王永芳(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000)

天然光鹵石脫水電解法生產(chǎn)金屬鎂工藝研究

王永芳(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000)

金屬鎂從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)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?qū)⒑琈 g原料轉(zhuǎn)化成無水氯化鎂，在熔融狀態(tài)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(chǎn);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(chǎn)的要求。因此，用光鹵石脫水電解生產(chǎn)金屬鎂時必須采用低鈉光鹵石。

1 生產(chǎn)工藝

以天然光鹵石為原料，經(jīng)過對天然光鹵石再結(jié)晶處理，除去NaCl和其他雜質(zhì)，生產(chǎn)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(tài)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(zhì)含KCl 72%左右，可作進一步加工生產(chǎn)成鉀肥出售。

2 主要設(shè)備

光鹵石第一部分脫水主要采用沸騰爐設(shè)備，沸騰爐為矩形，內(nèi)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(yīng)的溫度為126～133℃、151～182℃和192～222℃。每個室由1臺燃燒爐提供熱風(fēng)，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(fā)生水解反應(yīng)生成的MgO與氯氣反應(yīng)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(chǎn)的粗鎂液在經(jīng)過連續(xù)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(fù)雜的過程，脫水時即有傳熱過程又有傳質(zhì)過程。燃燒爐燃燒產(chǎn)生的載熱氣體從爐底通入，通過特殊裝置（篩板、風(fēng)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(fā)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(dǎo)地位，物料下落，如此反復(fù)，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(fā)生質(zhì)的變化，使物料所含水份（附著水、結(jié)晶水）逐漸被脫去，實現(xiàn)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(nèi)的氣體量、物料占沸騰層總?cè)莘e的體積比等因素有關(guān)。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(guān)，物料粒經(jīng)越大要求的氣流速度越大。當(dāng)氣流速度為零至極限速度的范圍內(nèi)，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(guān)系，物料有位移。當(dāng)氣流速度超過極限速度時，物料體積膨脹，發(fā)生質(zhì)的飛躍，進入沸騰脫水的工作區(qū)。此區(qū)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(tài)。

用沸騰層空隙度來表示任何物料的沸騰區(qū)域，當(dāng)空隙度ε= 0.4～1.0時屬于沸騰工作區(qū)。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(qū)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(chǎn)品中含有一定量的結(jié)晶形態(tài)的水份，根據(jù)氯化鎂水合物中每種水合物只是在一定溫度范圍內(nèi)存在的理論，升高溫度至一定范圍可實現(xiàn)氯化鎂水合物徹底脫水，同時發(fā)生水解過程，為了氯化由水解產(chǎn)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(yīng)，在氯化反應(yīng)進行過程中產(chǎn)生氧氣，抑制氯化反應(yīng)的進行，工藝上采用加入碳質(zhì)還原劑（油焦）的主法結(jié)合氧化鎂氯化反應(yīng)本身產(chǎn)生的氧，并利用碳質(zhì)還原劑不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳的強還原性，促使氯化過程中雜質(zhì)凈化過程的快速進行，達到工業(yè)生產(chǎn)所要求的反應(yīng)速度。二次脫水的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

5 結(jié)語

通過對天然光鹵石先脫水，然后電解生產(chǎn)金屬鎂工藝的研究，對于鹽湖資源的綜合開發(fā)利用又是另外一種路徑。我們應(yīng)當(dāng)從工藝技術(shù)的優(yōu)劣及成本的優(yōu)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(chǎn)工藝學(xué)》，2002年12月.

王永芳（1988-）女，畢業(yè)學(xué)校：東北林業(yè)大學(xué)，專業(yè)：高分子材料與工程，學(xué)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(chǎn)金屬鎂工藝研究