鎂電解渣的綜合利用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎂電解渣的綜合利用方法，屬于資源回收領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鎂電解渣的綜合利用方法。本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法，包括如下步驟：a、將鎂電解渣與水混合，收集反應(yīng)氣體；其中，按質(zhì)量計，鎂電解渣:水＝1:1.5～2；b、待a步驟反應(yīng)完全后，過濾，得濾餅和濾液，濾餅為氫氧化鎂及不可溶雜質(zhì)；c、將b步驟得到的濾液進行電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，收集反應(yīng)氣體；d、電解完全后過濾，濾餅為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物，濾液為氫氧化鈉溶液；或濾餅為氫氧化鎂，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法工藝簡單，方便操作。
【專利說明】鎂電解渣的綜合利用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂電解渣的綜合利用方法，屬于資源回收領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]鎂是一種性質(zhì)活潑的輕金屬，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有合金生產(chǎn)，壓鑄件生產(chǎn)以及金屬脫硫脫氯等，鎂能夠顯著提高合金的強度和抗腐蝕性，是合金的重要添加劑，尤以鋁合金為例，通過使用鎂，生產(chǎn)的球墨鑄鐵塑性，韌性以及抗壓強度和屈服強度等力學(xué)性能均腳普通鑄鐵有大幅度改善，在脫硫和脫氯應(yīng)用中以鐵水脫硫和四氯化鈦還原應(yīng)用最廣。
[0003]目前，電解法制鎂是生產(chǎn)鎂的重要方法，尤其對于海綿鈦聯(lián)合企業(yè)更是建立鎂-氯循環(huán)的關(guān)鍵。鎂電解生產(chǎn)所用電解槽根據(jù)陰陽極間是否有隔板分為無隔板電解槽和有隔板電解槽兩種，根據(jù)石墨陽極放入位置可分為下插槽、側(cè)插槽和上插槽，目前國內(nèi)外生產(chǎn)運行較好的電解槽為上插式的無隔板電解槽和多級槽，其電流效率基本能達到80%以上，電能效率達到50%以上。
[0004]電解過程由于原料帶入的雜質(zhì)以及鎂氧化產(chǎn)生的氧化鎂將以殘渣形成沉積在電解槽底部，需定期清除或大修清除其對電解系統(tǒng)的影響，根據(jù)相關(guān)文獻報道:2012年我國鎂產(chǎn)量為69.83萬噸，占到全世界原鎂產(chǎn)量的82%，殘渣的噸鎂產(chǎn)出率為50~10Kg不等，其成分主要為 5 ~10% MgCl2、15 ~35% NaCl、15 ~45% KCl (或 CaCl2)，5 ~10Mg0，2 ~5% Mg、其余為Fe203、Si02、Al2O3等不溶氧化物。但目前缺乏對鎂電解殘渣回收利用的處理方法，產(chǎn)生的鎂電解殘渣無法得到利用，造成環(huán)境造成污染的同時也引起資源的浪費。為此，本發(fā)明提供一種鎂電解渣的利用方法，旨在對電解殘渣進行回收再利用，減小對環(huán)境的壓力和實現(xiàn)資源能源的再利用。
[0005]申請?zhí)枮?00910168936.4的中國專利申請公開了一種精煉鎂渣分步制取粗鎂粒、熔劑、鎂磚的方法，通過破碎、篩選、制粉、風(fēng)選分離粗鎂粒；通過雖然其技術(shù)方案也能實現(xiàn)鎂渣的利用，然后蒸發(fā)、結(jié)晶得到含水鹵光石，然后添加MgCI2等物質(zhì)，脫水得到脫水鹵光石(即熔劑)；再將剩余廢鎂渣制成鎂磚。雖然上述技術(shù)方案也實現(xiàn)了鎂渣的利用，但是其操作復(fù)雜，且需引入外源離子。
[0006]因此，尋找一種工藝簡單、工藝環(huán)保的鎂電解渣的綜合利用方法，顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鎂電解渣的綜合利用方法。
[0008]本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法，包括如下步驟:
[0009]a、將鎂電解渣與水混合，收集反應(yīng)氣體；其中，按質(zhì)量計，鎂電解渣:水=1:1.5~2 ；
[0010]b、待a步驟反應(yīng)完全后，過濾，得濾餅和濾液，濾餅為氫氧化鎂及不可溶雜質(zhì)；
[0011]C、將b步驟得到的濾液進行電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，收集反應(yīng)氣體；
[0012]d、電解完全后過濾，濾餅為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物，濾液為氫氧化鈉溶液；或濾餅為氫氧化鎂，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。
[0013]其中，所述鎂電解渣由以下重量百分比的成分組成:5~10% MgCl2、15~35%恥(:1、15~45%1((:1，5~10%]\%0，2~5%]\%，其余為不可避免的雜質(zhì)；或5~10% MgCl2、15~35% NaCl,15~45% CaCl2, 5~10% MgO, 2~5% Mg，其余為不可避免的雜質(zhì)。
[0014]進一步的，a步驟發(fā)生的反應(yīng)如下:
[0015]Mg+2H20 = Mg (OH) 2 I +H2 ?
[0016]當鎂電解渣由以下重量百分比的成分:5~10 % MgCl2、15~35 % NaCl、15~45 %KCl,5~10% MgO,2~5% Mg，其余為不可避免的雜質(zhì)，c步驟反應(yīng)如下:
[0017]MgCl2+2H20 = Mg (OH) 2 I +Cl2 f +H2 個
[0018]2KC1+2H20 = 2K0H+C12 f +H2 ?
[0019]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2 ? +H2 ?
[0020]此時，d步驟濾餅即為氫氧化鎂；濾液即為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。[0021 ] 當鎂電解渣由以下重量百分比的成分:5~10 % MgCl2、15~35 % NaCl、15~45 %CaCl2,5~10% MgO,2~5% Mg，其余為不可避免的雜質(zhì)，c步驟反應(yīng)如下:
[0022]MgCl2+2H20 = Mg (OH) 2 I +Cl2 ? +H2 ?
[0023]CaCl2+2H20 = Ca (OH) 2 I +Cl2 ? +H2 ?
[0024]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2 ? +H2 ?
[0025]此時，d步驟濾餅即為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物；濾液即為氫氧化鈉溶液。
[0026]進一步的，作為優(yōu)選方案，c步驟中電解溫度為80~90°C，電流密度為250~350mA/cm2。
[0027]進一步的，本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法得到的氯氣可以直接用于海綿鈦的生產(chǎn)中，海綿鈦生產(chǎn)過程中利用氯氣生產(chǎn)四氯化鈦，而后用鎂還原四氯化鈦進行海綿鈦的生產(chǎn)，中間通過氯化鎂電解實現(xiàn)氯和鎂的物質(zhì)循環(huán):
[0028]MgCl2 = Mg+Cl2 ?
[0029]在海綿鈦的實際生產(chǎn)中物質(zhì)在循環(huán)中會有損失，需要不斷在電解過程中進行補充，本法在電解中產(chǎn)生的氯氣可以補充氯-鎂循環(huán)中氯的損失，構(gòu)建海綿鈦生產(chǎn)中物質(zhì)循環(huán)意義明顯，同時電解后的產(chǎn)生的氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液也是氯堿工業(yè)的重要原料。
[0030]本發(fā)明有益效果:
[0031]1、本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法在常溫常壓下處理，工藝簡單，操作方便；
[0032]2、本發(fā)明方法中無需引入外源離子，降低了成本；
[0033]3、本發(fā)明在水浸過程中產(chǎn)生的氫氣純度較高，可以直接回收利用；
[0034]4、本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法得到的濾餅中是氫氧化鎂固體，純度相對較高，電解出的氯氣可以補充海綿鈦生產(chǎn)中氯-鎂循環(huán)中，電解后產(chǎn)生的氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液是氯堿工業(yè)的重要原料，同時也可以直接用于海綿鈦尾氣處理系統(tǒng)，物流的內(nèi)部循環(huán)，減少了環(huán)境壓力和實現(xiàn)了資源能源的再利用。

【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法，包括如下步驟:
[0036]a、將鎂電解渣與水混合，收集反應(yīng)氣體；其中，按質(zhì)量計，電解渣:水=1:1.5~2 ；
[0037]b、待a步驟反應(yīng)完全后，過濾，得濾餅和濾液，濾餅為氫氧化鎂及不可溶雜質(zhì)；
[0038]C、將b步驟得到的濾液進行電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，收集反應(yīng)氣體；
[0039]d、電解完全后過濾，濾餅為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物，濾液為氫氧化鈉溶液；或濾餅為氫氧化鎂，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。
[0040]其中，所述鎂電解渣是指電解法制鎂的電解過程由于原料帶入的雜質(zhì)以及鎂氧化產(chǎn)生的氧化鎂將以殘渣形成沉積在電解槽底部的渣，其成分主要為5~10% MgCl2、15~35% NaCl,15~45% KCl (或CaCl2)，5~10% Mg0，2~5% Mg，其余為不可避免的雜質(zhì)，如Fe203、Si02、Al2O3等不溶氧化物。
[0041]進一步的，a步驟發(fā)生的反應(yīng)如下:
[0042]Mg+2H20 = Mg (OH) 2 I +H2 ?
[0043]a步驟中產(chǎn)生的氫氣通過排水法凈化，當沒有氣體產(chǎn)生即表明反應(yīng)完全。
[0044]c步驟電解過程中陽極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生氫氣，分別對其進行收集，氯氣利用排飽和食鹽水法進行凈化，氫氣用排水法凈化。當陽極電解產(chǎn)物變?yōu)檠鯕夂?，表明堿金屬氯化物已消耗完，即鎂電解渣電解完全時，此時應(yīng)停止電解。陽極電解產(chǎn)物判斷方法為:將濕潤的石蕊試紙放于陽極氣體產(chǎn)物中，若試紙變紅則表明陽極電解產(chǎn)物為氯氣，若試紙無變化表示陽極電解產(chǎn)物為氧氣。電解停止后進行過濾，所得濾液為高純的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液。
[0045]當鎂電解渣中含有KCl (即不含有CaCl2)時，c步驟發(fā)生的反應(yīng)如下:
[0046]MgCl2+2H20 = Mg (OH) 2 I +Cl2 ? +H2 ?
[0047]2KC1+2H20 = 2K0H+C12 ? +H2 ?
[0048]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2 ? +H2 ?
[0049]此時，d步驟濾餅即為氫氧化鎂及不可避免的雜質(zhì)；濾液即為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。
[0050]當鎂電解渣中含有CaCl2 (即不含有KCl)時，c步驟發(fā)生的反應(yīng)如下:
[0051]MgCl2+2H20 = Mg (OH) 2 I +Cl2 ? +H2 ?
[0052]CaCl2+2H20 = Ca (OH) 2 I +Cl2 ? +H2 ?
[0053]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2 ? +H2 ?
[0054]此時，d步驟濾餅即為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物；濾液即為氫氧化鈉溶液。
[0055]進一步的，為了得到最優(yōu)的電解反應(yīng)速率，c步驟中電解液溫度調(diào)整為80~90°C，電流密度為250~350mA/cm2。
[0056]進一步的，本發(fā)明鎂電解渣的綜合利用方法得到的氯氣可以直接用于海綿鈦的生產(chǎn)中，海綿鈦生產(chǎn)過程中利用氯氣生產(chǎn)四氯化鈦，而后用鎂還原四氯化鈦進行海綿鈦的生產(chǎn)，中間通過氯化鎂電解實現(xiàn)氯和鎂的物質(zhì)循環(huán):
[0057]MgCl2 = Mg+Cl2 ?
[0058]在海綿鈦的實際生產(chǎn)中物質(zhì)在循環(huán)中會有損失，需要不斷在電解過程中進行補充，本法在電解中產(chǎn)生的氯氣可以補充氯-鎂循環(huán)中氯的損失，構(gòu)建海綿鈦生產(chǎn)中物質(zhì)循環(huán)意義明顯，同時電解后的產(chǎn)生的氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液也是氯堿工業(yè)的重要原料。
[0059]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0060]實施例1采用本發(fā)明方法處理鎂電解渣
[0061]取某企業(yè)的下插槽鎂電解殘渣為100g，其主要成分為NaCl 18.5%, KCl 37.2%,MgCl27.1%, Mg 4.5%, MgO 18.9%，將電解渣放入燒杯中，加入150g的蒸餾水，蓋上橡膠塞，通過排水法收集制得的氫氣，當沒有氣體繼續(xù)產(chǎn)生時，對殘留物進行過濾，收集濾液后將濾液加熱至85°C，恒溫條件下對濾液進行通電電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，電流密度為300mA/cm2，分別收集陽極產(chǎn)生的氯氣和陰極產(chǎn)生的氫氣，用濕潤的石蕊試紙檢測陽極氣體無變化時，結(jié)束電解，過濾將濾液收集起來，經(jīng)檢測，溶液中氫氧化鈉和氫氧化鉀的含量占到溶質(zhì)成分的98.58wt%以上。
[0062]實施例2采用本發(fā)明方法處理鎂電解渣
[0063]取某企業(yè)的下插槽鎂電解殘渣為100g，其主要成分為NaCl 20.7%, KCl 45.3%,MgCl26.2%, Mg 1.8%, MgO 15.4%，將電解渣放入燒杯中，加入200g的自來水，蓋上橡膠塞，通過排水法收集制得的氫氣，當沒有氣體繼續(xù)產(chǎn)生時，對殘留物進行過濾，收集濾液后將濾液加熱至85°C，恒溫條件下對濾液進行通電電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，電流密度為250mA/cm2，分別收集陽極產(chǎn)生的氯氣和陰極產(chǎn)生的氫氣，用濕潤的石蕊試紙檢測陽極氣體無變化時，結(jié)束電解，過濾將濾液收集起來，經(jīng)檢測，溶液中氫氧化鈉和氫氧化鉀的含量占到溶質(zhì)成分的98.84 wt%以上。
[0064]實施例3采用本發(fā)明方法處理鎂電解渣
[0065]取某企業(yè)的下插槽鎂電解殘渣為100g，其主要成分為NaCl 17.6%, KCl 44%,MgCl28.3%, Mg 3.6%, MgO 12.8%，將電解渣放入燒杯中，加入150g的85°C自來水，蓋上橡膠塞，通過排水法收集制得的氫氣，當沒有氣體繼續(xù)產(chǎn)生時，對殘留物進行過濾，收集濾液后將濾液加熱至85°C，恒溫條件下對濾液進行通電電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，電流密度為350mA/cm2，分別收集陽極產(chǎn)生的氯氣和陰極產(chǎn)生的氫氣，用濕潤的石蕊試紙檢測陽極氣體無變化時，結(jié)束電解，過濾將濾液收集起來，經(jīng)檢測，溶液中氫氧化鈉和氫氧化鉀的含量占到溶質(zhì)成分的98.73 以上。
【權(quán)利要求】
1.鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于，包括如下步驟: a、將鎂電解渣與水混合，收集反應(yīng)氣體；其中，按質(zhì)量計，鎂電解渣:水=1:1.5~2 ; b、待a步驟反應(yīng)完全后，過濾，得濾餅和濾液，濾餅為氫氧化鎂及不可溶雜質(zhì)； C、將b步驟得到的濾液進行電解，以石墨為陽極，碳鋼棒為陰極，收集反應(yīng)氣體； d、電解完全后過濾，濾餅為氫氧化鈣和氫氧化鎂組成的混合物，濾液為氫氧化鈉溶液；或濾餅為氫氧化鎂，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于，所述鎂電解渣中由以下重量百分比的成分組成:5~10%MgCl2、15~35%NaCl、15~45%KC1、5~10%Mg0、2~5% Mg,其余為不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于:所述d步驟中濾餅為氫氧化鎂；濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的混合溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于，所述鎂電解渣中由以下重量百分比的成分組成:5~10% MgCl2、15~35% NaCl,15~45% CaCl2,5~10%MgO>2~5% Mg,其余為不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于:所述d步驟中濾餅為氫氧化1丐和氫氧化鎂組 成的混合物；濾液為氫氧化鈉溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5所述的鎂電解渣的綜合利用方法，其特征在于:c步驟中電解溫度為80~90°C，電流密度為250~350mA/cm2。
【文檔編號】C22B7/00GK104131310SQ201410406648
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】鄭權(quán), 馬尚潤, 朱福興, 穆天柱, 程曉哲, 鄧斌, 何安西, 陳兵 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司