镁课堂:(七)说说镁电解那些事1

2015年01月27日 8:51 6242次浏览 来源:   分类: 镁应用   作者:

  1883年英国科学家法拉第(M.Faraday)首次通过还原氯化镁制得纯镁,1852年德国化学家本生(R.Bunsen)在世界上建成第一台电解无水氯化镁的电解槽,1886年德国格里舍姆-伊利可创公司(Griesheim-Elektron)在施塔斯富特(Stassfurt)建成世界首家商业镁厂,采用菲希尔(Fischer)和格里特泽尔(Greatzel)发明的本生电解槽(池),以从光卤石提取钾时的副产物卤水(氯化镁盐卤)为原料。后来,该厂迁到德国的比特菲尔德(Bitterfeid),其员工皮斯托(Pistor)和莫尔切尔(Moschel)发明了连续高效制造无水氯化镁新工艺。1860年,马瑟(J.Mathey)和曼切斯特(C.Manchester)开始用类似的电解法生产镁。1886年,切米斯奇-法布利克(Chemische-Fabrik)和格里舍姆-伊利可创公司与法布利克(Fabrik)公司联合收购电解制镁工艺,直到1915年,它仍是全世界主要的制镁企业之一。1916年美国道屋(DOW)化学公司的电解制镁厂投产,它是当时也是以后一段相当长的时间内全世界最大的电解镁厂。
  自1886年熔盐电解法工业化生产镁以来,电解制镁技术得到不断发展。特别进入上世纪70年代后,无水氯化镁生产工艺取得了突破性成就,电解槽大型化在加速进行着,结构也在不断完善,有些已实现了密闭与计算机控制。电解槽电流强度已由最初的300A,发展到100~300kA,直流电耗也由初期的35000~4000kWh/(t镁),下降到当前11900kWh/(t镁)。
  电解制镁基本原理
  电解制镁采用的电解质为多组分氯盐,向氯化镁电解质中添其他组分是为了降低熔点和黏度,提高熔体电导率和降低氯化镁的挥发和水解。电解时两极发生的反应为:
  阴极 Mg2++2e→Mg
  阳极 2Cl→Cl2+2e
  镁在阴极生成,液态镁的密度比电解质的低,浮于表面,阳极产生的氯气则通过氯气罩排出。接近熔点650℃时,固态镁的密度约1650kg/m3,液态镁的约1580kg/m3。电解法制镁的工艺不下七八种,基本原理都相同,最有代表性有3种,按槽型可分为:道屋型、埃奇法本型(I.G.Farben),无隔板型。后者又可分为加铝式(Alcan)、苏联式与挪威式等多种。
  道屋电解法
  这种镁电解槽或工艺是美国道屋化学工业公司于1916年发明的,并在密执安州(Michigan)米德兰市(Mialand)的工厂投产。采用海水与锻烧白云石制备MgCl2泥浆,然后与盐酸反应制成MgCl2溶液,再经浓缩与干燥处理制成MgCl2·1.5H2O,可将它直接加入电解槽制镁,副产物氯可回收,循环使用。
  1941年道屋公司又在得克萨斯州海滨城市弗里波特(Freeport)市建成一个世界上最大的海水电解镁厂,最高产量达120kt/a。海水由输水槽引来,滤过淤泥与杂物后流入沉淀池,与石灰混合,过滤后与20%盐酸反应生成MgCl2,经蒸发得到固态MgCl2,再经干燥除水处理得到低水合的氯化镁(MgCl2·1.5H2O或MgCl2·1.25H2O),成为电解制镁的原料。电解槽为铸钢的,没有内衬,钢阴极与石墨阳极之间没有隔板,外部用天然气加热,典型电解质组成:60%NaCl、20%CaCl2、20%MgCl2,电解温度700~720℃,液态镁从槽上部的集镁容器流出,生产1t镁约可获得约2t氯,电解后的废电解质含有相当多的碳酸钾,是生产钾肥的好原料。
  挪威海德鲁公司(Norsk Hydro)是欧洲主要的镁生产者,通过在干燥的氯化氢气中加热MgCl2·6H2O实现脱水,苏联及俄罗斯则主要往电解池中加入无水光卤石脱水。澳大利亚镁业公司(AMC)开发的生产无水氯化镁的工艺为:向氯化镁溶液中加入乙二醇(Gylcol,HOCH2CH2OH),蒸馏脱水,然后借氨喷雾生成六氨化氯化镁,其反应式如下。六氨化氯化镁焙烧后可得无水氯化镁,氨与溶剂可循环使用。
  MgCl2·6H2O+3(HOCH2CH2OH)→MgCl2·3(HOCH2CH2OH)+6H2O
  MgCl2·3(HOCH2CH2OH)+6NH3→MgCl2·6NH3+3(HOCH2CH2OH)
  此种电解法称为AMC电解制镁法,简称AMC法。

责任编辑:淮金

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