專利名稱:一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域,特別涉及一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法。
背景技術(shù):
青海鹽湖鉀鎂資源豐富,其中察爾汗鹽湖位于青海省柴達(dá)木盆地的中南部,是我國(guó)唯一的鉀肥生產(chǎn)基地,氯化鎂儲(chǔ)量為16.2億噸。在鉀肥生產(chǎn)中,每生產(chǎn)一噸氯化鉀可副產(chǎn)10噸氯化鎂。察爾汗鹽湖區(qū)每年鉀肥生產(chǎn)后可產(chǎn)生大量老鹵,老鹵主要成分是水氯鎂石(MgCl2·6H2O)。目前這些老鹵沒有利用而排棄,不僅造成了資源的巨大浪費(fèi)和污染,以致成為“鎂害”,破壞鹽湖生態(tài)平衡,而且經(jīng)濟(jì)上也不合理。隨著青海鉀肥氯化鉀擴(kuò)產(chǎn)工程的建設(shè),綜合利用鎂等多種共生資源,已成為繼續(xù)解決的重大問題。另外,察爾汗鹽湖鹵水,經(jīng)日曬鹽田分離出光鹵石后的老鹵,在經(jīng)過鹽田自然蒸發(fā),可獲的純度98%以上的水氯鎂石,這種天然結(jié)晶的水氯鎂石,具有晶型好、粒度均勻和有害雜質(zhì)少等特點(diǎn)。目前老鹵排放地區(qū)已有大量水氯鎂石沉積,采挖成本十分低廉,綜合利用水氯鎂石資源已成為急待解決的問題。對(duì)建立以水氯鎂石資源特點(diǎn)的鎂電解生產(chǎn)工藝,采用合理的方法是,以鹽湖水氯鎂石為原料,脫除水氯鎂石中的六個(gè)結(jié)晶水制取無水氯化鎂,并使之符合鎂電解要求是目前以水氯鎂為原料鎂電解生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵。盡管針對(duì)水氯鎂石提出了制備無水氯化鎂的工作條件,但實(shí)現(xiàn)起來卻非常不容易,脫水工藝條件十分苛刻,水氯鎂石脫水作業(yè)在氯化氫氣氛中進(jìn)行,成本高并且不易實(shí)現(xiàn)。因此,避開水氯鎂石脫水作業(yè)使以水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂成為可能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)水氯鎂石脫水難不易制取無水氯化鎂的缺點(diǎn),提出一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法。
一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法,該方法先以水氯鎂石為原料,利用氨水生產(chǎn)氫氧化鎂,反應(yīng)溫度45~55℃,反應(yīng)時(shí)間20~30min,鎂-氨當(dāng)量比1∶1.2~1.5∶2.2,MgCl2濃度為35~55g/L,生產(chǎn)得到的氫氧化鎂,在900~1000℃范圍內(nèi)煅燒3~4h得到純度在99.5%以上的高純氧化鎂。以99.5%以上的高純氧化鎂為原料,用石墨或惰性材料為陽極,以氯化鑭和氯化鎂為熔鹽電解質(zhì),氯化鑭和氯化鎂的摩爾百分比為10~30%,氧化鎂溶解度重量百分比為5~10%,電解溫度為700~750℃,槽電壓4.5~6.5V,生產(chǎn)出金屬鎂的純度99.5%以上。
生產(chǎn)步驟如下1、將原料水氯鎂石在水中溶解,配制成濃度為35~55g/L的鹵水,加入活性炭進(jìn)行脫色,攪拌速率為40~60轉(zhuǎn)/分,20分鐘后,過濾出碳黑,得到精制鹵水。
2、在精制鹵水中加入氨水,鎂-氨當(dāng)量比1∶1.2~1.5∶2.2,反應(yīng)溫度45~55℃,反應(yīng)時(shí)間20~30min,制得過濾性能好和轉(zhuǎn)化率高的氫氧化鎂,在900-1000℃范圍內(nèi)煅燒氫氧化鎂3~4h得到純度在99.5%以上的高純氧化鎂。母液蒸氨循環(huán)使用。
3、在鎂電解槽中,用石墨或惰性材料為陽極,以氯化鑭和氯化鎂混合熔鹽為電解質(zhì),氯化鑭和氯化鎂的摩爾百分比為10~30%,氧化鎂溶解度重量百分比為5~10%,電解溫度為700~750℃,槽電壓4.5~6.5V,電流效率達(dá)到85~90%,每千克Mg的直流電耗為11~12.5kWh,金屬鎂的純度99.5%以上,電解過程放出CO2或O2。
本發(fā)明原理為用石墨做陽極,氧化鎂的溶解反應(yīng)方程式為,氧化鎂的電解反應(yīng)方程式為,總反應(yīng)方程式為;用惰性材料做陽極,氧化鎂的溶解反應(yīng)方程式為,氧化鎂的電解反應(yīng)方程式為,總反應(yīng)方程式為。
在650~800℃范圍內(nèi),混合熔鹽有較低的熔點(diǎn)和良好的導(dǎo)電率,尤其是鎂有較低的溶解度,氧化鎂溶解度重量百分比為5~10%,與已有的技術(shù)相比,本發(fā)明有以下特點(diǎn)1、使用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂。我國(guó)青海鹽湖水氯鎂石質(zhì)地優(yōu)良,具有晶型好、粒度均勻和有害雜質(zhì)少等特點(diǎn)。以水氯鎂石為原料,氨法制備高純氧化鎂,直接熔鹽電解氧化鎂生產(chǎn)金屬鎂,避開了水氯鎂石脫水工序,節(jié)能降耗,電解過程高效、清潔并且環(huán)境友好,特別是沒有氯氣的放出,避免了污染的產(chǎn)生,是一種新型的無污染高效綠色冶金技術(shù)。
2、合理利用我國(guó)鹽湖鎂資源。用我國(guó)青海鹽湖水氯鎂石為原料,用氨法可以生產(chǎn)出高純度的氧化鎂做煉鋼用高級(jí)耐火鎂材料原料。
3、該方法可用于以光鹵石為原料和以菱鎂礦為原料的鎂電解工藝生產(chǎn)金屬鎂。該工藝對(duì)于以光鹵石為原料的鎂電解工藝,完全可以采用常規(guī)脫水,制備的電解原料中所含氧化鎂同樣是有益的;對(duì)以菱鎂礦為原料的鎂電解,可以取消氯化作業(yè),不但可節(jié)省能耗20%~30%,更為重要的是電解過程中陽極釋放二氧化碳,對(duì)環(huán)境友好。
4、利用氯化鑭催化溶解作用。氧化鎂能與氯化鑭反應(yīng)生成氯氧化鑭,氯氧化鑭又與氯化鎂反應(yīng)生成氯化鑭,氯化鑭在電解過程中不消耗,如同鋁電解冰晶石所起作用,對(duì)氧化鎂起催化溶解作用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在120KA無隔板鎂電解槽中用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂以水氯鎂石為原料,利用氨法在反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時(shí)間25min,鎂-氨當(dāng)量比1∶1.2,MgCl2濃度為45g/L條件下,生產(chǎn)氫氧化鎂,在950℃范圍內(nèi)煅燒氫氧化鎂3h得到純度為99.5%的高純氧化鎂;以氯化鑭和氯化鎂混合熔鹽為電解質(zhì),氯化鑭和氯化鎂的摩爾百分比為20%,氧化鎂溶解度重量百分比為10%,電解溫度為720℃,石墨為陽極,槽電壓4.7V,電流效率達(dá)到90%,每千克Mg的直流電耗為11.53kWh,金屬鎂的純度99.95%。
實(shí)施例2在65KA有隔板鎂電解槽中用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂以水氯鎂石為原料,利用氨法在反應(yīng)溫度40℃,反應(yīng)時(shí)間30min,鎂-氨當(dāng)量比1.5∶2.2,MgCl2濃度為50g/L條件下,生產(chǎn)氫氧化鎂,在1000℃范圍內(nèi)煅燒氫氧化鎂4h得到純度為99.95%的高純氧化鎂;以氯化鑭和氯化鎂混合熔鹽為電解質(zhì),氯化鑭和氯化鎂的摩爾百分比為10%,氧化鎂溶解度重量百分比為8%,電解溫度為750℃,石墨為陽極,槽電壓4.5V電流效率達(dá)到85%,每千克Mg的直流電耗為11.67kWh,金屬鎂的純度99.95%。
權(quán)利要求
1.一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法,其特征在于該方法先以水氯鎂石為原料,利用氨水生產(chǎn)氫氧化鎂,反應(yīng)溫度45~55℃,反應(yīng)時(shí)間20~30min,鎂-氨當(dāng)量比1∶1.2~1.5∶2.2,MgCl2濃度為35~55g/L,生產(chǎn)得到氫氧化鎂;氫氧化鎂在900~1000℃范圍內(nèi)煅燒3~4h得到純度在99.5%以上的高純氧化鎂;再以99.5%以上的高純氧化鎂為原料,用石墨或惰性材料為陽極,以氯化鑭和氯化鎂為熔鹽電解質(zhì),氯化鑭和氯化鎂的摩爾百分比為10~30%,氧化鎂溶解度重量百分比為5~10%,電解溫度為700~750℃,槽電壓4.5~6.5V,直接熔鹽電解氧化鎂生產(chǎn)金屬鎂。
全文摘要
一種用水氯鎂石為原料生產(chǎn)金屬鎂的方法,屬于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明特征在于該方法以水氯鎂石為原料,利用氨法在反應(yīng)溫度45~55℃,反應(yīng)時(shí)間20~30min,鎂-氨當(dāng)量比1∶1.2~1.5∶2.2,MgCl
文檔編號(hào)C22B3/14GK1663913SQ20041009891
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者盧惠民 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)