鎂電解原料氯化鎂微量雜質(zhì)脫除技術(shù)分析

屈俊

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，新型材料在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛的使用，金屬鎂的質(zhì)地較輕、強(qiáng)度加大，被廣泛的應(yīng)用在航空航天、電子通訊等各個(gè)領(lǐng)域中。我國(guó)鎂資源的儲(chǔ)量較為豐富，氯化鎂的含量位居世界第二，僅次于死海。金屬鎂的生產(chǎn)方式主要分為兩種，一種是皮江法，另外一種是電解法。目前電解法生產(chǎn)金屬鎂的方式受到了工業(yè)領(lǐng)域的廣泛重視，在鎂電解的過(guò)程中主要使用的原料是碳酸鎂，在原料中主要包含的金屬雜質(zhì)有Fe、Mn、Al、Si等，在原料中加入MgO、NAOH、HCl、NaOCl以及KMnO4去除原料中的雜質(zhì)，得到達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的氯化鎂原料。本文主要對(duì)各種雜質(zhì)對(duì)金屬鎂的影響進(jìn)行分析，并提出在鎂電解過(guò)程中微量雜質(zhì)的脫除技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鎂電解；雜質(zhì)脫除技術(shù)；微量雜質(zhì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.039

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種新型材料的出現(xiàn)為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的活力，金屬鎂作為一種質(zhì)地較強(qiáng)，剛性較強(qiáng)的金屬，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但是金屬鎂的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，在提取的過(guò)程中主要使用皮破法與電解法對(duì)含有鎂的原料進(jìn)行加工，最后得到符合生產(chǎn)要求的金屬鎂。在鎂電解的過(guò)程中，受到原料的影響，往往會(huì)存在諸多的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)嚴(yán)重影響了金屬鎂的生產(chǎn)，所以在生產(chǎn)的過(guò)程中要對(duì)這些雜質(zhì)進(jìn)行去除工作，保障金屬鎂的生產(chǎn)質(zhì)量。

1 鎂電解過(guò)程中雜質(zhì)對(duì)煉鎂過(guò)程的影響

1.1 硫酸根對(duì)鎂電解過(guò)程的影響

在氯化鎂溶液中，硫酸根以硫酸鎂的形式進(jìn)入到電解質(zhì)中，硫酸鎂在電解的過(guò)程中需要的分解電壓較高，一般在700℃時(shí)達(dá)到3.4V而且硫酸根的濃度低，難以進(jìn)行電分解化學(xué)反應(yīng)，在氯化鎂溶液中硫酸鎂與溶液進(jìn)行反應(yīng)會(huì)在電解質(zhì)的表面析出單質(zhì)硫，硫與空氣中的氧氣進(jìn)行燃燒，會(huì)生成氧化鎂。在此過(guò)程中電解質(zhì)會(huì)出現(xiàn)沸騰的情況，電解質(zhì)表面析出白色的泡沫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)沸騰停止，影響電解的過(guò)程。

1.2 在電解鎂過(guò)程中鐵的影響

在電解鎂的過(guò)程中鐵是影響電解過(guò)程的重要雜質(zhì)，雜質(zhì)鐵主要可以分為三價(jià)的鐵離子與二價(jià)的亞鐵離子。在電解的過(guò)程中，陰極會(huì)形成三價(jià)的鐵離子，陽(yáng)極會(huì)將其還原成二價(jià)的亞鐵離子。在電解的過(guò)程中鐵離子會(huì)與電解質(zhì)中的鎂化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)的過(guò)程中對(duì)金屬鎂有著大量的消耗，而且單質(zhì)鐵在陰極中會(huì)以金屬的方式析出，包裹鎂珠，使鎂沉入溶液的廢渣中，降低了電解效率。

1.3 硼對(duì)電解鎂的影響

在電解鎂的原料中含有部分的硼化合物，電解質(zhì)中若是含有硼會(huì)導(dǎo)致陰極的敦化，進(jìn)而影響鎂珠的匯聚，降低了電解鎂的效率。在電解鎂的過(guò)程中主要的硼化物是氧化硼，其在氯化鎂濃度增加時(shí)，含量也在逐漸的增加，當(dāng)氯化鎂的濃度達(dá)到97%以上時(shí)，在溶液中硼的溶解度是0.3%。在電解的過(guò)程中溫度升高到720℃時(shí)，氧化硼會(huì)與金屬鎂進(jìn)行反應(yīng)生成非晶體型硼。金屬鎂和硼在電解的條件下進(jìn)行反應(yīng)，會(huì)生成硼化鎂，嚴(yán)重的影響了電解鎂的生產(chǎn)效率。

2 鎂電解原料氯化鎂雜質(zhì)脫除技術(shù)分析

2.1 氯化鎂中硫酸根的脫除技術(shù)

硫酸根的脫除技術(shù)主要有：沉淀法、冷凍法。膜法、吸附法。沉淀法的主要方式是利用能夠與硫酸根進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，原料中的硫酸根進(jìn)行反應(yīng)，變?yōu)槟軌虺恋淼牧蛩猁}物質(zhì)，達(dá)到脫硫的效果，主要使用的原料有氯化鋇、氯化鈣以及碳酸鋇。冷凍法主要是因?yàn)榱蛩徕c與原料中的其他雜質(zhì)溶解度不同，并能根據(jù)溫度的而變化講不通的溶質(zhì)進(jìn)行分離。在18℃時(shí)氯化鈉的溶解度與溫度之間的關(guān)系較小，但是當(dāng)溫度降低到8℃，硫酸鹽形成的晶體會(huì)不斷的析出，并且隨著溫度逐漸下降析出的晶體越多，最后進(jìn)行過(guò)濾便能脫除原料中的硫酸根雜質(zhì)。膜法脫硫技術(shù)的主要原理是根據(jù)硫酸根對(duì)納濾膜的排斥度較高，但是對(duì)氯化物的排斥率較細(xì)，使用這種方式能夠?qū)⒃现械牧蛩岣懦獬鰜?lái)，去除原料中的雜質(zhì)。吸附法能夠有效的去除原液中的硫酸根，在電解質(zhì)中增加吸附劑吸附原料中的硫酸根，主要的吸附劑有針鐵礦、蒙脫石以及水滑石等礦物質(zhì)，但是這種吸附方式容易造成二次污染，有著較大的局限性。

2.2 原料中鐵雜質(zhì)的去除方式

去除原料中的鐵雜質(zhì)，主要包括了曝氣法、接觸氧化法以及離子交換法。其中曝氣法又被稱為自然氧化法，在原材料經(jīng)過(guò)曝氣充氧后是空氣中的部分氧氣溶在原料中，氧氣與原料中的鐵離子進(jìn)行融合形成氫氧化三鐵，氫氧化三鐵不溶于水，在弱酸條件下能夠析出，最后將原液進(jìn)行過(guò)濾，去除原材料中的鐵離子。接觸氧化法主要是將原液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的曝氣充氧后進(jìn)入旅程，其中氫氧化三鐵能夠依附在濾料的表面，形成濾膜。形成的濾膜有著催化的作用，并且對(duì)原材料中二價(jià)的亞鐵離子有著強(qiáng)力的吸附作用，亞鐵離子吸附在濾膜中與氧氣進(jìn)行反應(yīng)，形成三價(jià)的鐵離子，加厚了濾料中濾膜的厚度，并且參與到新的催化反應(yīng)中。達(dá)到去除原料中鐵雜質(zhì)的目的。離子交換法去除鐵雜質(zhì)，主要使用了離子交換樹脂法，使用凝膠型陰離子交換樹脂能夠?qū)υ现械膩嗚F離子進(jìn)行交換，在使用這種方式的過(guò)程中，要注意樹脂的類型，如果樹脂在出廠時(shí)為氯型，在使用的過(guò)程中要篩除其中的細(xì)小粉末，使用蒸餾水浸泡24小時(shí)。離子交換吸附劑選擇時(shí)，還可以使用沸石作為主要的吸附劑，因?yàn)榉惺慕Y(jié)構(gòu)是三維孔結(jié)構(gòu)的硅酸鋁鹽，硅原子為中性、鋁原子為負(fù)電荷，在沸石的孔結(jié)構(gòu)中的鉀離子和氫離子顯現(xiàn)的正電荷能夠平衡，可以與溶液中的鐵離子進(jìn)行離子的交換。

2.3 原材料中硼雜質(zhì)的去除方式

硼雜質(zhì)脫除技術(shù)的方法主要有沉淀法、活性炭吸附法與萃取法等。在沉淀法中主要有硼酸鹽沉淀法、加酸沉淀法、絮凝沉淀法。在弱酸的環(huán)境下，原料中的金屬氧化物能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成較難溶解的硼酸鹽。加酸沉淀法主要是在原材料中加入鹽酸或者是硫酸，將原材料中的硼轉(zhuǎn)化為溶解度較小的硼酸，達(dá)到分離原材料中硼的目的。萃取法主要是在原材料中加入與水不相溶的有機(jī)試劑作為萃取劑，與原材料混合并且與原料中的硼酸有機(jī)的結(jié)合，達(dá)到硼酸與原液中其他離子分離的目的。使用活性炭對(duì)原液中的硼酸進(jìn)行吸附，首選要使用檸檬酸或者是酒石酸對(duì)活性炭進(jìn)行浸泡工作，提高活性炭對(duì)硼的吸附作用。使用活性炭吸附的過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附的強(qiáng)度與浸漬劑有關(guān)。經(jīng)過(guò)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，使用酒石酸作為浸漬劑，活性炭對(duì)硼的吸附強(qiáng)度最大。在大規(guī)模的電解鎂生產(chǎn)中，使用活性炭柱較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

3 總結(jié)

綜上所述，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，金屬鎂的出現(xiàn)為工業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)了新的活力，在航空航天等領(lǐng)域都有著廣泛的使用。金屬鎂的生產(chǎn)需要對(duì)原料進(jìn)行電解，形成金屬鎂。但是在電解的過(guò)程中，原料中的諸多雜質(zhì)會(huì)與原材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成雜質(zhì)影響電解鎂的效率。根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在電解鎂的過(guò)程中硫酸根、硼、鐵是影響反應(yīng)的主要因素，所以選擇科學(xué)的手段將原料中的硫酸根、硼、鐵進(jìn)行提取，提高電解鎂的反應(yīng)效率，提高電解鎂的質(zhì)量。

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