[發明專利]一種連續生產金屬鎂的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110383125.7
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113106498B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 盧旭晨;張志敏;閆巖;王天華;薛立強;李金沙
• 申請（專利權）人: 河北大有鎂業有限責任公司;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25C7/00
• 分類號: C25C7/00;C25C7/06;C25C3/04
• 代理公司: 石家莊知住優創知識產權代理事務所(普通合伙) 13131
• 代理人: 王麗巧

本發明公開了一種連續生產金屬鎂的裝置及方法，裝置的熔鹽制備單元包括爐體，電解單元包括電解槽和直流電源；電解槽中設置有分隔墻，并且爐體的底部插設在電解槽的左部中，電解槽的右部中插設有陰電極和陽電極，直流電源的兩個電源端分別與兩個電極相連；爐體的頂部設置有加料口和氣體逸出口，爐體中自上而下依次設置有保護加熱區、氯化/脫水區、脫銨轉化區、保護熔化區和水解產物沉降區，并且保護熔化區和水解產物沉降區均位于電解槽的左部中；水解產物沉降區對應的爐體的右側壁上開設有第一擴散孔，分隔墻上且位于第一擴散孔的上下兩側分別開設有第二擴散孔和第三擴散孔。本發明使得電解制備金屬鎂能夠連續、高效、穩定和低成本地運行。

技術領域

本發明涉及金屬材料的制備技術領域，具體涉及一種連續生產金屬鎂的裝置及利用該裝置連續生產金屬鎂方法。

背景技術

金屬鎂和鎂合金是一種非常重要的輕質結構金屬材料。隨著社會的進步和科技的發展，鎂及鎂合金制品在工業、農業及人們的生活各個領域的運用越來越廣泛，也給社會創造越來越大的價值。目前，金屬鎂的制備方法很多，但最常用的兩種方法為熱還原法和電解法。其中，熱還原法以白云石（MgCO₃·CaCO₃）為原料，硅（含硅75%的硅鐵合金）為還原劑，在高溫（1100-1250℃）和高真空（1.33-13.3Pa）的條件下進行還原反應，鎂蒸氣冷凝在水冷的蒸餾罐一端（純度可達99.95%）。該方法具有工藝簡單、流程短、投資小、建廠快、規模靈活、產品質量高等優點，因而成為金屬鎂的主要制備方法（全球每年金屬鎂產量的85%以上由熱還原法生產）。然而，該方法對環境污染嚴重且能耗很高，大大限制了其在未來的長遠發展。隨著各國對環保意識和生態平衡的日益重視，很多熱還原法制備金屬的工藝逐漸被列入限制類發展的項目。例如，我國《產業結構調整指導目錄》（2010和2011年版本）中均將金屬鎂冶煉的硅熱還原法（又名皮江法）列入限制類發展的行列。電解法普遍采用較廉價的水合氯化鎂為原料，首先通過加熱脫水制備得到無水氯化鎂。然后，將得到的無水氯化鎂作為原料加入電解槽中形成三元或四元電解質體系，并通過電解制備得到金屬鎂。該方法可以克服熱還原法制備金屬鎂過程中產生的能耗大、環境污染嚴重、間歇式生產等缺點。然而，限制該方法大規模應用的關鍵問題是高純無水氯化鎂的制備。目前，高純無水氯化鎂制備方法主要有：

（1）氯化氫脫水

該方法以金屬水合氯化鎂（多取自液體礦物）為原料，在流化床反應器中以氯化氫氣體作為流化介質進行脫水反應，從而制備得到無水氯化鎂。例如，Boyum 等人（詳見文獻：Boyum O. Anhydrous magnesium chloride production. US Patent: 3742100）以氯化鎂濃溶液為原料，將其濃縮至氯化鎂含量約為55%左右進行造粒，經過200℃熱空氣流化干燥脫水得到二水氯化鎂粉末，再用300℃的無水氯化氫氣體進行流化脫水，制備得到氧化鎂和水含量均小于0.2%的無水氯化鎂。該方法氯化氫氣體的使用量大，對設備的腐蝕較大，對設備的密封性要求也較高，并且氣體的凈化難度也很高，大大增加了脫水的成本。

（2）復鹽法脫水

該方法以水合氯化鎂為原料，首先利用氯化銨將其轉化為光鹵石結構的復鹽，通過加熱該復鹽制備得到無水氯化鎂。例如，周寧波等人（詳見文獻：周寧波，陳白珍等，銨光鹵石氣固反應法制備無水氯化鎂，應用化學，22（2005）874-878）利用復鹽銨光鹵石和氯化銨為原料，利用氯化銨分解釋放氨氣的特點，使高溫下反應體系中氨氣的分壓達到30.5kPa以上，制備得到無水氯化鎂。該方法消耗了大量的氯化銨，增加了氯化銨回收的難度，且大量氯化銨高溫同時釋放很容易造成堵塞管道等技術問題。

（3）有機溶劑法脫水