鎂電解原料氯化鎂微量雜質脫除技術分析

屈俊

摘 要：隨著社會經濟不斷發展，新型材料在工業領域中被廣泛的使用，金屬鎂的質地較輕、強度加大，被廣泛的應用在航空航天、電子通訊等各個領域中。我國鎂資源的儲量較為豐富，氯化鎂的含量位居世界第二，僅次于死海。金屬鎂的生產方式主要分為兩種，一種是皮江法，另外一種是電解法。目前電解法生產金屬鎂的方式受到了工業領域的廣泛重視，在鎂電解的過程中主要使用的原料是碳酸鎂，在原料中主要包含的金屬雜質有Fe、Mn、Al、Si等，在原料中加入MgO、NAOH、HCl、NaOCl以及KMnO4去除原料中的雜質，得到達到生產標準的氯化鎂原料。本文主要對各種雜質對金屬鎂的影響進行分析，并提出在鎂電解過程中微量雜質的脫除技術。

關鍵詞：鎂電解；雜質脫除技術；微量雜質

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.039

由于我國經濟的發展，各種新型材料的出現為我國工業的發展帶來了新的活力，金屬鎂作為一種質地較強，剛性較強的金屬，有著廣泛的應用價值。但是金屬鎂的化學性質較為活潑，在提取的過程中主要使用皮破法與電解法對含有鎂的原料進行加工，最后得到符合生產要求的金屬鎂。在鎂電解的過程中，受到原料的影響，往往會存在諸多的雜質，這些雜質嚴重影響了金屬鎂的生產，所以在生產的過程中要對這些雜質進行去除工作，保障金屬鎂的生產質量。

1 鎂電解過程中雜質對煉鎂過程的影響

1.1 硫酸根對鎂電解過程的影響

在氯化鎂溶液中，硫酸根以硫酸鎂的形式進入到電解質中，硫酸鎂在電解的過程中需要的分解電壓較高，一般在700℃時達到3.4V而且硫酸根的濃度低，難以進行電分解化學反應，在氯化鎂溶液中硫酸鎂與溶液進行反應會在電解質的表面析出單質硫，硫與空氣中的氧氣進行燃燒，會生成氧化鎂。在此過程中電解質會出現沸騰的情況，電解質表面析出白色的泡沫，嚴重時會導致電解質沸騰停止，影響電解的過程。

1.2 在電解鎂過程中鐵的影響

在電解鎂的過程中鐵是影響電解過程的重要雜質，雜質鐵主要可以分為三價的鐵離子與二價的亞鐵離子。在電解的過程中，陰極會形成三價的鐵離子，陽極會將其還原成二價的亞鐵離子。在電解的過程中鐵離子會與電解質中的鎂化學反應，在反應的過程中對金屬鎂有著大量的消耗，而且單質鐵在陰極中會以金屬的方式析出，包裹鎂珠，使鎂沉入溶液的廢渣中，降低了電解效率。

1.3 硼對電解鎂的影響

在電解鎂的原料中含有部分的硼化合物，電解質中若是含有硼會導致陰極的敦化，進而影響鎂珠的匯聚，降低了電解鎂的效率。在電解鎂的過程中主要的硼化物是氧化硼，其在氯化鎂濃度增加時，含量也在逐漸的增加，當氯化鎂的濃度達到97%以上時，在溶液中硼的溶解度是0.3%。在電解的過程中溫度升高到720℃時，氧化硼會與金屬鎂進行反應生成非晶體型硼。金屬鎂和硼在電解的條件下進行反應，會生成硼化鎂，嚴重的影響了電解鎂的生產效率。

2 鎂電解原料氯化鎂雜質脫除技術分析

2.1 氯化鎂中硫酸根的脫除技術

硫酸根的脫除技術主要有：沉淀法、冷凍法。膜法、吸附法。沉淀法的主要方式是利用能夠與硫酸根進行化學反應的物質，原料中的硫酸根進行反應，變為能夠沉淀的硫酸鹽物質，達到脫硫的效果，主要使用的原料有氯化鋇、氯化鈣以及碳酸鋇。冷凍法主要是因為硫酸鈉與原料中的其他雜質溶解度不同，并能根據溫度的而變化講不通的溶質進行分離。在18℃時氯化鈉的溶解度與溫度之間的關系較小，但是當溫度降低到8℃，硫酸鹽形成的晶體會不斷的析出，并且隨著溫度逐漸下降析出的晶體越多，最后進行過濾便能脫除原料中的硫酸根雜質。膜法脫硫技術的主要原理是根據硫酸根對納濾膜的排斥度較高，但是對氯化物的排斥率較細，使用這種方式能夠將原料中的硫酸根排斥出來，去除原料中的雜質。吸附法能夠有效的去除原液中的硫酸根，在電解質中增加吸附劑吸附原料中的硫酸根，主要的吸附劑有針鐵礦、蒙脫石以及水滑石等礦物質，但是這種吸附方式容易造成二次污染，有著較大的局限性。

2.2 原料中鐵雜質的去除方式

去除原料中的鐵雜質，主要包括了曝氣法、接觸氧化法以及離子交換法。其中曝氣法又被稱為自然氧化法，在原材料經過曝氣充氧后是空氣中的部分氧氣溶在原料中，氧氣與原料中的鐵離子進行融合形成氫氧化三鐵，氫氧化三鐵不溶于水，在弱酸條件下能夠析出，最后將原液進行過濾，去除原材料中的鐵離子。接觸氧化法主要是將原液經過簡單的曝氣充氧后進入旅程，其中氫氧化三鐵能夠依附在濾料的表面，形成濾膜。形成的濾膜有著催化的作用，并且對原材料中二價的亞鐵離子有著強力的吸附作用，亞鐵離子吸附在濾膜中與氧氣進行反應，形成三價的鐵離子，加厚了濾料中濾膜的厚度，并且參與到新的催化反應中。達到去除原料中鐵雜質的目的。離子交換法去除鐵雜質，主要使用了離子交換樹脂法，使用凝膠型陰離子交換樹脂能夠對原料中的亞鐵離子進行交換，在使用這種方式的過程中，要注意樹脂的類型，如果樹脂在出廠時為氯型，在使用的過程中要篩除其中的細小粉末，使用蒸餾水浸泡24小時。離子交換吸附劑選擇時，還可以使用沸石作為主要的吸附劑，因為沸石的結構是三維孔結構的硅酸鋁鹽，硅原子為中性、鋁原子為負電荷，在沸石的孔結構中的鉀離子和氫離子顯現的正電荷能夠平衡，可以與溶液中的鐵離子進行離子的交換。

2.3 原材料中硼雜質的去除方式

硼雜質脫除技術的方法主要有沉淀法、活性炭吸附法與萃取法等。在沉淀法中主要有硼酸鹽沉淀法、加酸沉淀法、絮凝沉淀法。在弱酸的環境下，原料中的金屬氧化物能夠進行化學反應，形成較難溶解的硼酸鹽。加酸沉淀法主要是在原材料中加入鹽酸或者是硫酸，將原材料中的硼轉化為溶解度較小的硼酸，達到分離原材料中硼的目的。萃取法主要是在原材料中加入與水不相溶的有機試劑作為萃取劑，與原材料混合并且與原料中的硼酸有機的結合，達到硼酸與原液中其他離子分離的目的。使用活性炭對原液中的硼酸進行吸附，首選要使用檸檬酸或者是酒石酸對活性炭進行浸泡工作，提高活性炭對硼的吸附作用。使用活性炭吸附的過程中能夠發現，活性炭吸附的強度與浸漬劑有關。經過相關的研究發現，使用酒石酸作為浸漬劑，活性炭對硼的吸附強度最大。在大規模的電解鎂生產中，使用活性炭柱較為經濟實惠。

3 總結

綜上所述，由于社會經濟不斷的發展，金屬鎂的出現為工業的生產帶來了新的活力，在航空航天等領域都有著廣泛的使用。金屬鎂的生產需要對原料進行電解，形成金屬鎂。但是在電解的過程中，原料中的諸多雜質會與原材料進行化學反應，形成雜質影響電解鎂的效率。根據相關的研究發現，在電解鎂的過程中硫酸根、硼、鐵是影響反應的主要因素，所以選擇科學的手段將原料中的硫酸根、硼、鐵進行提取，提高電解鎂的反應效率，提高電解鎂的質量。

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