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,法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。第一次世界大戰(zhàn)開始之前，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，電解無水光鹵石生產(chǎn)金屬鎂,從此開創(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水氯化鎂熔體制取和無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)于皮江法來說,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,通過將電解的原材料由粒狀氯化鎂經(jīng)過無水氯化氫脫水轉(zhuǎn)變?yōu)樗蚵然V,從而降低了能耗。