[發明專利]使用混合氯化物－氟化物電解質的電解鎂生產方法

無效

• 申請號: 97114501.6
• 申請日: 1997-06-25
• 公開（公告）號: CN1173552A
• 公開（公告）日: 1998-02-18
• 發明（設計）人: R·A·沙馬
• 申請（專利權）人: 通用汽車公司
• 主分類號: C25C3/04
• 分類號: C25C3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 周慧敏,田舍人

本發明涉及生產鎂的電解方法，也涉及在允許使用帶有氧化鎂雜質的便宜的氯化鎂進料的方法中使用的電解質。

大多數鎂是由熔化的氯化物鹽電解生產的。在該方法中，含有氯化鎂(MgCl₂)、氯化鈣(CaCl₂)和氯化鈉(NaCl)的熔體用作電解質。氯化鎂在700-740℃電解分解，在不銹鋼陰極上產生鎂金屬(Mg)，而在石墨陽極上產生氯氣(Cl₂)。工廠之間方法的不同主要在所用的MgCl₂原料類型上或在MgCl₂原料的制備中所用的技術上。其原因是，電解質中的氧化鎂在電解池操作中產生問題，導致電解池出現故障。因此，大多數努力是改進氯化鎂進料及其制備技術。鎂生產的50％成本和能源消耗據報道是來自氯化鎂的制備。

有兩種常規電解鎂生產方法。在Dow?Chemical?Co.采用的第一種方法中，使用部分脫水的氯化鎂進料。在其它人(諸如Norsk?Hydro等)實施的第二種方法中，使用無水氯化鎂進料。在Dow的方法中，氧化鎂的生成自然會導致有效的和壽命長的操作池的購買。在Norsk?Hydro的方法中，制備無水氯化鎂的成本明顯地打入生產鎂的成本中。

最近，已設計了實施方法，以容納氧化鎂作為進料或作為鎂電解生產的氯化鎂原料的組分。例如，美國專利5,279,716和5,427,657(都頒發給Ram?A.Shsrms并轉讓給本申請的受讓人)公開了在適宜的電解質混合物中分別使用稀土氯化物和稀土氟化物，以溶解氧化鎂。然而，某些目的需要應用無需使用稀土元素組分的電解質的鎂生產方法。

因此，本發明的目的是提供利用便宜的鹽和迅速容納原料中顯著量的氧化鎂的鎂生產方法和電解質。

本發明應用大量的電解質組分，通過允許使用具有氧化鎂雜質的便宜的氯化鎂作為原料，以生產低成本鎂。電解質含有氟化物和氯化物適宜的組合：氟化物溶解氯化鎂進料及其氧化鎂雜質，并最大限度地凈化生產的鎂；而氯化物用于電解，以生產立刻與電解質反應以生成鎂的金屬(例如鋰或鈣)。該方法通過將電解產生的金屬與電解質中的氟化鎂進行化學反應來生產鎂。氟化物為氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF₂)和氟化鈣(CaF₂)。氯化物為氯化鋰(LiCl)和氯化鈣(CaCl₂)。從大多數為氟化物而少量為氯化物的組合物至大多數為氯化物而少量為氟化物的組合物中的大量電解質都是適宜的。這意味著在選擇溶解氧化鎂的、但仍不化學侵蝕電解質中氧化鋁耐火組分的電解質組合物中有很大的靈活性。這些電解質可以用于常規鎂生產池中。而且，可以配制適宜密度的電解質組合物以用于電解池中，如在氧化鋁型電解池中那樣在電解質底部產生鎂。

因此，提供電解方法以生產低成本鎂，該方法使用一組能溶解可在便宜的氯化鎂進料中含有的顯著量的MgO的混合氟化物-氯化物電解質。根據電解質中的陽離子含量，生產的鈣金屬或鋰金屬(例如)立刻與氟化鎂反應，產生鎂金屬并再生鋰或鈣陽離子。

從下面的詳細描述中將更清楚地看出本發明的其它目的和優點。

本發明可以按照以下實施例實施，以提供以下結果和利益。

在一個版本中，選擇電解質使得與Dow或Norsk?Hydro的方法并行，其中產生鎂，并在電解質上表面的陰極區進行回收。該實施使得能夠使用現有的鎂生產設備，而采用含有氧化鎂的便宜的氯化鎂進料。

在一個實施方案中，組成相對低密度的電解質，使得該方法如在鋁生產中一樣在電解質底部生產鎂。該實施方案最大限度地減少熔化的鎂對氯氣的暴露，而無需現在生產方法復雜的陰極室。

在任何實施方案中，本發明都允許使用通過在空氣中簡單加熱而脫水的氯化鎂進料。因為鎂生產的50％成本和能源涉及氯化鎂進料的制備，所以使用這種進料一定降低鎂的生產成本。

在另一實施方案中，可以調整方法以用MgO代替氯化鎂作為進料。將MgO用作進料簡化了整個生產過程，特別是對于原料的制備。