專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法及設(shè)備，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂以其儲(chǔ)量豐富、質(zhì)量輕，加之鎂合金比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能優(yōu)良、 阻尼減震和電磁屏蔽性能好、易于加工成型、廢料容易回收等優(yōu)點(diǎn)，使其作為21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”展現(xiàn)在冶金工業(yè)上，成為有色金屬中的佼佼者，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、交通等領(lǐng)域。我國(guó)是世界上著名的“鎂大國(guó)”，目前，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的含鎂礦物資源主要包括菱鎂礦、白云石、水氯鎂石、光鹵石以及含鎂尾礦等，它們都可以作為煉鎂的原材料。世界上生產(chǎn)金屬鎂的工藝主要有兩種，即電解法和熱還原法。相比而言，熱還原法不僅犧牲環(huán)境和資源，還消耗大量的不銹鋼和硅鐵，而電解法工藝先進(jìn)、能耗較低、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)且生產(chǎn)效率高、企業(yè)環(huán)保指標(biāo)也相對(duì)較好，因此，隨著能源及硅鐵材料價(jià)格的不斷上漲，以及國(guó)家對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)制要求，熱還原法煉鎂工藝將逐漸被淘汰，電解法將會(huì)引領(lǐng)金屬鎂制備的潮流。電解法制備金屬鎂的關(guān)鍵問(wèn)題就是制備純度高、成本低的無(wú)水氯化鎂以及高效節(jié)能的電解槽。目前無(wú)水氯化鎂的制備有氣體保護(hù)加熱脫水法、高溫氯化、有機(jī)溶劑蒸餾與分子篩脫水法、氯化鎂復(fù)鹽及絡(luò)合物分解脫水法等方法。而對(duì)于大多含鎂礦物其高溫熔融氯化工藝適用最廣，但常規(guī)的氯化爐存在能耗大，效率低、渣量多等缺點(diǎn)；對(duì)于鎂電解槽，多極性鎂電解槽成為一種發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)國(guó)內(nèi)使用最多的無(wú)隔板鎂電解槽雖比有隔板的鎂電解槽效率高，但與多極性電解槽相比，仍存在效率低、產(chǎn)生氯氣濃度低、陰極易鈍化等缺點(diǎn)。因此，尋求一種高效率、低能耗、無(wú)污染的含鎂礦物生產(chǎn)金屬鎂的方法和設(shè)備對(duì)我國(guó)鎂行業(yè)將來(lái)在世界中的競(jìng)爭(zhēng)具有重要意義。含鎂礦物制備金屬鎂的方法有
制備熔融無(wú)水氯化鎂熔液，最初是IG Farben法，該方法將菱鎂礦制備成氧化鎂，將氧化鎂與焦炭的團(tuán)塊在錘軸式電加熱爐內(nèi)與氯氣反應(yīng)生成熔融氯化鎂，然后電解制備金屬鎂。該方法主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生熔融氯化鎂純度低，排渣量大，氯氣消耗大。英國(guó)礦物處理特許公司(《鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)》中南大學(xué)出版社，2006年8月， P195)研究出一種新的氯化法，用CO作還原劑直接從塊狀菱鎂礦生產(chǎn)熔融無(wú)水氯化鎂，該方法優(yōu)點(diǎn)是使用了氣態(tài)還原劑，提高了反應(yīng)速率，并排除了菱鎂礦的單獨(dú)煅燒以及制團(tuán)塊步驟，但反應(yīng)器仍沒(méi)有解決IG Farben氯化器的缺點(diǎn)，即生產(chǎn)能力低，氯氣消耗大，對(duì)菱鎂礦的純度要求高，排渣量大等缺點(diǎn)。發(fā)明專(zhuān)利CN10956083A提出一種菱鎂礦石一步法煉鎂工藝方法與設(shè)備，在密封的三相電爐內(nèi)進(jìn)行熔融還原反應(yīng)，以菱鎂礦石為原料、以焦炭或石墨為還原劑，螢石和鋁土礦石為助熔劑，三種爐料經(jīng)破碎直接以顆粒狀分別投爐，在高溫真空熔融狀態(tài)下完成Mg十C =Mg + CO的反應(yīng)，鎂蒸氣先后凝成液體鎂或結(jié)晶鎂，趁熱進(jìn)入連續(xù)精煉爐內(nèi)，直接進(jìn)行精煉，最終獲得99. 97%金屬鎂錠，生產(chǎn)連續(xù)、自動(dòng)化。該發(fā)明方法能耗大，污染嚴(yán)重，不符合時(shí)代節(jié)能減排的潮流。發(fā)明專(zhuān)利US3742199報(bào)道了一種氯化鎂鹵水制備無(wú)水氯化鎂的方法，即將氯化鎂鹵水蒸發(fā)濃縮后，在200°C下用空氣進(jìn)行流態(tài)化脫水生產(chǎn)二水氯化鎂粉末，而后在300°C 下，用無(wú)水氯化氫氣體保護(hù)下進(jìn)行三級(jí)流化床脫水，制的無(wú)水氯化鎂粉末，該方法可工業(yè)運(yùn)行，但循環(huán)過(guò)程繁瑣，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境污染大。發(fā)明專(zhuān)利CN1978680A報(bào)道了一種由含鎂礦物制備金屬鎂的方法，在無(wú)水有機(jī)介質(zhì)中，將活性氧化鎂與氯化劑反應(yīng)，同時(shí)脫水得到高濃度的無(wú)水氯化鎂有機(jī)介質(zhì)溶液，將其與用無(wú)水介質(zhì)配制成用于反應(yīng)結(jié)晶的無(wú)水氯化鎂有機(jī)溶液在氨飽和條件下結(jié)晶生成六氨氯化鎂，然后將其進(jìn)行干燥，得無(wú)水六氨氯化鎂，最后置于脫氨電解耦合反應(yīng)器脫氨、電解制備金屬鎂。該方法雖然能耗低，但流程繁瑣，生產(chǎn)率低下，有機(jī)溶液重復(fù)使用難度大，不易于放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的主要是尋求一種節(jié)能高效的金屬鎂制備方法及設(shè)備，解決現(xiàn)有方法所存在的能耗大、效率低等問(wèn)題。一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法及設(shè)備，其主要內(nèi)容包括
(I)將含鎂礦物中有用組分通過(guò)常規(guī)方法(破碎、煅燒、浸出、沉淀、過(guò)濾等)使其轉(zhuǎn)化為高活性的氧化鎂。(2)在溫度500 1000°C下，將含碳化合物氣化后與二氧化碳反應(yīng)，生產(chǎn)一氧化碳。(3)在溫度600 1200°C下，向流態(tài)化氯化床里加入一定量的催化反應(yīng)中間體 (MeCl3),然后將高活性氧化鎂不斷地加入流態(tài)化氯化床內(nèi)，使其與通入的氯氣和一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，制備熔融無(wú)水氯化鎂。(4)按熔融無(wú)水氯化鎂含量為10 30%，熔融氯化鈉含量為30 60%、熔融氯化鈣含量為20 40%、熔融氯化鉀含量為5 10%、熔融氟化鈣含量為I 5%進(jìn)行混合，作為制備金屬鎂的電解液。(5)將混合后的電解液導(dǎo)入多極性電解槽中，在650 710°C,槽電壓為5 8V電流密度為O. 3 I. OA/cm2的條件下進(jìn)行熔融電解，制備金屬鎂。(6)對(duì)氯化過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳和電解制備金屬鎂陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣經(jīng)處理后重新利用。上述步驟(I)中所述的破碎，粒度為_(kāi)2mm，破碎機(jī)為錘式破碎機(jī)；磨礦，粒度_100 目，采用剛玉球磨罐；煅燒，溫度為700 KKKTC ;浸出，藥劑為鹽酸和硫酸；沉淀劑為氨水
和碳酸氫銨。步驟(2)中制備一氧化碳采用含碳化合物為石油焦或焦炭；所用的二氧化碳來(lái)源于工藝中部分廢氣凈化后得到的二氧化碳；反應(yīng)溫度為500 1000°C。
步驟(3)中制備熔融無(wú)水氯化鎂的流態(tài)化氯化床，包括進(jìn)料口(I)、廢氣排放口(2)、氣體擋板(3 )、隔墻(4)、熔融無(wú)水氯化鎂出口( 5 )以及混合氣進(jìn)口( 6 )。進(jìn)料口( I)設(shè)在流態(tài)化氯化床的上端居中；熔融無(wú)水氯化鎂出口(5)設(shè)在流態(tài)化氯化床底側(cè)；混合氣進(jìn)口(6)設(shè)在流態(tài)化氯化床的底部，其目的是為了使進(jìn)入的氣體與熔融物料里的氧化鎂及催化反應(yīng)中間體充分反應(yīng)，以促進(jìn)氯化效率的提高。氣體擋板(3)設(shè)在流態(tài)氯化床的上部，目的是阻擋上升后的氣流，使其向兩側(cè)擴(kuò)散，一方面分散進(jìn)料口進(jìn)入的活性氧化鎂物料，另一方面使沒(méi)有得到充分利用的混合氣體進(jìn)一步與活性氧化鎂充分接觸反應(yīng)。隔墻(4)設(shè)在流態(tài)化氯化床體靠下，其作用是使其熔融液及未反應(yīng)的活性氧化鎂呈流態(tài)化，即在隔墻的中間未充分反應(yīng)的氧化鎂和催化反應(yīng)中間體與上升的混合氣流接觸反應(yīng)，當(dāng)上升到隔墻頂部時(shí)，由于脫離了隔墻的阻擋，氣體和熔融液上升速度減弱，剩余氣體繼續(xù)上升，而熔融液及包裹活性氧化鎂形成的球團(tuán)受重力作用由兩側(cè)返回，當(dāng)下沉到隔墻底部時(shí)又與混合氣體接觸，再次隨著混合氣上升進(jìn)行反應(yīng)，從而形成一個(gè)循環(huán)，使其得到充分地反應(yīng)。廢氣排放口(2)設(shè)在流態(tài)化氯化床頂部的兩側(cè)，排放出的廢氣經(jīng)凈化后用于合成一氧化碳重新利用；流態(tài)化氯化床加熱方式為外部加熱，爐內(nèi)溫度為600 1200°C。步驟(3)中混合氣為一氧化碳和氯氣；一氧化碳和氯氣的分壓比為(I 5) :1。步驟(4)中電解鎂電解液的組成，包括熔融無(wú)水氯化鎂含量為10 30%，熔融氯化鈉含量為30 60%、熔融氯化鈣含量為20 40%、熔融氯化鉀含量為5 10%、熔融氟化鈣含量為I 5%。步驟(5)中制備金屬鎂的多極性電解槽，包括陽(yáng)極(7)、陰極(8)、多極性電極(9)、 蓋板(10 )、槽體(11)、絕緣耐火支座(12)及導(dǎo)鎂槽(13)。整個(gè)多極性電解槽由一塊陽(yáng)極、 兩塊陰極以及六塊雙極性電極組成。陽(yáng)極(7)設(shè)在多極性電解槽的中間，由頂部插入，所用陽(yáng)極材料為石墨；陰極(8)設(shè)在多極性電解槽的左右兩側(cè)，各與絕緣耐火內(nèi)襯隔開(kāi)一定距離，其陰極材料為不銹鋼；槽體(11)由耐火絕緣材料制成；絕緣耐火支座(12)設(shè)在槽的底部，用于支撐雙極性電極和陽(yáng)極；雙極性電極(9)設(shè)在陽(yáng)極與陰極的中間，陽(yáng)極與兩端陰極之間各三塊雙極性電極，分別粘結(jié)在絕緣耐火支座上，使其形成獨(dú)立的電解槽，將電解液隔開(kāi)，雙極性電極為石墨-不銹鋼復(fù)合電極；導(dǎo)鎂槽(13)設(shè)在陰極兩側(cè)及雙極性電極的陰極面上，其作用是匯集產(chǎn)生的熔融金屬鎂。電解過(guò)程為陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，由頂部排出，經(jīng)氯壓機(jī)壓縮后打入流態(tài)化氯化床進(jìn)行氯化反應(yīng)；陰極產(chǎn)生金屬鎂由導(dǎo)鎂槽導(dǎo)入集鎂室；電解過(guò)程中產(chǎn)生的渣經(jīng)處理后返回到流態(tài)化氯化床，重新利用。步驟(6)廢氣和廢渣的循環(huán)利用，其中廢氣主要來(lái)源于兩個(gè)方面一是氧化鎂氯化過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳，經(jīng)凈化后使其與氣化后的含碳化合物在高溫下混合生成一氧化碳；另一方面是電解制備金屬鎂陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣，由于此工藝采用多極性電解槽，產(chǎn)生的氯氣濃度高，可以直接利用。電解過(guò)程中產(chǎn)生的渣經(jīng)處理后返入流態(tài)化氯化床，重新利用。本發(fā)明提供了一種原料價(jià)廉、工藝簡(jiǎn)單、能耗小、效率高、易工業(yè)化生產(chǎn)的金屬鎂制備方法，并為該方法設(shè)計(jì)了新的設(shè)備一流態(tài)化氯化床和多極性鎂電解槽。流態(tài)化氯化床作為無(wú)水氯化鎂制備的主體設(shè)備，運(yùn)行的過(guò)程中氧化鎂在催化中間體的作用下，與氯氣和一氧化碳在設(shè)備中充分反應(yīng)，從而得到高純度的熔融態(tài)無(wú)水氯化鎂，該設(shè)備具有氯化速度快，能耗小，氧化鎂含量低等特點(diǎn)；多極性電解槽是目前最先進(jìn)的節(jié)能電解槽，具有效率高、 電耗小、氯氣易于回收等特點(diǎn)，該設(shè)備在陰陽(yáng)兩極中間插入多極性電極，使其電流效率更高，陰極和雙極性電極上設(shè)導(dǎo)鎂槽使其產(chǎn)生的金屬鎂得到更快的收集，減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。


圖I為一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法及設(shè)備流程圖。圖2為流態(tài)化氯化床示意圖。圖3為多極性鎂電解槽示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :某菱鎂礦試驗(yàn)礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果如下
元素MgOSiO2CaOF e203燒失量含量42. 956. 08I. 15O. 2948. 27
將礦樣經(jīng)錘式破碎機(jī)破碎到_2_，采用流化床對(duì)其礦樣進(jìn)行輕燒，控制溫度為900°C， 時(shí)間為lh，然后使用球磨機(jī)磨礦至-100目。取輕燒產(chǎn)品500g，加入10%的HCl 800 mL反應(yīng)25min后過(guò)濾，濾液用剛消化的石灰乳調(diào)節(jié)pH值為4. 5過(guò)濾除去雜質(zhì)，得到純凈的濾液。 凈化后的濾液中加入新鮮石灰乳，滴加速度10 mL/min，加入量為Cea2+: CMg2+= O. 9，在水浴溫度為80°C攪拌條件下反應(yīng)lh，陳化2h。陳化后過(guò)濾得到的Mg(OH)2用Imol/mL的MgCl2 洗滌lh，再次過(guò)濾得到Mg (OH) 2精礦。Mg (OH) 2烘干后在900°C煅燒2h得到高純氧化鎂，品位可達(dá)98. 82%。向流態(tài)化氯化床中加入10克的催化反應(yīng)中間體(MeCl3),然后將爐溫升至800°C， 以700ml/min的流速,氣相/^/Z7a2比值為2的條件下通入氯氣和一氧化碳混合氣體,然后按一定流速將上述制得的氧化鎂加入到流態(tài)化氯化床中，使其轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)的無(wú)水氯化鎂。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)熔融無(wú)水氯化鎂12%、熔融氯化鈉為40%、熔融氯化鈣為40%、熔融氯化鉀為 6%、熔融氟化鈣為2%進(jìn)行混合，混合后的物料進(jìn)入多極性電解槽中，在槽溫690°C、槽壓為 5. 5V、電流密度為O. 5A/cm2的條件下進(jìn)行電解，得到金屬鎂21. 63g，其純度可達(dá)99. 6%，氯氣濃度為96. 8%，出渣量為2. 78克。實(shí)施例2 :采用青海省察爾汗鹽湖水氯鎂石為原料，其組成如下表
元素MgCl'CaKNa含量11. 535. 08O. 032O. 094O. 079
取500克的水氯鎂石加入一定量的水中配制成含鎂離子約為100 g/L溶液，過(guò)濾除去不溶的雜質(zhì)，然后加入一定量的氨水及10%的晶種,在80°C的水浴中使其充分反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，通過(guò)真空抽濾的方式氫氧化鎂分離后放入馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為900°C， 煅燒lh，，其所得產(chǎn)品氧化鎂含量大于99. 28%。在不投加催化反應(yīng)中間體的情況下，同實(shí)施例I進(jìn)行如下步驟，其最終得到金屬鎂18. 68克，純度為99. 56% ;氯氣濃度為95. 2% ;出渣量為8. 36克，主要成分為氧化鎂。實(shí)施例3 :某鐵尾礦組成成分如下
成分F e203MgOSiO2CaOAl2O3MnOK2ONa2O含量％28. 3631. 2835. 634. 68I. 22O. 36O. 28O. 32
將500克鐵尾礦經(jīng)剛玉球磨機(jī)磨至-100目，用20%的硫酸對(duì)其進(jìn)行酸浸反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，得到粗硫酸鎂溶液，向溶液中加入一定濃度的氫氧化鈉并且通入氯氣，使其雜質(zhì)以沉淀的形式除去，得到純凈的硫酸鎂溶液，然后用碳酸氫銨作為沉淀劑，在反應(yīng)溫度為60°C下，制得碳酸鎂沉淀，抽濾分離后將濾餅在900°C下煅燒2h，得到氧化鎂，其純度為98. 78%。同實(shí)施例1，制得熔融無(wú)水氯化鎂，然后按其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)熔融無(wú)水氯化鎂12%、融氯化鈉為40%、熔融氯化鈣為40%、熔融氯化鉀為6%、熔融氟化鈣為2%進(jìn)行混合，混合后的物料加入有隔板的電解槽中，在槽溫700°C、槽壓為5. 5V、電流密度為O. 5A/cm2的條件下進(jìn)行電解，得到金屬鎂15. 35g，其純度可達(dá)99. 3% ;氯氣濃度為87. 83% ;出渣量為4. 36克，主要成分為催化中間體(MeCl3)1權(quán)利要求
1.一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟如下(1)將含鎂礦物中有用組分通過(guò)破碎、磨礦、煅燒、浸出、沉淀、過(guò)濾方法，使其轉(zhuǎn)化為高活性氧化鎂；(2)在溫度為500 1000°C下,將含碳化合物氣化后與二氧化碳反應(yīng),制得一氧化碳?xì)怏w；(3)在溫度為600 1200°C下，向流態(tài)化氯化床里加入一定量的催化反應(yīng)中間體稀土金屬氯化物MeCl3，然后將高活性氧化鎂不斷地加入流態(tài)化氯化床內(nèi)，使其與通入的混合氣進(jìn)行反應(yīng)，制備熔融無(wú)水氯化鎂；(4)將熔融無(wú)水氯化鎂、熔融氯化鈉、熔融氯化鈣、熔融氯化鉀以及熔融氟化鈣進(jìn)行混合，作為制備金屬鎂的電解液；(5)將混合后的電解液導(dǎo)入多極性電解槽中，在550 710°C，槽電壓為5 8V，電流密度為O. 3 I. OA/cm2的條件下進(jìn)行熔融電解，制備金屬鎂；(6)將步驟(I) (5)中所產(chǎn)生的廢氣、廢渣經(jīng)凈化處理后循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟(I)中所述的破碎，粒度為_(kāi)2mm，破碎機(jī)為錘式破碎機(jī)；磨礦，粒度-100目，采用剛玉球磨罐；煅燒， 溫度為700 KKKTC ;浸出，藥劑為鹽酸和硫酸；沉淀劑為氨水和碳酸氫銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟(2)中制備一氧化碳采用含碳化合物為石油焦或焦炭；所用的二氧化碳來(lái)源于工藝中部分廢氣凈化后得到的二氧化碳；反應(yīng)溫度為500 1000°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法所采用的設(shè)備，其特征在于步驟(3)中制備熔融無(wú)水氯化鎂的流態(tài)化氯化床，包括進(jìn)料口(I)、廢氣排放口(2)、氣體擋板(3)、隔墻(4)、熔融無(wú)水氯化鎂出口(5)以及混合氣進(jìn)口(6);進(jìn)料口(I)設(shè)在流態(tài)化氯化床的上端居中；熔融無(wú)水氯化鎂出口(5)設(shè)在流態(tài)化氯化床底側(cè)；混合氣進(jìn)口(6)設(shè)在流態(tài)化氯化床的底部，其目的是為了使進(jìn)入的氣體與熔融物料里的氧化鎂及催化反應(yīng)中間體充分反應(yīng)，以促進(jìn)氯化效率的提高；氣體擋板(3)設(shè)在流態(tài)氯化床的上部，目的是阻擋上升后的氣流，使其向兩側(cè)擴(kuò)散，一方面分散進(jìn)料口進(jìn)入的活性氧化鎂物料，另一方面使沒(méi)有得到充分利用的混合氣體進(jìn)一步與活性氧化鎂接觸反應(yīng)；隔墻(4)設(shè)在流態(tài)化氯化床床體靠下，其作用是使其熔融液及未反應(yīng)的活性氧化鎂呈流態(tài)化，即在隔墻的中間未充分反應(yīng)的氧化鎂和催化反應(yīng)中間體與上升的混合氣流接觸反應(yīng)，當(dāng)上升到隔墻頂部時(shí)，由于脫離了隔墻的阻擋，氣體和熔融液上升速度減弱，剩余氣體繼續(xù)上升，而熔融液及包裹活性氧化鎂形成的球團(tuán)受重力作用由兩側(cè)返回，當(dāng)下沉到隔墻底部時(shí)又與混合氣體接觸，再次隨著混合氣上升進(jìn)行反應(yīng)，從而形成一個(gè)循環(huán)，使其得到充分地反應(yīng)；廢氣排放口(2)設(shè)在流態(tài)化氯化床頂部的兩側(cè)，排放出的廢氣經(jīng)凈化后用于合成一氧化碳重新利用；流態(tài)化氯化床加熱方式為外部加熱，爐內(nèi)溫度為600 1200°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟(3)中混合氣為一氧化碳和氯氣；一氧化碳和氯氣的分壓比為(I 5) :1。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟(4)中電解鎂電解質(zhì)的組成，包括熔融無(wú)水氯化鎂含量為10 30%，熔融氯化鈉含量為30 60%、熔融氯化鈣含量為20 40%、熔融氯化鉀含量為5 10%、熔融氟化鈣含量為I 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法所采用的設(shè)備，其特征在于步驟(5)中制備金屬鎂的多極性電解槽，包括陽(yáng)極(7)、陰極(8)、多極性電極(9)、蓋板 (IO )、槽體(11)、絕緣耐火支座(12)及導(dǎo)鎂槽(13 );整個(gè)多極性電解槽由一塊陽(yáng)極、兩塊陰極以及六塊雙極性電極組成；陽(yáng)極(7)設(shè)在多極性電解槽的中間，由頂部插入，所用陽(yáng)極材料為石墨；陰極(8)設(shè)在多極性電解槽的左右兩側(cè)，與絕緣耐火內(nèi)襯隔開(kāi)一定距離，陰極材料為不銹鋼；槽體(11)由耐火絕緣材料制成；絕緣耐火支座(12)設(shè)在槽的底部，用于支撐雙極性電極和陽(yáng)極；雙極性電極(9)設(shè)在陽(yáng)極與陰極的中間，陽(yáng)極與兩端陰極之間各三塊雙極性電極，分別粘結(jié)在絕緣耐火支座上，使其形成獨(dú)立的電解槽，將電解液隔開(kāi)，雙極性電極為石墨-不銹鋼復(fù)合電極；導(dǎo)鎂槽(13)設(shè)在陰極兩側(cè)及雙極性電極的陰極面上，其作用是匯集產(chǎn)生的熔融金屬鎂；電解過(guò)程為陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，由頂部排出，經(jīng)氯壓機(jī)壓縮后打入流態(tài)化氯化床進(jìn)行氯化反應(yīng)；陰極產(chǎn)生金屬鎂由導(dǎo)鎂槽導(dǎo)入集鎂室；電解過(guò)程中產(chǎn)生的渣經(jīng)處理后返回到流態(tài)化氯化床，重新利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法，其特征在于步驟(6)廢氣和廢渣的循環(huán)利用，其中廢氣來(lái)源于兩個(gè)方面一是氧化鎂氯化過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳，經(jīng)凈化后使其與氣化后的含碳化合物在高溫下混合生成一氧化碳；另一方面是電解制備金屬鎂陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣；電解過(guò)程中產(chǎn)生的渣經(jīng)處理后返入流態(tài)化氯化床，重新利用。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種含鎂礦物制備金屬鎂的方法及設(shè)備。包括將含鎂礦物中有用組分轉(zhuǎn)化為的高活性氧化鎂，在高溫及催化中間體的作用下，與氯氣和一氧化碳進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成熔融態(tài)的無(wú)水氯化鎂。按一定比例將熔融態(tài)的無(wú)水氯化鎂與熔融態(tài)的其它無(wú)機(jī)鹽混合作為電解液，然后將其導(dǎo)入多極性電解槽進(jìn)行電解，從而制得金屬鎂。該工藝采用了新型的設(shè)備—流態(tài)化氯化床和多極性電解槽，并在氯化過(guò)程中加入了催化反應(yīng)中間體，使其比傳統(tǒng)方法更為高效節(jié)能。整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣和廢渣經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)重新利用，環(huán)境友好。
文檔編號(hào)C25C3/04GK102586805SQ20121008881
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者馮雅麗, 李浩然, 王維大 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)