中國有色金屬工業協會鎂業分會
電解法煉鎂
· 電解法煉鎂的各種工藝原理
  氯化熔鹽電解法包括氯化鎂的生產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中的結晶水。一般來說:采用普通的加熱法可以去除部分結晶水,生成MgCl2·3/2H2O。但MgCl2·3/2H2O在空氣中加熱時很容易發生水解反應,生成不利于電解過程的雜質,如Mg(OH) 2。電解法生產鎂的工藝很多,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首次得到應用。當時所用的制備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,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進行反應,副產物氯氣可以回收利用。

  1941年道屋(DOW)化學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,濾過淤泥后導人沉淀池,與石灰混合,過濾后與20%HCI反應生成MgClz,蒸發后得到固體氯化鎂,然后經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。

  許多生產廠家都采用與DOW工藝類似的方法電解海水來生產鎂(見圖1),主要差別在于提取無水氯化鎂的方法不同。DOW化學公司通過在含大量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商,通過在于燥的氯化氫氣氛中加熱MgCl2·6H2O來實現完全脫水。前獨聯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,蒸餾脫水,然后噴霧氨生成六氨合氯化鎂,接著焙燒制備高質量的無水氯化鎂。在該工藝中,溶劑和氨都可以循環使用。

  DOW工藝中所用電解槽結構如圖2所示,錐形電極直接焊接在不銹鋼內壁上。由于使用的原料含有部分結晶水,電極磨損較大。另外電解副產物也不容易排除。生產1t鎂約可獲得2t氯。電解后廢的電解質中含有很高的碳酸鉀,可用于生產肥料。

 
 
 

  I.G.Farben工藝

  I.G.Farben工藝在20世紀初期由德國IG.Farben工業公司首先使用,歐洲主要鎂生產商海德魯公司(Norsk—Hydro)也曾經使用過這種工藝。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,電解副產物Cl2可以回收利用。IG電解槽結構如圖3所示,每個槽內有4~5個石墨電極(陽極),均勻排布于一個長方形的、以耐火材料為內襯的鋼殼內。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中,將陽極產物C12和陰極產物Mg隔開,阻止兩者間的反應。電解質的密度大于鎂。通過電阻加熱來控制電解質的溫度。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的化學侵蝕和熱循環沖刷,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工藝利用蛇紋石中的氯化鎂進行電解來生產鎂,工藝過程如圖4所示,采用濃鹽酸浸泡石棉礦尾渣制備氯化鎂溶液,通過調節pH值和離子交換技術生產濃縮的超高純度MgCl2溶液,然后進行脫水和電解。加拿大也開發了這種工藝,利用石棉礦尾渣中的硅酸鎂來制備鎂。