電解法煉鎂的各種工藝原理

• 來(lái)源：原創(chuàng)更新時(shí)間：2015-10-20點(diǎn)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(guò)程。該方法又可分為以菱鎂礦為原料的無(wú)水氯化鎂電解法和以海水為原料制取無(wú)水氯化鎂的電解法。其中后者最大的難點(diǎn)是如何去除MgCl2·6H2O中的結(jié)晶水。一般來(lái)說(shuō)：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(shí)很容易發(fā)生水解反應(yīng)，生成不利于電解過(guò)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(guó)Michighn的Midland首次得到應(yīng)用。當(dāng)時(shí)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(jìn)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(gè)工廠，從海水中提取鎂的電解原料。海水由引水槽引入，濾過(guò)淤泥后導(dǎo)人沉淀池，與石灰混合，過(guò)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(lái)生產(chǎn)鎂，主要差別在于提取無(wú)水氯化鎂的方法不同。DOW化學(xué)公司通過(guò)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(lái)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(guò)在于燥的氯化氫氣氛中加熱MgCl2·6H2O來(lái)實(shí)現(xiàn)完全脫水。前獨(dú)聯(lián)體則主要采用往電解池中加入無(wú)水光鹵石來(lái)脫水。最近，澳大利亞金屬鎂公司開(kāi)發(fā)了一種制備無(wú)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(wú)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(guó)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(guò)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(jìn)行氯化處理，生成電解用原料無(wú)水MgCl2，通過(guò)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(gè)槽內(nèi)有4～5個(gè)石墨電極(陽(yáng)極)，均勻排布于一個(gè)長(zhǎng)方形的、以耐火材料為內(nèi)襯的鋼殼內(nèi)。每個(gè)陽(yáng)極以?shī)A層式置于兩只鋼制陽(yáng)極中間。耐火材料隔板浸入到電解質(zhì)中，將陽(yáng)極產(chǎn)物C12和陰極產(chǎn)物Mg隔開(kāi)，阻止兩者間的反應(yīng)。電解質(zhì)的密度大于鎂。通過(guò)電阻加熱來(lái)控制電解質(zhì)的溫度。該類電解槽存在的主要問(wèn)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(jìn)行電解來(lái)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(guò)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(jìn)行脫水和電解。加拿大也開(kāi)發(fā)了這種工藝，利用石棉礦尾渣中的硅酸鎂來(lái)制備鎂。