天然光卤石脱水电解法生产金属镁工艺研究

由于Mg Cl2、KCl、和Na Cl混合盐类的脱水比单纯Mg Cl2脱水容易,因此天然光卤石可作为炼镁原料。但是天然光卤石含Na Cl较高,不利于电解镁生产的要求。因此,用光卤石脱水电解生产金属镁时必须采用低钠光卤石。

1 生产工艺

以天然光卤石为原料,经过对天然光卤石再结晶处理,除去Na Cl和其他杂质,生产出Na Cl<6%的低钠光卤石。然后将低钠光卤石(KCl·Mg Cl2·6H2O)脱水。低钠光卤石的脱水分两个部分进行,第一部分热空气脱水,第二部分脱水在熔融状态下脱水,彻底脱去低钠光卤石中的水份,进而得到不含水的光卤石。电解无水光卤石(KCl·Mg Cl2)得到金属镁。精炼后铸成镁锭。废电解质含KCl 72%左右,可作进一步加工生产成钾肥出售。

2 主要设备

光卤石第一部分脱水主要采用沸腾炉设备,沸腾炉为矩形,内部用隔板分为3室,每室有几块带溢料孔的隔板。沸腾炉3个室分别对应的温度为126~133℃、151~182℃和192~222℃。每个室由1台燃烧炉提供热风,燃料天然气。光卤石二次脱水采用氯化器,氯化器由3个室组成,熔化室、氯化室和澄清室。熔化室采用电加热。氯化室也采用电加热并有氯气通入管。澄清室不加热。光卤石一次脱料送入熔化室,在550℃左右温度下熔化并脱水,然后流入氯化室,在850℃左右温度下彻底脱除水份,发生水解反应生成的Mg O与氯气反应生成Mg⁃Cl2,再流入澄清室,未氯化的Mg O沉至底部,上部熔体就是无水光卤石。电解槽采用无隔板电解槽。电解生产的粗镁液在经过连续精炼炉进行精炼。

3 沸腾脱水基本原理

沸腾脱水是一个很复杂的过程,脱水时即有传热过程又有传质过程。燃烧炉燃烧产生的载热气体从炉底通入,通过特殊装置(筛板、风帽等)使气体均匀分布,吹沸起事先投落在沸腾床上待脱水的颗粒物料。气体速度通过物料层时发生变化。期初,物料受向上的浮力作用,料层体积膨胀并抛洒向上,离开筛板后气流速度急剧下降,继而物料受重力作用占主导地位,物料下落,如此反复,使填充在筛板上的物料处于不断的运动之中,如同“沸腾”。期间,载热气体与物料进行传热,物料受热,在一定温度下发生质的变化,使物料所含水份(附着水、结晶水)逐渐被脱去,实现脱水目的。

沸腾层的压降,有筛板上物料层厚度,固体物料的密度和鼓入炉内的气体量、物料占沸腾层总容积的体积比等因素有关。最小极限速度----建立沸腾层所必须的气流速度则与物料粒径及其形状有关,物料粒经越大要求的气流速度越大。当气流速度为零至极限速度的范围内,传热速度差,气流穿过料层,阻力跟气流速度呈平方或立方关系,物料有位移。当气流速度超过极限速度时,物料体积膨胀,发生质的飞跃,进入沸腾脱水的工作区。此区域,尽管气流速度增加,但阻力没用显著变化,物料受向下的重力与气流向上的浮力呈平衡状态。

用沸腾层空隙度来表示任何物料的沸腾区域,当空隙度ε=0.4~1.0时属于沸腾工作区。某镁分厂物料粒径为0.3mm,气体流速0.3~0.4m/s,小于0.2 m/s时不沸腾,空隙度最佳区域为0.55~0.75,沸腾层高度控制在1.0~1.5m。

4 熔融脱水基本原理

一次脱水产品中含有一定量的结晶形态的水份,根据氯化镁水合物中每种水合物只是在一定温度范围内存在的理论,升高温度至一定范围可实现氯化镁水合物彻底脱水,同时发生水解过程,为了氯化由水解产生的氧化镁和净化脱水料,通入一定量的氯气用来氯化氧化镁和抑制水解反应,在氯化反应进行过程中产生氧气,抑制氯化反应的进行,工艺上采用加入碳质还原剂(油焦)的主法结合氧化镁氯化反应本身产生的氧,并利用碳质还原剂不完全燃烧产生的一氧化碳的强还原性,促使氯化过程中杂质净化过程的快速进行,达到工业生产所要求的反应速度。二次脱水的主要化学反应如下:

5 结语

通过对天然光卤石先脱水,然后电解生产金属镁工艺的研究,对于盐湖资源的综合开发利用又是另外一种路径。我们应当从工艺技术的优劣及成本的优劣来综合考虑盐湖资源的综合利用。

摘要：金属镁从发现到现在已经经历了209年的历史,目前世界上炼镁有两种方法,电解法和硅热还原法。电解法是将含MgCl2的原料提纯成无水氯化镁或将含Mg原料转化成无水氯化镁,在熔融状态下电解出金属镁,按原料和制备方法可分为卤水脱水电解法和光卤石脱水电解法、氧化镁成球氯化电解法、菱镁矿氯化电解法等。

关键词：光卤石,脱水,电解法,生产,金属镁

参考文献

[1] 张文成,《光卤石的脱水方法》--《轻金属》1993年01期.

[2] 徐日瑶,《金属镁生产工艺学》,2002年12月.