天然光鹵石脫水電解法生產金屬鎂工藝研究

王永芳(青海鹽湖鎂業有限公司,青海 格爾木 816000)

天然光鹵石脫水電解法生產金屬鎂工藝研究

王永芳(青海鹽湖鎂業有限公司,青海 格爾木 816000)

金屬鎂從發現到現在已經經歷了209年的歷史，目前世界上煉鎂有兩種方法，電解法和硅熱還原法。電解法是將含Mg?Cl2的原料提純成無水氯化鎂或將含M g原料轉化成無水氯化鎂，在熔融狀態下電解出金屬鎂，按原料和制備方法可分為鹵水脫水電解法和光鹵石脫水電解法、氧化鎂成球氯化電解法、菱鎂礦氯化電解法等。

光鹵石;脫水;電解法;生產;金屬鎂

由于MgCl2、KCl、和NaCl混合鹽類的脫水比單純MgCl2脫水容易，因此天然光鹵石可作為煉鎂原料。但是天然光鹵石含NaCl較高，不利于電解鎂生產的要求。因此，用光鹵石脫水電解生產金屬鎂時必須采用低鈉光鹵石。

1 生產工藝

以天然光鹵石為原料，經過對天然光鹵石再結晶處理，除去NaCl和其他雜質，生產出NaCl＜6%的低鈉光鹵石。然后將低鈉光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)脫水。低鈉光鹵石的脫水分兩個部分進行，第一部分熱空氣脫水，第二部分脫水在熔融狀態下脫水，徹底脫去低鈉光鹵石中的水份，進而得到不含水的光鹵石。電解無水光鹵石(KCl·MgCl2)得到金屬鎂。精煉后鑄成鎂錠。廢電解質含KCl 72%左右，可作進一步加工生產成鉀肥出售。

2 主要設備

光鹵石第一部分脫水主要采用沸騰爐設備，沸騰爐為矩形，內部用隔板分為3室，每室有幾塊帶溢料孔的隔板。沸騰爐3個室分別對應的溫度為126～133℃、151～182℃和192～222℃。每個室由1臺燃燒爐提供熱風，燃料天然氣。光鹵石二次脫水采用氯化器，氯化器由3個室組成，熔化室、氯化室和澄清室。熔化室采用電加熱。氯化室也采用電加熱并有氯氣通入管。澄清室不加熱。光鹵石一次脫料送入熔化室，在550℃左右溫度下熔化并脫水，然后流入氯化室，在850℃左右溫度下徹底脫除水份，發生水解反應生成的MgO與氯氣反應生成Mg?Cl2，再流入澄清室，未氯化的MgO沉至底部，上部熔體就是無水光鹵石。電解槽采用無隔板電解槽。電解生產的粗鎂液在經過連續精煉爐進行精煉。

3 沸騰脫水基本原理

沸騰脫水是一個很復雜的過程，脫水時即有傳熱過程又有傳質過程。燃燒爐燃燒產生的載熱氣體從爐底通入，通過特殊裝置（篩板、風帽等）使氣體均勻分布，吹沸起事先投落在沸騰床上待脫水的顆粒物料。氣體速度通過物料層時發生變化。期初，物料受向上的浮力作用，料層體積膨脹并拋灑向上，離開篩板后氣流速度急劇下降，繼而物料受重力作用占主導地位，物料下落，如此反復，使填充在篩板上的物料處于不斷的運動之中，如同“沸騰”。期間，載熱氣體與物料進行傳熱，物料受熱，在一定溫度下發生質的變化，使物料所含水份（附著水、結晶水）逐漸被脫去，實現脫水目的。

沸騰層的壓降，有篩板上物料層厚度，固體物料的密度和鼓入爐內的氣體量、物料占沸騰層總容積的體積比等因素有關。最小極限速度----建立沸騰層所必須的氣流速度則與物料粒徑及其形狀有關，物料粒經越大要求的氣流速度越大。當氣流速度為零至極限速度的范圍內，傳熱速度差，氣流穿過料層，阻力跟氣流速度呈平方或立方關系，物料有位移。當氣流速度超過極限速度時，物料體積膨脹，發生質的飛躍，進入沸騰脫水的工作區。此區域，盡管氣流速度增加，但阻力沒用顯著變化，物料受向下的重力與氣流向上的浮力呈平衡狀態。

用沸騰層空隙度來表示任何物料的沸騰區域，當空隙度ε= 0.4～1.0時屬于沸騰工作區。某鎂分廠物料粒徑為0.3mm，氣體流速0.3～0.4m/s，小于0.2m/s時不沸騰，空隙度最佳區域為0.55～0.75，沸騰層高度控制在1.0～1.5m。

4 熔融脫水基本原理

一次脫水產品中含有一定量的結晶形態的水份，根據氯化鎂水合物中每種水合物只是在一定溫度范圍內存在的理論，升高溫度至一定范圍可實現氯化鎂水合物徹底脫水，同時發生水解過程，為了氯化由水解產生的氧化鎂和凈化脫水料，通入一定量的氯氣用來氯化氧化鎂和抑制水解反應，在氯化反應進行過程中產生氧氣，抑制氯化反應的進行，工藝上采用加入碳質還原劑（油焦）的主法結合氧化鎂氯化反應本身產生的氧，并利用碳質還原劑不完全燃燒產生的一氧化碳的強還原性，促使氯化過程中雜質凈化過程的快速進行，達到工業生產所要求的反應速度。二次脫水的主要化學反應如下：

5 結語

通過對天然光鹵石先脫水，然后電解生產金屬鎂工藝的研究，對于鹽湖資源的綜合開發利用又是另外一種路徑。我們應當從工藝技術的優劣及成本的優劣來綜合考慮鹽湖資源的綜合利用。

[1]張文成，《光鹵石的脫水方法》--《輕金屬》1993年01期.

[2]徐日瑤，《金屬鎂生產工藝學》，2002年12月.

王永芳（1988-）女，畢業學校：東北林業大學，專業：高分子材料與工程，學歷：本科，職稱：化工工藝助理工程師。研究方向：天然光鹵石脫水電解法生產金屬鎂工藝研究