金屬鎂冶煉方法——電解法

　　目前鎂冶煉的方法主要有兩種：1、從尖晶石、鹵水或海水中將含有氯化鎂的溶液經(jīng)脫水或焙融氯化鎂熔體,之后進(jìn)行電解，此法稱為電解法;2、用硅鐵對(duì)從碳酸鹽礦石中經(jīng)煅燒產(chǎn)生的氧化鎂進(jìn)行熱還原，此法稱為熱還原法(皮江法)。

　　電解法煉鎂的發(fā)展過(guò)程

　　1808年，科學(xué)家戴維以汞為陰極電解氧化鎂,在人類歷史上第一次制取了金屬鎂。18世紀(jì)30年代,法拉第第一次通過(guò)電解氯化鎂得到了金屬鎂。第一次世界大戰(zhàn)開(kāi)始之前，法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和加拿大都實(shí)現(xiàn)了鎂的工業(yè)生產(chǎn),但產(chǎn)量有限,大約年產(chǎn)量幾百噸,主要用于軍事方面。

　　19世紀(jì)80年代,才由德國(guó)首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽，電解無(wú)水光鹵石生產(chǎn)金屬鎂,從此開(kāi)創(chuàng)了電解法煉鎂的工業(yè)化時(shí)代。后經(jīng)不斷在工藝和設(shè)備方面的改進(jìn),直到目前世界上采用的就是這種電解法。

　　以菱鎂礦為原料，用熔鹽電解法煉鎂生產(chǎn)金屬鎂的方法。采用菱鎂礦為原料不僅能為電解提供優(yōu)質(zhì)的煉鎂原料，而且還能利用電解鎂副產(chǎn)的氯氣。

　　早在20世紀(jì)30年代西歐的一些國(guó)家曾利用希臘產(chǎn)的菱鎂礦煉鎂。中國(guó)有豐富的菱鎂礦資源，自50年代起就采用菱鎂礦煉鎂法生產(chǎn)金屬鎂。菱鎂礦煉鎂主要由無(wú)水氯化鎂熔體制取和無(wú)水氯化鎂熔體電解兩大步驟組成，現(xiàn)行的菱鎂礦煉鎂工藝流程如下圖：

　　電解法煉鎂的原理是在高溫下電解熔融的無(wú)水氯化鎂,使之分解成金屬鎂和氯氣。高溫情況下水對(duì)熔鹽性質(zhì)的影響是致命的，因此，高純度的無(wú)水氯化鎂是電解法制鎂關(guān)鍵所在。依據(jù)所用原料及處理原料的方法不同,電解法煉鎂又可細(xì)分為以下幾種具體的方法：道烏法、光鹵石法、氧化鎂氯化法、AMC法、諾斯克法。

　　電解法因?yàn)槠渖a(chǎn)工藝先進(jìn),能耗較低的優(yōu)點(diǎn),是一種極具發(fā)展前景的煉鎂方法。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家80%以上的金屬鎂是通過(guò)電解法生產(chǎn)。

　　海水提鎂

　　金屬鎂冶煉方法——皮江法

　　金屬鎂的生產(chǎn)有電解法、硅熱法(皮江法Pidgeon)和碳熱法。皮江法是我國(guó)生產(chǎn)金屬鎂的重要方法，因?yàn)槠そ掓V工藝流程短、投資少、建廠快、成本較低，但是熔煉技術(shù)比較落后、生產(chǎn)過(guò)程中資源能源消耗比較大，污染比較嚴(yán)重。

　　皮江法煉鎂的實(shí)質(zhì)是在高溫和真空條件下,有氧化鈣存在時(shí),通過(guò)硅(或鋁)還原氧化鎂生成鎂蒸氣,與反應(yīng)生成的固體硅酸二鈣(2CaO·SiO2)相互分離,并經(jīng)冷凝得到結(jié)晶鎂。該工藝過(guò)程可分為白云石煅燒、原料制備、還原和精煉四個(gè)階段。

　　皮江法和電解法的優(yōu)缺點(diǎn)及其發(fā)展

　　對(duì)于皮江法來(lái)說(shuō),其工藝流程和設(shè)備較簡(jiǎn)單,建廠投資少,生產(chǎn)規(guī)模靈活;成品鎂的純度高等特點(diǎn);其爐體小,建造容易,技術(shù)難度小;并且可以直接利用資源豐富的白云石作為原料。主要缺點(diǎn)在于熱利用率低、還原罐壽命短,還原爐所占的成本較大, 屬于勞動(dòng)密集型,生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)。

　　針對(duì)以上缺點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行了一系列技術(shù)改造。改進(jìn)還原罐結(jié)構(gòu)、采用新型保溫材料、切斷熱短路、提高內(nèi)部介質(zhì)的綜合導(dǎo)熱系數(shù);改進(jìn)爐型,比如采用水煤漿對(duì)還原罐底部加熱,使其受熱均勻。使用蓄熱燒嘴等新型燒嘴,對(duì)排放的廢氣進(jìn)行回收利用;采用現(xiàn)代化的控制技術(shù),采用機(jī)械化裝卸料設(shè)備等等。

　　與皮江法相比,電解法煉鎂具有節(jié)能、產(chǎn)品均勻性好、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)、生產(chǎn)成本比皮江法低等優(yōu)點(diǎn),屬于能源密集型產(chǎn)業(yè)。但是,電解法也有以下不足之處:無(wú)水氯化鎂制備的生產(chǎn)工藝較難控制;水氯鎂石脫水需要較高溫度和酸性氣氛,使得能耗大,設(shè)備腐蝕嚴(yán)重;電解法生產(chǎn)過(guò)程排放的廢水、廢氣和廢渣,對(duì)環(huán)境造成污染,處理費(fèi)用大。

　　針對(duì)上述缺點(diǎn),也有一些相應(yīng)的措施,通過(guò)將電解的原材料由粒狀氯化鎂經(jīng)過(guò)無(wú)水氯化氫脫水轉(zhuǎn)變?yōu)樗蚵然V,從而降低了能耗。