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"Magnesia-Herstellungsverfahren"
Umwandlung von Rohmagnesit zu gebranntem Magnesit
Der größte Teil der Magnesitförderung wird auf direktem Wege durch Brennen zu Magnesiumoxid verarbeitet. Dazu wird die stückige Ware in vertikalen Schacht- oder Etagenöfen oder horizontalen Drehrohröfen erhitzt, meist durch direkte Befeuerung mit Öl oder Gas. Besonders sulfatarme Qualitäten erhält man, wenn mit Holz gebrannt wird. Je nach Brenntemperatur und -dauer erhält man Magnesiumoxid unterschiedlicher Reaktivität.
Die Zersetzung des Magnesiumcarbonats zu Magnesiumoxid und Kohlendioxid beginnt bereits oberhalb 400 °C.
>400 °C
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MgO+CO2
Man erhält bei Brenntemperaturen zwischen 500 und 1.000 °C Magnesiumoxid mit recht hoher spezifischer Oberfläche und deutlicher Reaktivität. Es reagiert mit Wasser und - sogar recht heftig - mit verdünnten Säuren.
Natürliches Magnesiumoxid, das bei vergleichsweise niedriger Brenntemperatur (bis etwa 1.000 °C) hergestellt wurde, wird als kaustisch gebrannter Magnesit bezeichnet. Auch der Begriff Kauster ist hierfür üblich.
Kaustisch gebrannter Magnesit wird für eine Vielfalt von Verwendungsmöglichkeiten hergestellt. Für die meisten Anwendungen muss dieses natürliche Magnesiumoxid jedoch noch gemahlen werden. Dies geschieht überwiegend in Pendel,- Kugel- oder Hammermühlen, die entweder mit besonders abriebfestem Material oder Gummi ausgekleidet sind, um Verunreinigungen der Magnesia während des Mahlvorgangs zu vermeiden. Damit werden, je nach Erfordernissen, Körnungen unterschiedlichster Feinheiten erreicht. Auch Jetmühlen werden eingesetzt. Spezielle Anwendungen erfordern eine Nassvermahlung mit anschließender erneuter Calcinierung.
Im Gegensatz dazu entsteht bei Brenntemperaturen über 1.600 °C ein chemisch kaum mehr reaktives Material, der totgebrannte Magnesit, auch Sintermagnesit oder Sinter genannt. Dieser wird als Magnesia-Klinker vor allem zur Herstellung feuerfester Baustoffe für die Eisenhüttenindustrie verwendet.
Herstellung von Magnesia auf chemischem Wege
Durch Brennen (Calcinieren) von Magnesit herstellbare Magnesiumoxid genügt aufgrund seiner natürlichen Herkunft nicht allen Reinheits- und Aktivitätsanforderungen. Deshalb sind Verfahren entwickelt worden, auf chemischem Wege entweder Magnesiumhydroxid oder Magnesiumhydroxidcarbonat herzustellen und diese Verbindungen zu calcinieren. Magnesiumoxid, das auf diesen Wegen hergestellt wurde, wird als präzipitierte, manchmal auch chemische oder synthetische Magnesia bezeichnet.
Folgende gebräuchliche Verfahren sind zu nennen:
Fällung von Magnesiumhydroxid aus Seewasser
Beim Seewassermagnesia-Prozess wird der Magnesiumgehalt des Seewassers (ca. 1.300 ppm) durch Umsetzung mit Kalkmilch als Hydroxid gefällt. Die Fällung folgt der - vereinfachten - Reaktionsgleichung
MgCl2 + Ca(OH)2 
Mg(OH)2 + CaCl2
Das Fällungsprodukt wird gewaschen und calciniert
Temperatur
Mg(OH)2 MgO + H2O
Je nach Brenntemperatur und -dauer erhält man kaustisches oder totgebranntes Magnesiumoxid. Setzt man zur Fällung statt Kalkmilch Dolomitmilch ein, erhöht sich die Ausbeute an Magnesiumhydroxid durch den Magnesiumanteil des Dolomits
Temperatur
MgCO3 + CaCO3 MgO + CaO + 2CO2
MgO + CaO + 2H2O Mg(OH)2 + Ca(OH)2
MgCl2 + Mg(OH)2 + Ca(OH)2 2Mg(OH)2 + CaCl2
Es versteht sich, dass aus diesen Fällprozessen auch Magnesiumhydroxid zur direkten Verwendung statt zur Calcinierung zu Oxid entnommen wird. Sinngemäß verlaufen Fällprozesse, die von magnesiumsalzhaltigen Solen statt von Meerwasser ausgehen.
Fällung von Magnesiumhydroxidcarbonat
Von den teilweise sehr spezifischen Prozessen, die auf der Fällung von Magnesiumhydroxidcarbonat beruhen, sei hier der bekannte Pattinson-Prozess näher betrachtet. Ausgehend von Dolomit oder Magnesia-Kalkstein wird zunächst durch Brennen ein Gemisch von Magnesiumoxid und Calciumoxid erzeugt:
>1000 °C
1. CaCO3 + MgCO3 MgO + CaO + 2CO2
Diese leichtgebrannten Oxide werden hydratisiert und bilden dabei die Hydroxide:
2. CaO + MgO + 2H2O Ca(OH)2¯ + Mg(OH)2¯
Das nach 1. gebildete Kohlendioxid wird dazu verwendet, die Hydroxidmischung zu carbonatisieren. Durch geeignete Reaktionsbedingungen gelingt in einer ersten Stufe die Bildung von unlöslichem Calciumcarbonat:
3. Ca(OH)2 + CO2 CaCO3¯ + H2O
In einer zweiten Stufe wird durch die Erhöhung des Kohlendioxiddrucks wasserlösliches Magnesiumhydrogencarbonat gebildet:
4. Mg(OH)2 + 2CO2 Mg(HCO3)2
Nach Abtrennung des Calciumcarbonats wird aus der Magnesiumhydrogencarbonatlösung durch Erhitzen Kohlendioxid so selektiv ausgetrieben, dass basisches Magnesiumcarbonat ausgefällt und abgetrennt werden kann:
~ 100 °C
5. 5 Mg(HCO3)2 4MgCO3 . Mg(OH)2 . 4H2O¯ + 6CO2
Das Kohlendioxid wird in die Carbonatisierungsstufe der Reaktionen 3 und 4 zurückgeführt. Das so gewonnene Magnesiumhydroxidcarbonat kann, wenn es nicht getrocknet und direkt verwendet werden soll, zu Magnesiumoxid calciniert werden. Die angegebene Formel für das Magnesiumhydroxidcarbonat stellt nur eine von verschiedenen Zusammensetzungsmöglichkeiten dar. Welches basische Magnesiumcarbonat entsteht, hängt von der Prozessführung ab. Typisch ist bei diesem Prozess, dass Qualitäten mit sehr kleiner Schüttdichte entstehen.
Pyrohydrolyse von Magnesiumchloridlaugen
In den letzten Jahren sind mehrere Anlagen erstellt worden, die Magnesiumchloridlaugen, wie sie beispielsweise in der Kali-Industrie anfallen, der Pyrohydrolyse unterziehen. Auch das Verfahren, magnesiumhaltige Minerale mit Salzsäure zu laugen und die Magnesiumchloridlösung zu pyrohydrolysieren, ist in Gebrauch. Im ersten Fall erhält man letztlich Magnesia-Kauster oder -Sinter sowie Salzsäure als Beiprodukt, im zweiten Fall wird die Salzsäure zum Laugen von weiterem mineralischen Rohstoff im Kreislauf gefahren.
Pyrohydrolyse
MgCl2 + H2O MgO + 2HCl
450 - 1.000° C
Praktisch verläuft das Verfahren auch über den Zwischenschritt Magnesiumhydroxid, da das die Pyrohydrolyse verlassende Oxid noch unzersetzte Alkali- und Calciumchloride enthält und daher intensiv gewaschen werden muss. Das dabei entstehende Magnesiumhydroxid wird nur in Ausnahmefällen entnommen. Vielmehr wird es meist durch Calcinieren zu Kauster umgewandelt. Je nach Bedarf folgen in weiteren Schritten Brikettierung und Sinterung zu Magnesia-Klinker.
Andere Verfahren
Bekannt sind auch Verfahren, die von Magnesiumsulfaten wie Bittersalz oder Kieserit ausgehen. Ein japanisches Verfahren basiert auf Magnesium als Ausgangsmaterial zur Erzeugung von hochreinem Magnesiumhydroxid. Das Metall wird in reinem Wasser einer Funkenentladung ausgesetzt und bildet dabei das Hydroxid, welches durch Calcinieren zu Magnesiumoxid umgewandelt werden kann.
