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無水氯化鎂的制取

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由于鎂的資源不同,提取鎂的工藝也有差別,目前用的方法大體可分為氯化熔鹽電解法和熱還原法。在2013年全球生產的923kt原鎂中,國外生產154.7kt,其中80%左右是用電解法生產的,熱還原法生產的占20%左右;而在國內生產的768.3kt鎂中,電解法生產的幾乎為零,因為民和鎂廠與撫順鋁業有限公司的電解生產線早已停產,而青海鹽湖的100kt/a電解鎂項目要到2014年末或2015年初期才能陸續投產,因此2013年全世界生產的鎂中僅3.35%是用電解法提取的。在今后一段相當長的時間內,電解鎂的產量雖然會有所增加,但是所占的比例不會有較大變化。

生產鎂的能耗

按理論計算,用不同的原料與工藝提取單位質量原鎂的能耗比提煉其他金屬的高,但是由于鎂的密度小,所以生產單位體積原鎂的能耗卻比其他金屬如鋁與鋅的低,用電解法提取鎂全過程能耗為(8.3~11.2)×107J,熱還原法的為(11.5~12.6)×107J。近30年來,煉鎂技術取得長足發展,特別是中國在熱還原法煉鎂方面推出了一些重大成就,在以鉀肥生產中排放的廢液氯化鎂為原料生產鎂方面也取得了突破性的成就。

在鎂電解槽結構和容量方面也有著非凡的發展,如無隔板電解槽的容量大大擴大了,能耗下降不菲。半連續真空硅熱還原爐的容量有相當大的提升,并采用計算機控制冶煉過程與各項工藝參數,單臺設備的產量一般都超過8t/d,還有更大的。

由于煉鎂技術的發展,鎂產量的大幅度上升,尤其是中國成為世界鎂業王國后,生產能力、產量和出口量都節節上升,2013年熱法煉鎂生產能力1540.5kt/a、產量768.3kt、出口各種鎂產品411.1kt(其中原鎂212.1kt、鎂合金102.0kt、鎂粉85.4kt、其他11.8kt),鎂的價格也在年年下降,鎂鋁價格比(國內現貨平均價)已從2003年的1.8下降2013年的1.224(根據北京安泰科信息開發有限公司的數據)。在當前國內外經濟狀況下,鎂的價格很難有大的起色。

氯化鎂的制取

不管哪種電解制鎂法,其原理都是電解熔融氯化鎂制取鎂與氯(MgCl2=Mg+Cl2),不同之處僅在于氯化鎂的生產工藝有所區別。按使用原料不同氯化鎂的生產方法當前主要有三種。

1.以菱鎂礦或氧化鎂(輕燒的菱鎂礦或氫氧化鎂)為原料,以碳為還原劑,經混合、制團、干燥或焦化后,加入電爐,通入氯,于900℃~1100℃反應:

MgCO3→MgO+CO2↑

3MgO+2C+3Cl2→3MgCl2+CO↑+CO2↑

由于氯化鎂的氯化是放熱反應,所以氯化時僅需補充不多的電能,便可以維持反應不停地進行。氯化產物為無水氯化鎂熔體。

2.以海水、鹽湖鹵水或鉀肥制造中排放廢液為原料,經凈化、濃縮、制粒(或直接利用鹵水噴霧)、脫木制得無水氯化鎂。用鹵水制取氯化鎂的最大難點是六水氯化鎂在脫除最后兩個結晶水的同時由于發生水解會生成MgO和Mg(OH)Cl,它們都是電解過程的有害雜質。

工業生產中用兩步脫水法來去除它們:首先用約200℃的熱氣流使MgCl2·6H2O脫至MgCl2·H2O或MgCl2·2H2O;第二步是把經過脫水的低水氯化鎂再在HCl氣氛中徹底脫水,得到粒狀無水氯化鎂,也可以將低水氯化鎂進行熔融氯化脫水,使水解產生的MgO轉化為MgCl2而獲得氯化鎂熔體。海水與煅燒白云反應生成氯化鎂溶液,最后經熱氣流獲得MgCl2·1.25H2O或MgCl2·1.5H2O。

3.以光鹵石(MgCl2·6H2O)為原料,先在沸騰爐或回轉窯中于400℃~550℃脫水,制得含5%~8%水的光鹵石,然后于電爐內熔化或在氯化器中熔融氯化,制成無水光鹵石熔體。


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