有较为广泛的应用。
(二)轻质碳酸镁
轻质碳酸镁(mangnesium carbonate, light )外观(Appearance) 呈白色粉末，在工业中是极为优良的橡胶增强剂和填充剂，同时轻质碳酸镁不易燃烧、密度相对较低的特点而被用作耐高温的保温或防火材料，其应用几乎涵盖国防、冶金、电子等社会经济各个领域。但当其应用在电子行业时，必须同时拥有良好的物理性能，其粒度分散要适宜，纯度、活性需较高，在原料准备、制备、应用前处理都必须经过严格处理，这样方能保证其均匀分散在电子介质中。最后需要介绍的是透明轻质碳酸镁，将其掺杂在白色橡胶中可以跳高橡胶制品的透明度，同10/37时加强橡胶制品的韧性、和耐磨性。
(三)食品级碱式碳酸镁
食品级碱式碳酸镁相对分子质量为458.81，呈白色稀松团聚粉末，其在食品工业主要被用作添加剂或改良剂，因此必须保证其纯度以确保食品安全，尤其是在制备过程中重金属铁、铅、锰、砷、钯等残留一定要低于1ppm。如果将碳酸镁加入面粉中，可以增加面粉的白度，可以看作增白剂。同时碳酸镁也可作为-些食品的碱性剂或添加到牙膏、陶瓷等日用化学品中。
1.1.3碳酸镁经典制备方法
前文提到碳酸镁因其原料来源相对复杂致使其生产工艺流程较为多样化，难溶性固体二氧化碳(CO2)碳化法、可溶性原料碳酸盐共沉淀法和水热合成法是制备碳酸镁晶体的基本核心工艺。具体说来有菱镁矿碳化法、白云石碳化法、卤水纯碱法、卤水-碳按法、硫酸镁纯碱法、氢氧化续碳化法和循环伏安法等。
下面本文将分别予以简单介绍。
(1)碳化法
将含有不同组分化学元素的电解质物质溶于某种溶剂中，使得他们以离子或者电解质形式存在于既定溶剂中。向此混合溶液中加入一定量合适必要的添加剂，再向其通入过量的二氧化碳(CO2)气体，反应既定时间后将反应产物过滤热解，再将热解后得到的固体产物干燥或煅烧，由此种方法制备高纯材料的方法就叫做碳化法。碳化法制备碳酸镁包括白云石碳化法、卤水-白云石(石灰石)碳化法、菱镁矿碳化法。
白云石(CarMg(CO,),Dolomite)是无色/白色碳酸镁、碳酸钙相结合的三方晶系天然矿产资源，如果白云石中含有铁(Fe)、锰(Mn)、铅(Pb)等元素存在，颜色会稍有不同，白云石不溶于无机溶剂水，相对摩尔质量184.399g/mol,700C-1100C下可煅烧分解成氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)，当煅烧温度大于1600C时，生成方镁石和a-CaO,此产物结构致密，具有极高耐火强度。
白云石碳化法是将白云石粉碎至粒度达标(50-80mm)，与无烟白煤按照工艺比例均匀混配，投入至煅烧立窑经700C一1100C将混合物煅烧制得白云灰。煅烧工艺反应化学方程式:
MgCO·CaCO3 = MgO·CaO + 2CO2↑
控制煅烧立窑内二氧化碳百分含量(35%-40%)，将白云灰投入含有废镁水的消化池中消化成精辉乳液。
消化工艺反应化学方程式:
MgO·CaO + 2H2O = Mg(OH)2+ Ca(OH)2窑气经净化、除尘、降温、压缩后同精灰乳一起碳酸化待用，后经压滤、热合成分解、再压滤、鼓风干燥、研磨粉碎、打包装箱，最终制得目标产品一轻质碳酸镁待销。
碳化工艺反应化学方程式:
Ca(OH)2 + Mg(OH)2 + 3CO2= Mg(HCO3)2+ CaCO3↓ + H2O
热解工艺反应化学方程式:
Mg(HCO3)2 + 2H2O = MgCO·3HO↓ + CO2↑
煅烧工艺反应化学方程式:
5MgCO·3H2O = 4MgCO·Mg(OH)·4H2O + 10H2O +CO2↑

白云石碳化法流程

白云石(Ca·Mg(CO3)2, Dolomite)、石灰石一卤水碳化法是将白云石、石灰石煅烧，加水消化成乳灰，再将其加入至卤水中产生氢氧化镁(Mg(OH)2)沉淀，然后加水乳化、碳化机34C碳化、固液分离得重镁水(碳酸氢镁-Mg(HCO)2)和含镁碳酸钙、热解、水洗、干燥得轻质碳酸镁。该法因引入引入硫酸镁或氯化镁同白云灰消化后生成Mg(OH)2沉淀的同时生成氯化钙或碳酸镁副产品而不同，该法使用的白云灰可提高轻质碳酸镁的产量。
煅烧工艺原理化学方程式:

MgCO·CaCO3 = MgO·CaO + CO2↑
CaCO3 = CaO + CO2↑
煅烧工艺原理化学方程式:
MgO.CaO + 2H2O= Mg(OH)2 + Ca(OH)2
煅烧工艺原理化学方程式:
MgCl2+ Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + CaCl2
煅烧工艺原理化学方程式:
Mg(OH)2+ Ca(OH)2+ 3CO2= Mg(HCO3)2+ CaCO3↓+H2O

Mg(HCO3)2+ 2H2O = MgCO33H2O + CO2↑
煅烧工艺原理化学方程式:
5MgCO·3H2O=4MgCO.Mg(OH).4H20+ 10H2O+CO2↑
白云石(CaMg(CO3)2, Dolomite)石灰石一卤水碳化法流程图

菱镁矿碳化法是利用菱镁矿石为原料，按10:1 与无烟白煤混合均匀，投入至煅烧立窑内经800"C- 100000 煅烧分解。
锻烧工艺原理化学方程式:
MgCO3= MgO + CO2↑
冷却后粉碎加入一定量蒸馏水消化制得氢氧化镁乳液。
消化工艺原理化学方程式:
MgO + H2O = Mg(OH)2↓

之后将无聊输送至碳化塔内碳化，后经脱水、过滤、热解、干燥得轻质碳酸镁待销。
碳化工艺原理化学方程式:
Mg(OH)2+ 2CO2=Mg(HCO3)2
热解工艺原理化学方程式:
Mg(HCO3)2+ 2H2O=MgCO3·3H2O↓+CO2↑
MgCO3·3H2O=4MgCO3·Mg(OH)·4H2O + 1OH2O +CO2↑菱镁矿碳化法工艺流程图

此种方法同白云石(Dolomite)碳化法制备工艺过程几乎相同，不过菱镁矿相对含钙量较低，免去设置回收含镁碳酸钙系统设备，轻质碳酸镁产品将会质量较好，此法生产轻质碳酸镁产品可以相对降低成本。

(2)共沉淀法
共沉淀发就即为将不同组分的相关原料放入溶剂中较为均匀混合成均一-溶液，在此均一混合液中加入适量沉淀剂使得目标产物沉淀，之后经过滤将沉淀物分离后干燥煅烧得高纯产物的工艺流程。其优点在于容易制备力度小而均一-的产物，各组分混合成均一溶液后直接得到高纯粉末，工艺流程简便。
卤水一碳酸盐法即为共沉淀法典型工艺之一, 将卤水与碳酸盐按照-定比例混合均匀，保持-定温度搅拌10min,待沉淀反应结束，经过过滤或离心、烘干、粉碎制得碳酸氢镁产品。

5Mg2+ +10HCO3 = 4MgCO·Mg(OH)2·4H2O +6CO2↑
(3)水热合成法
水热合成法(溶剂热反应)是指在-定温度(99C- 999C) 、压强( IMPa-999MPa)条件下的密封容器中( 如高压反应釜)，以燕馏水作为反应溶剂，在一定温度-定压强的条件下进行的化学工艺制备过程。其中水热沉淀反应、水热水解反应、水热结晶反应、水热氧化(Oxidation) 反应、水热还原(Reduction)反应、水热合成反应统称为水热反应。我们都知道在热水中原料的溶解性普遍增大，水热法便于制备缺陷较少，性能优良的产品。水热法在一-定程度上与沉淀法具有很多相似之处。
(4)铵盐循环法
二十世纪九十年代以来，众多学者发表了有关控制碳酸镁微观结构方法的报道很。比如大连理工大学田朋、宁桂玲[2”制备棒/针状、玫瑰花状和块状碳酸镁，用于模版化制备中空纳米材料。Kelil2}把碳酸氢镁(Mg(HCO3)2) 作为镁源和碳源，通过加入不同用量的氢氧化钠沉淀剂，合成出不同微观结构"houseof cards"状的中空分级结构碱式碳酸镁。陈吉平123)等则是以销酸镁(Mg(NO3)2)作为镁源，碳酸钾(K2CO3)作为碳源，通过研究探讨反应温度、pH值、搅拌速率与搅拌时间等条件对碳酸镁晶体微观结构的影响。虽然说相关学者已经取得一定成就，但是现有研究工艺基本处于实验室合成初级小试阶段，制备过程往往存在浪费严重，造价相对偏高的缺陷，并且会造成一-定的污染环境，不符合国家倡导的低碳经济。截止目前为止，化学工业上较为成熟的工艺是铵盐循环法24，该方法利用天然固体镁源矿制备碳酸镁，此工艺一定程度上明显节约了大量沉淀剂，可以算作是一种相对绿色环保、低碳经济的途径,只是此法不能很容易的控制碳酸镁晶体的微观形貌。
铵盐循环法是一种生产高质量轻质碳酸镁晶体的方法，本方法以天然固体镁源矿合成轻质碳酸镁晶体。将粉碎均匀的矿石900C煅烧为氧化镁，将煅烧后的氧化镁转，入铵盐水溶液中生成可溶性镁盐(Mg2+)与氨气(NH3)，氨气经碳化炉变为碳酸氢铵，将可溶性镁盐和碳酸氢铵混合生成碳酸镁和铵盐(NH*)，此过程实现了副产物铵盐的循环利用，减少了不必要的浪费，实现了绿色化学经济。
MgCO3 = MgO + CO2↑/ Mg(0H)2 = MgO + CO2↑
MgO + 2NH+= Mg2+ + H2O+ 2NH3↑
NH3+ H2O + CO2 = NH4HCO3
Mg2+ + 2NH4HCO3 + 2H2O =MgCO3·H2O↓ + 2NH4+ +CO2↑

5MgCO3·3H2O=4MgCO3·Mg(OH)2·H2O +10H2O+ CO2↑

(5) 菱苦土复分解法
菱苦土复分解法需要将菱苦土粉置于硫酸溶液中酸解，再经过滤水洗精制成硫酸镁(MgSO4) 溶液,将硫酸镁溶液与碳酸钠(Na2CO3) 溶液或碳酸氢氨(NH4HCO3)溶液进行简单的复分解反应，最后经热解、过滤分离、干燥等工艺流程制得碳酸镁晶体。
硫酸酸解化学反应方程式:
MgO + H2SO4 = MgSO4+ H2O
复分解工艺化学反应方程式:
MgSO4 + 2NH4HCO3 = Mg(HCO3)2 +(NH4)2SO4
Mg(HCO3)2 + 2H2O = MgCO3·3H2O↓ + CO2↑
热解工艺化学反应方程式:
5MgCO3·3H2 = 4MgCO·Mg(OH)·4H2O + 1OH2O + CO2↑
1.1.4研究的内容及其意义
镁元素作为一种公认地球储量较为丰富的金属元素之一，随着镁盐系列产品的不断开发利用，将为全球经济和全人类生活水平提高做出伟大贡献。目前地球上所储存的固体镁源开发造成-定的环境污染与资源浪费，全球各地区都在注重液体镁资源的开发与利用。二十一世纪最缺乏的就是资源，如何有效的高效开发利用储存相对丰富的资源，是世界各国主要研究方向之- 。
碳酸镁是镁盐系列重要无机化工产品之一, 其既拥有广泛的直接应用价值，又是制备其他镁盐系列产品的重要镁源。纳米材料被当今社会广泛应用，传统纳米材料制各难以控制其形貌、尺寸和空心结构等。为克服喷雾干燥和鼓泡法制备中空纳米材料的单一球形，相关学者创建了模板法制备中空纳米材料。但是传统没办法与牺牲模板法需要消耗大量模板，成本费用相对较高，造成一定的资源浪费。由于我国镁资源相对丰富(NO.1)，价格相对低廉，若以碳酸镁代替传统模板和牺牲模板，将降低一定的生产成本。
本文以碳酸镁在经济社会中的广泛应用和其可能在制备纳米材料中模板化应用为切入点，验证探讨不同反应条件对碳酸镁晶体形貌、尺寸等微观结构的作用机理，探讨其制备一定形貌产物的最佳条件。

第2章碳酸镁的应用

2.1 碳酸镁作为药品的使用说明

2.1.1碳酸镁的药理作用及用量

碳酸镁为抗酸药。口服后在胃内与盐酸作用生成氯化镁和二氧化碳，起到中和胃酸的作用，作用比氧化镁弱，也有轻泻作用。口服：每次0.5-1g，每日3次。

2.1.2碳酸镁的禁忌与不良反应

对碳酸镁过敏的人禁用。不良反应：可有腹泻、腹胀、嗳气等。

2.1.3适应症状

慢性胃炎、与胃酸有关的胃部不适症状，如胃痛、胃灼热感等

2.1.4注意事项

碳酸镁为国家非处方药。注意事项还不明确。有轻泻作用；可产生CO2气体，有严重溃疡病患者慎用。禁与酸性药物配伍

2.1.5专家点评

碳酸镁作为抗酸药。口服后在胃内与盐酸作用生成氯化镁和二氧化碳，起到中和胃酸的作用，作用比氧化镁弱，也有轻泻作用。不良反应可有腹泻、腹胀、嗳气。是国家的非处方药，忌与酸性药物配伍。

2.2铝碳酸镁咀嚼片

2.1.1铝碳酸镁的介绍

英文名称：Hydrotalcite

CAS号：12304-65-3

分子式CH24AL2Mg6O23

分子量：603.98

密度：2.0g/ml1atm

2.1.2药理作用

药理作用铝碳酸镁商品名达喜、海地特、碱式碳酸铝镁，是氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸盐和水的化合物,其活性成分为水化碳酸氢氧化镁铝，有独特的层状网络结构,不仅能直接中和胃酸，可逆性结合的胃蛋白酶，还可在酸性环境结合胆汁酸，抑制卵磷脂的激活，嚼服后吸附在载膜表面能迅速缓解症状。本品作用温和，可避免pH过高引起的胃酸分泌加剧。另外作用持久是本品的另一特点，在相同条件下本品的作用持续时间为碳酸氢钠的6倍。嚼服本品,能有效解决胆汁反流问题，同时中和胃酸及胃蛋白酶，可以消除混合反流对食管载膜的损伤作用。
1.中和胃酸。本品可维持胃液pH值在3~5之间，中和99%的胃酸，使80%的胃蛋白酶失活，且抗酸作用迅速、温和、持久。

2. 保护胃黏膜。本品可增加前列腺素E2的合成，增强胃黏膜屏障作用。还可促使胃黏膜内表皮生长因子释放，增加黏液下层疏水层内磷脂的含量,防止H+反渗所引起的胃黏膜损害。
3.本品可吸附和结合胃蛋白酶，直接抑制其活性，有利于溃疡面.的修复，还可结合胆汁酸和吸附溶血磷脂酰胆碱，防止这些物质损伤和破坏胃黏膜。动物实验表明，本品可抑制组胺、胆汁酸和盐酸诱导的胃溃疡;还因本品所含的铝、镁两种金属离子，抵消便秘和腹泻的不良反应。

2.1.3适应症状

1. 用于急慢性胃炎、十二指肠球炎、胃溃疡、十二指肠溃疡，可缓解胃酸过多引起的胃灼痛、反酸、恶心、呕吐、腹胀等症状。
2.用于反流性食管炎及胆汁反流。
3.用于预防非甾体类药物的胃黏膜损伤。

2.1.4不良反应

1. 禁忌证对本药过敏者、高镁血症者、胃酸缺乏者、结肠造口术、回肠造口术、低磷酸盐血症、原因不明的胃肠出血、阑尾炎、溃疡性结肠炎、憩室炎、慢性腹泻、肠梗阻者禁用。
2.慎用胃肠道蠕动功能不良者、严重心、肾功能障碍者、高钙血症者慎用。

2.1.5药物的相互作用

1.本品可影响或干扰抗凝药、H2受体阻断药、四环素类、鹅去氧胆酸等的吸收量，故两者合用必须间隔1~2小.时。
2.含铝和镁的抗酸药可能降低阿奇霉素、头孢泊肟匹酯、头孢托仑匹酯、酮康唑、阿扎那韦、喹诺酮类、吩噻嗪类、阿替洛尔、地高辛、氯喹、异烟肼、伊班膦酸等药物的吸收量，与这些药合用时应间隔1~4小时服药。
3.含铝和镁的抗酸药应避免与霉酚酸、氯法齐明、左甲状腺素等药合用，因可使这些药血药浓度降低。
4.抗酸药可增高胃内pH值，阻碍兰索拉唑颗粒溶解，导致其生物利用度下降，故抗酸药的服用时间应早于兰索拉唑至少1小时。5.抗酸药(尤其是含镁者)可降低米索前列醇的生物利用度，同时增加后者的不良反应。合用时注意监测米索前列醇引起的腹泻症状，严重者需停用抗酸药和(或)减少米索前列醇用量。
6.含镁的抗酸药可促进格列本脲的吸收，引发低血糖，故不宜合用。
7.含镁的抗酸药与骨化三醇合用，可导致高镁血症，故不宜合用。
8.含铝的抗酸药与维生素D3合用时，可导致铝的吸收增加、血药浓度升高，引起铝中毒，故不宜合用两药(尤其对于肾功能受损者)。
9.含铝、钙或镁的抗酸药与聚磺苯乙烯合用，可导致血清二氧化碳浓度增高，易引发代谢性碱中毒，故应尽可能间隔两药的服用时间，或考虑经直肠给予聚磺苯乙烯。
10.含镁的抗酸药在足量的情况下可导致尿液pH值显著增高而促进奎尼丁的重吸收，可能引发毒性反应(室性心律失常、低血压、心衰加重)，故不宜合用。
11.含铝、钙或镁的抗酸药可显著增高尿液的pH值，导致水杨酸盐类(如阿司匹林)的肾清除率增加、疗效下降。合用时需监测水杨酸盐类的治疗效果；停用抗酸药后，则需检测水杨酸盐类的毒性反应，酌情调整其用量

12.去羟肌苷咀嚼片或分散片与儿科用口服溶液因含有升高胃肠pH值的缓冲剂，故与含铝或镁的抗酸药合用时，抗酸作用引发的不良反应将增加，应避免合用。

理化指标

项目

指标

氧化镁（MgO）, ω/%

40.0~44.0

酸不溶物， ω/%

0.05

氧化钙（CaO), ω/%

0.60

可溶性盐， ω/%

1.0

砷（As）/(mg/kg)

3

重金属（以Pb计）/(mg/kg)

10

参考文献

[1] 张宏娟高纯氧化镁的清洁生产工艺[D]山东大学, 2006:5-7.
[2] 王梁东，丁文江镁合金研究开发现状与展望[J].世界有色金属，2004,(7):8-11.
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[9] 杨晨.多晶相水合碳酸镁结晶生长过程调控研究[D].上海:华东理工大学，2013, 29-60.+[26]高震.特殊形貌无水碳酸镁及氧化镁粉体制备和性能表征[D].大连:大连交通大学，2011, 1-54.

理化指标

项目

指标

氧化镁（MgO）, ω/%

40.0~44.0

酸不溶物， ω/%

0.05

氧化钙（CaO), ω/%

0.60

可溶性盐， ω/%

1.0

砷（As）/(mg/kg)

3

重金属（以Pb计）/(mg/kg)

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