往盛有含MgCl2的熔鹽電解質的電解槽中通以直流電,MgCl2便發(fā)生分解,在陰極析出金屬鎂,在陽極析出氯氣。
制取氯化鎂的原料有含MgCl2的海水、鹵水、鹽湖水,光鹵石,菱鎂礦和合成氧化鎂,制取工藝隨原料不同而異。菱鎂礦和合成氧化鎂采用高溫氯化生產無水氯化鎂工藝,含氯化鎂的水溶液和光鹵石則采用脫水工藝,這些原料在脫水前要經過提純和富集 。
工業(yè)生產中,根據不同原料和工藝制得的氯化鎂類型,可將熔鹽電解法煉鎂分為海水煉鎂、鹵水煉鎂、光鹵石煉鎂、菱鎂礦、合成氧化鎂煉鎂和海綿鈦副產氯化鎂練鎂等六種工藝類型。熔鹽電解法煉鎂主要由氯化鎂制取和氯化鎂熔鹽電解兩大步驟組成。
電解熔融氯化鎂,電能轉化為化學能。 熔融氯化鎂 電解熔融的氯化鎂(MgCl2)制取的方程式:MgCl2融熔電解=Mg+Cl2(氣體箭頭)。電解熔融狀態(tài)下的氯化鎂生成物是氯氣和金屬鎂。
如圖
貝殼分解得到生石灰 CaCO3=高溫=CaO+H2O生石灰加入海水曬鹽后的苦鹵中,過濾得氫氧化鎂 CaO+MgCl2+H2O=Mg(OH)2+CaCl2氫氧化鎂溶解于鹽酸得氯化鎂溶液 Mg(O...
熔鹽電解法煉鎂(production of magnesiumby molten salt elertrolysis)是指含鎂物料經氯化鎂制取、氯化鎂熔鹽電解產出金屬鎂的鎂冶煉方法。熔鹽電解法煉鎂成本低,原料來源廣泛,是當今生產金屬鎂的主要方法,其生產的金屬鎂約占鎂總產量的3/4。
自熔鹽電解法煉鎂工業(yè)化以來,鎂電解生產技術有了很大發(fā)展,主要表現(xiàn)在改進電解槽結構、增大電流強度(由300A增大至10萬A以上,個別的如挪威則增至29-30萬A)、降低電耗(由35-40kW·h/kg降為12.8-16.5kW·h/kg)和利用多種資源制取氯化鎂的工藝改進及開發(fā)應用新技術等方面。
熔鹽電解法煉鎂使用的原料為氯化鎂,它是以海水、鹽湖鹵水、光鹵石、菱鎂礦和海水、白云石制取的氧化鎂為原料,經脫水或氯化制得的。70年代以來,在制取氯化鎂的工藝和裝備等方面有了很大改進,技術經濟指標也不斷在提高。特別是20世紀70年代末出現(xiàn)新的氯化鎂制取方法,如挪威的鹵水氯化氫法徹底脫水,以及英國礦物處理特許有限公司(MPLC)以菱鎂礦為原料,一氧化碳為還原劑經氯化制取無水氯化鎂的新方法,將進一步推動熔鹽電解法煉鎂工業(yè)的發(fā)展 。
熔鹽電解法煉鎂有陰極產出鎂、陽極產出氯兩種產物,前者送去精煉成商品鎂,后者經除去氯鹽升華物后,用于制取氯化鎂或其他含氯產品。但陽極煙氣含有氯廢氣,需經石灰乳淋洗吸附氯氣后排放。
用氯氣生產氯化鎂產生的尾氣含有氯氣、氯化氫氣和氯鹽升華物,這種尾氣需先經二級水洗除去氯鹽升華物和大部分氯化氫氣,含氯尾氣再經石灰乳或堿液噴淋洗滌除去氧氣,最后經高于80m的煙囪排放。酸性廢水可經石灰石或石灰乳中和后排棄 。2100433B
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研究了不完全脫水氯化鎂與稀土氯鹽混合在電解槽中直接電解生產鎂鈰合金的新方法,所用電解質為非氟化物電解質,電解溫度低,不改變目前工業(yè)鎂電解槽的槽型,易于工業(yè)推廣應用。研究的目的是使我國在用青海鹽湖水氯鎂石為原料電解鎂的研究中取得突破性進展,以此推動利用青海鹽湖鎂資源取得巨大進展,并結合青海、甘肅周邊豐富的稀土資源,制備鎂稀土合金。實驗過程采用不完全脫水氯化鎂為電解原料,簡化了工藝步驟,還可以有效利用提取鐠、釹后大量剩余的鈰稀土,使稀土元素鈰可以得到廣泛應用,將產生很好的經濟效益。
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鎂合金具有許多優(yōu)異的性能,因而被人們廣泛關注,成為具有應用潛力的合金材料。本文詳細評述了目前熔鹽電解法制備鎂合金的情況,并分析了其相對于傳統(tǒng)生產方法的優(yōu)勢。
熱還原法煉鎂(productian of magnesium bythermal reduction process)是指在高溫下用還原劑將氧化鎂還原成金屬鎂的鎂冶煉方法。第二次世界大戰(zhàn)期間,由于鎂的需要量驟增,熔鹽電解法煉鎂生產的鎂已不能滿足需要,于是熱還原法煉鎂便發(fā)展成為金屬鎂生產的一種重要方法。
熱還原法煉鎂方法有皮江法煉鎂、半連續(xù)硅熱法煉鎂、波爾扎諾法煉鎂、碳熱法煉鎂及碳化物熱法煉鎂等 。2100433B
熔鹽電解法制鋰(production of metallic lithi-um by molten salt electrolysis)是指氯化鋰-氯化鉀低共熔混合物經熔鹽電解在電解槽陰極上析出金屬鋰的過程。它是20世紀90年代工業(yè)上生產金屬鋰的唯一方法。
目前工業(yè)上大多采用鈉鈣電解質、鈉鉀電解質和循環(huán)、沸騰引起鎂、氯二次反應的損失;由于氯化鎂濃 鉀電解質,但為了增大電導率和降低電耗,也有用鏗電度低引起鈉等析出造成的電流消耗;電解質一與鎂的潤 解質的。如含MgCI:8寫~20%、KCllo%、Licl50%濕性變壞,鎂熔體浮于電解質表面造成氧化損失;以及 一70%的電解質,其熔點為693一743K,973K時的電出鎂、出渣時鎂的機械損失。
因素
影響鎂電解電流效率的因素鎂電解陰極電流效(l)電解溫度。鎂電解溫度一般為963一993K,不 率7通常以實際產出鎂量同理論鎂產量之比的百分數(shù)能低于933K(鎂的熔點923K),因為電解槽膛內溫度 來表示:梯度為40~soK。電解槽底部和上部的溫度最低,當電 實際鎂產量、/,_八n,解溫度過低時電解質可能在槽壁和槽底形成結殼。電 "-瓦麗認蒜藺茹扮麗麗又'00%幕篡蛋篙攀亂聶籠萬薪屬贏探漏奚潺廠漏 式中0.454為鎂的電化當量,g/(A·h)·劇了二次反應,都會引起電流效率的下降。工業(yè)生產中 造成電流效率降低的原因主要是:鎂的溶解損失,根據不同原料、槽型和電解質組分來確定適宜電解溫由于雜質等使陰極鈍化導致鎂珠細散,或電解質強烈度范圍。鎂電解的典型電解溫度列舉于表4。 表4典型鎂電解棺主要技術指標 指、體型劇..、漏電森勝分片嬰黔橇洲紫 電流I/kA}90 1 105一110 1 62 1 45}80!100~150 1 300{1()。 電流效率"/%}8。{80一85 18'一88 18。一85{93'2{78一801(石弓一云于,1名2 664 絡rong 二 (2)電流密度。在電解過程中,鎂和氯分別在陰10。~120cm,無隔板電解槽約為100cm。 極和陽極上的析出速度與電流密度成正比。電流密度(5)MgCI:濃度。MgC12在電解質熔體中按 過高(o,7A/emZ以上)會使鎂和氯從電極上的析出速MgC12(l)+Mg(l)-ZMgCI(l) 度增加,導致鎂、氯二次反應而引起鎂的損失;電流密反應達到平衡。電解質中的MgC12濃度增高,則反應 度過低(0 .25A/cm"以下)則影響生產效率。工業(yè)生產向右進行,鎂的損失增大。當含MgCI:3%~4緯時,有 中有隔板電解槽采用的電流密度為。.5~0.6A/cm",鈉、鈣等金屬析出,影響正常電解。MgCI:在電解質中 無隔板電解槽為0.35一0.45A/c mZ。的適宜含量為7%一15%(供料為氯化鎂),和5%~ (3)極間距。陰極與陽極間的距離。極間距越大,12%(供料為光鹵石)。 陰極產物鎂與陽極產物氯氣接觸的機遇越小,因發(fā)生(6)雜質電解質中除主要氯鹽成分外,還含少量 二次反應而引起鎂的損失量也越小。但極間距增大,電水、50圣一、鐵、錳、硅、MgO、鋁、鎳、鉻、硼、欽 解質的電阻增加,引起電解質過熱,使電解質揮發(fā)及鎂等雜質。這些雜質一部分由原料帶入,另一部分是在電 的溶解損失增加。極間距小,則鎂與氯的二次反應加解過程中熔體與電解槽內襯和其他構件相互作用產生 劇。工業(yè)上采用的有隔板電解槽極間距為8一gcm,無的。雜質會降低鎂電解的電流效率,增大產渣量,并影 隔板電解槽為6.5一7cm。響鎂的質量和陽極產出的氯氣濃度。 (4)陽極高度。在電解過程中,通過電解質的正常水對鎂電解很有害,因而含水氯化鎂和光鹵石等 循環(huán),將鎂帶入陰極室或集鎂室。陽極的高度會影響電原料都必須經過脫水處理,并為防止氯化鎂熔體和電 解質的循環(huán)強度,而電解質的循環(huán)強度取決于陽極析解質吸收空氣中的水分,而盡量采用密閉的盛裝熔體 出氣體的數(shù)量。電流密度一定時,通過電解空間電解質抬包和電解槽。在電解溫度下,水會形成為MgOHCI。 表面的氣體數(shù)量與陽極高度成正比。降低陽極高度,析電解時,MgOHCI發(fā)生分解: 出的氣體減少,電解質循環(huán)強度減弱,不能將全部鎂帶MgOHcl-Mg0H++Cl 入陰極室,導致小鎂珠與氯氣二次反應加劇而引起鎂在陰極上發(fā)生生成MgO的反應: 的損失。工業(yè)生產中的有隔板電解槽陽極高度一般為ZMgOH十+2e-ZMgo十HZ 665 rong熔 并與鎂反應:質量。如前蘇聯(lián)、挪威等國的鎂電解生產廠規(guī)定電解質 ZMgoHel+Mg-ZMgO+MgclZ+HZ中的雜質含量極限為B