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无水氯化鎂的制取

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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爲氯化熔鹽電解法和熱還原法。在2013年全球生産的923kt原鎂中,國外生産154.7kt,其中80%左右是用電解法生産的,熱還原法生産的占20%左右;而在國內生産的768.3kt鎂中,電解法生産的幾乎爲零,因爲民和鎂廠與撫順鋁業有限公司的電解生産線早已停産,而青海鹽湖的100kt/a電解鎂項目要到2014年末或2015年初期才能陸續投産,因此2013年全世界生産的鎂中僅3.35%是用電解法提取的。在今後一段相當長的時間內,電解鎂的産量雖然會有所增加,但是所占的比例不會有較大變化。

生産鎂的能耗

按理论计算,用不同的原料与工艺提取单位质量原镁的能耗比提炼其他金属的高,但是由于镁的密度小,所以生产单位体积原镁的能耗却比其他金属如铝与锌的低,用电解法提取镁全过程能耗为(8.3~11.2)×107J,热还原法的为(11.5~12.6)×107J。近30年来,炼镁技术取得长足发展,特别是中国在热还原法炼镁方面推出了一些重大成就,在以钾肥生产中排放的废液氯化鎂为原料生产镁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。半連續真空矽熱還原爐的容量有相當大的提升,並采用計算機控制冶煉過程與各項工藝參數,單台設備的産量一般都超過8t/d,還有更大的。

由于煉鎂技術的發展,鎂産量的大幅度上升,尤其是中國成爲世界鎂業王國後,生産能力、産量和出口量都節節上升,2013年熱法煉鎂生産能力1540.5kt/a、産量768.3kt、出口各種鎂産品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

不管哪种电解制镁法,其原理都是电解熔融氯化鎂制取镁与氯(MgCl2=Mg+Cl2),不同之处仅在于氯化鎂的生产工艺有所区别。按使用原料不同氯化鎂的生产方法当前主要有三种。

1.以菱鎂礦或氧化鎂(輕燒的菱鎂礦或氫氧化鎂)爲原料,以碳爲還原劑,經混合、制團、幹燥或焦化後,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热反应,所以氯化时仅需补充不多的电能,便可以维持反应不停地进行。氯化产物为无水氯化鎂熔体。

2.以海水、盐湖卤水或钾肥制造中排放废液为原料,经净化、浓缩、制粒(或直接利用卤水喷雾)、脱木制得无水氯化鎂。用卤水制取氯化鎂的最大难点是六水氯化鎂在脱除最后两个结晶水的同时由于发生水解会生成MgO和Mg(OH)Cl,它们都是电解过程的有害杂质。

工业生产中用两步脱水法来去除它们:首先用约200℃的热气流使MgCl2·6H2O脱至MgCl2·H2O或MgCl2·2H2O;第二步是把经过脱水的低水氯化鎂再在HCl气氛中彻底脱水,得到粒状无水氯化鎂,也可以将低水氯化鎂进行熔融氯化脱水,使水解产生的MgO转化为MgCl2而获得氯化鎂熔体。海水与煅烧白云反应生成氯化鎂溶液,最后经热气流获得MgCl2·1.25H2O或MgCl2·1.5H2O。

3.以光鹵石(MgCl2·6H2O)爲原料,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,然後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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