電解法煉鎂的各種工藝原理

• 來源：原創(chuàng)更新時間：2015-10-20點擊：1367次

• 氯化熔鹽電解法包括氯化鎂的生產(chǎn)及電解制鎂兩大過程。該方法又可分為以菱鎂礦為原料的無水氯化鎂電解法和以海水為原料制取無水氯化鎂的電解法。其中后者最大的難點是如何去除MgCl2·6H2O中的結(jié)晶水。一般來說：采用普通的加熱法可以去除部分結(jié)晶水，生成MgCl2·3/2H2O。但MgCl2·3/2H2O在空氣中加熱時很容易發(fā)生水解反應(yīng)，生成不利于電解過程的雜質(zhì)，如Mg(OH)2。電解法生產(chǎn)鎂的工藝很多，但基本原理相同，其中最有代表性的有DOW工藝、I．G．Farben工藝、Magnola工藝等。
  DOW工藝
  1916年DOW工藝在美國Michighn的Midland首次得到應(yīng)用。當(dāng)時所用的制備MgCl2的方法是將海水與煅燒白云石一起制成泥漿，與鹽酸反應(yīng)，生成氯化鎂溶液，將其濃縮并干燥處理后生成MgCl2·3/2H20。這種原料直接加入電解槽內(nèi)進行反應(yīng)，副產(chǎn)物氯氣可以回收利用。
  1941年道屋(DOW)化學(xué)公司在塔克賽斯自由港建立了一個工廠，從海水中提取鎂的電解原料。海水由引水槽引入，濾過淤泥后導(dǎo)人沉淀池，與石灰混合，過濾后與20％HCI反應(yīng)生成MgClz，蒸發(fā)后得到固體氯化鎂，然后經(jīng)干燥爐干燥得到低水合氯化鎂(MgCl2·3/2H2O)，成為DOW工藝電解制鎂的原料。
  許多生產(chǎn)廠家都采用與DOW工藝類似的方法電解海水來生產(chǎn)鎂，主要差別在于提取無水氯化鎂的方法不同。DOW化學(xué)公司通過在含大量MgCl2、NaCI和CaCl2混合溶液的電解池中直接加入少量部分脫水氯化物來迅速脫水。挪威諾斯克—希德羅(Norsk—Hydro)公司是歐洲最主要的鎂生產(chǎn)商，通過在于燥的氯化氫氣氛中加熱MgCl2·6H2O來實現(xiàn)完全脫水。前獨聯(lián)體則主要采用往電解池中加入無水光鹵石來脫水。最近，澳大利亞金屬鎂公司開發(fā)了一種制備無水氯化鎂原料的全新工藝，在氯化鎂溶液中加入一種稱為Gylcol的物質(zhì)，蒸餾脫水，然后噴霧氨生成六氨合氯化鎂，接著焙燒制備高質(zhì)量的無水氯化鎂。在該工藝中，溶劑和氨都可以循環(huán)使用。
  DOW工藝中所用電解槽，錐形電極直接焊接在不銹鋼內(nèi)壁上。由于使用的原料含有部分結(jié)晶水，電極磨損較大。另外電解副產(chǎn)物也不容易排除。生產(chǎn)1t鎂約可獲得2t氯。電解后廢的電解質(zhì)中含有很高的碳酸鉀，可用于生產(chǎn)肥料。
  I．G．Farben工藝
  I．G．Farben工藝在20世紀(jì)初期由德國IG．Farben工業(yè)公司首先使用，歐洲主要鎂生產(chǎn)商海德魯公司(Norsk—Hydro)也曾經(jīng)使用過這種工藝。在該工藝中，將氫氧化鎂與焦炭均勻混合在一起后放在豎爐內(nèi)煅燒，然后進行氯化處理，生成電解用原料無水MgCl2，通過電解法得到鎂，電解副產(chǎn)物Cl2可以回收利用。IG電解槽，每個槽內(nèi)有4～5個石墨電極(陽極)，均勻排布于一個長方形的、以耐火材料為內(nèi)襯的鋼殼內(nèi)。每個陽極以夾層式置于兩只鋼制陽極中間。耐火材料隔板浸入到電解質(zhì)中，將陽極產(chǎn)物C12和陰極產(chǎn)物Mg隔開，阻止兩者間的反應(yīng)。電解質(zhì)的密度大于鎂。通過電阻加熱來控制電解質(zhì)的溫度。該類電解槽存在的主要問題是：由于電極間的距離被耐火材料隔板加大，電流密度下降；耐火材料受到電解質(zhì)的化學(xué)侵蝕和熱循環(huán)沖刷，其使用壽命大大縮短，從而使得LG電解槽的使用壽命不太理想。
  Magnola工藝
  Magnola工藝?yán)蒙呒y石中的氯化鎂進行電解來生產(chǎn)鎂，采用濃鹽酸浸泡石棉礦尾渣制備氯化鎂溶液，通過調(diào)節(jié)pH值和離子交換技術(shù)生產(chǎn)濃縮的超高純度MgCl2溶液，然后進行脫水和電解。加拿大也開發(fā)了這種工藝，利用石棉礦尾渣中的硅酸鎂來制備鎂。