镁粒是镁元素的一种精细化形态，通常表现为小颗粒或粉末状。与其他形态的镁材料相比，镁粒因其较大的比表面积和高的化学活性而显得特别。这种形态的镁在接触空气时会迅速氧化，因此需要在无氧或低氧环境中保存和使用。

A. 镁的开采方式

镁的生产起始于原材料的获取，主要有两种开采方式：

海水提镁：

海水中含有大量的溶解镁盐，通常通过电解法从海水中提取镁。

海水首先经过预处理，去除杂质和调整浓度。

通过电解过程，在阳极产生氯气，阴极则沉积出镁金属。这一步骤需要在特制的电解槽中进行，以保证镁的纯净度和产率。

白云石提镁：

白云石是一种含有碳酸钙和碳酸镁的矿石，提取过程通常涉及煅烧和化学还原两个主要步骤。

首先，将白云石矿石加热至高温进行煅烧，转化为氧化镁和氧化钙。

随后，通过硅热还原法将氧化镁还原为镁金属。这一过程在高温下进行，通常需要添加剂来促进反应和控制温度。

B. 镁粒的生产流程

初级提炼过程：

初级提炼是将原料中的镁以纯净的金属形式提取出来。这一步通常涉及熔炼和提纯，去除杂质如铁、铝和硅。

使用熔融盐电解技术在高温条件下从煅烧后的氧化镁中提取纯镁。电解过程中，镁离子在阴极还原，形成液态镁。

镁的电解精炼：

精炼过程进一步提高镁的纯度，这对于后续应用至关重要，特别是在航空航天和电子行业中。

采用电解精炼法，通过控制电解液的组成和电解条件，去除镁中的杂质元素，如钠、钾和钙。

镁粒的形成技术：

最终步骤是将精炼后的镁转化为粒状。这通常通过熔融喷射成型或快速冷却技术实现。

熔融喷射成型涉及将熔融的镁通过高压气体喷射成细小颗粒，然后迅速冷却固化。这种方法可以控制镁粒的大小和形状，从而满足特定的应用需求。

物理性质

镁粒具有较低的密度（约为1.74 g/cm³）和相对较低的熔点（约650°C）。其比热容使得镁粒在温度变化时能储存或释放大量热能。

化学性质

镁粒极易与氧和水蒸气反应，生成氧化镁和氢气。这种高反应性使其在许多化学过程中作为还原剂被广泛使用。

形态特征

镁粒的粒度分布和表面特性对其反应性和应用效果有重要影响。较小的粒度可以提供更大的表面积，从而增强其化学活性。

A. 材料科学中的应用

轻合金的制备

航空航天：镁粒因其低密度和高强度特性，在航空航天领域被用于制造飞机结构部件和发动机组件。这些镁合金部件帮助减轻整体重量，提高燃油效率和飞行性能。

汽车工业：在汽车工业中，镁粒同样用于制造车身、轮毂和内部结构部件。这些应用不仅减少车辆重量，还有助于降低排放和提高能效。

高性能镁基复合材料

镁粒被广泛用作增强相，与碳纤维或其他金属如铝、钛混合，制备出机械性能优越、耐腐蚀性强的复合材料。这些材料常见于高要求的工程应用，如航空航天器的结构组件和高速运动的机械部件。

B. 化学工业中的应用

作为还原剂

镁粒由于其高反应活性，常用于金属提取过程中的还原剂，特别是在钛、铀等难还原金属的生产中。镁粒的使用大幅提高了这些金属的提炼效率和纯度。

催化剂或催化剂载体

在化学合成中，镁粒由于其特有的表面活性，被用作催化剂或载体，尤其在某些有机反应中，能有效促进反应进程，提高产率和选择性。

C. 环保领域的应用

废水处理

镁粒用于废水处理技术中，尤其是在重金属吸附和去除技术中。镁粒能够有效捕捉含水体中的铅、镉等有害金属，通过形成不溶性的镁盐来去除这些污染物。

清洁能源

镁空气电池：镁粒在镁空气电池中作为阳极材料使用，这种电池因其高能量密度和低成本而被视为一种有前景的清洁能源解决方案。镁空气电池的研究和开发有望为遥远地区和应急电源提供高效的能源选项。

D. 医药领域的新兴应用

生物可降解医用植入物

镁粒用于制造生物可降解的植入物，如螺钉和支架，在体内逐渐降解，从而减少二次手术的需要。这些镁基植入物优势在于其生物兼容性好和降解产物对人体无害。

药物输送系统

在靶向药物输送领域，镁粒的独特表面特性和可控释放能力使其成为优良的载体。通过调控镁粒的表面改性，可以设计出特定的释放模式，用于治疗多种疾病，如癌症治疗中的化疗药物定向释放。