氯化鎂脫水生產(chǎn)工藝探討

陳美嶺，趙積龍，梁玉平，韓文萍

(1.青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木 816099；2.國家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海格爾木 816099；3.青海省鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海格爾木 816099)

1 前言

國內(nèi)外鎂資源極其豐富，主要以液體礦和固體礦兩種形式存在。液體礦以海水、地下鹵水、鹽湖鹵水為主,海水中鎂的蘊(yùn)藏量可達(dá)2×107億t。固體礦包括菱鎂礦、白云石、蛇紋石、滑石、水鎂石及其它沉積礦等,其儲(chǔ)量更為巨大。

2 氯化鎂脫水原理

MgCl2·6H2O的結(jié)構(gòu)為Mg原子周圍6個(gè)H2O分子和2個(gè)Cl-, 形成中心對稱八面體, 配位數(shù)為6。其中4個(gè)H2O的鍵長較長，較易脫去，其它兩個(gè)H2O較難脫去。實(shí)驗(yàn)表明，一定的條件下MgCl2·6H2O可以進(jìn)行如下系列的脫水反應(yīng)[6]:

3 含水氯化鎂脫水的工藝

目前含水氯化鎂脫水的生產(chǎn)工藝主要有氯化氫保護(hù)氣氛下脫水工藝(原料為鹵水)、氯化氫保護(hù)氣氛下脫水工藝(原料為菱鎂礦)、氯化鎂脫水工藝流程(原料為天然鹵水)和氯化鎂脫水工藝流程(原料為蛇紋石)等四種生產(chǎn)工藝，文章就四種生產(chǎn)工藝的工藝路線及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡述。

3.1 氯化氫保護(hù)氣氛下脫水工藝(原料為鹵水，如圖1)

該工藝一定溫度下反應(yīng)，體系內(nèi)維持適當(dāng)?shù)穆然瘹錆舛染湍鼙苊饴然V水解或使水解降至最低程度。脫水過程先在多膛爐中進(jìn)行，得到的脫水料(MgCl2·(1.5～2)H2O)然后在沸騰爐中HCl保護(hù)氣氛下徹底脫水。所得產(chǎn)品MgO及H2O含量均低于0.5%。當(dāng)時(shí)技術(shù)上的最大問題是HCl循環(huán)系統(tǒng)中排氣機(jī)的泄漏。

圖1 脫水工藝流程Fig.1 Process flow of dehydration

3.2 氯化氫保護(hù)氣氛下脫水工藝(原料為菱鎂礦，如圖2)

圖2 脫水工藝流程Fig.2 Process flow of dehydration

該工藝只采用兩級(jí)脫水，熱空氣脫水在150 ℃～180 ℃的溫度下進(jìn)行。HCl氣氛下脫水在300 ℃～400 ℃的溫度下進(jìn)行。所得無水氯化鎂含MgO<0.1%。生產(chǎn)全過程鎂和氯的回收率≥97%。

3.3 氯化鎂脫水工藝流程(原料為天然鹵水，如圖3)

圖3 脫水工藝流程Fig.3 Porcess flow of dehydration

該工藝天然鹵水含鎂低于1%，經(jīng)三級(jí)陽光蒸發(fā)濃縮，鎂含量提高至7%～8%。噴霧干燥得到粒徑為20 μm的細(xì)粉，含MgCl282%～85%，MgO及H2O各3%。氯化鎂細(xì)粉加入氯化爐，同時(shí)向爐內(nèi)加石油焦粉和通氯，在810 ℃的溫度下熔融氯化脫水。所得熔融產(chǎn)品含MgCl295%，MgO<0.1%，H2O<0.25%，其余為NaCl、KCl、CaCl2和LiCl。

3.4 氯化鎂脫水工藝流程(原料為蛇紋石，如圖4)

該工藝的初始原料為石棉礦開采留下的蛇紋石尾礦。蛇紋石含鎂20%，僅次于菱鎂礦的27%，是非常優(yōu)良的煉鎂資源。

圖4 脫水工藝流程Fig.4 Process flow of dehydration

4 四種工藝的比較

(1)四種生產(chǎn)無水氯化鎂的工藝原料有所不同，生產(chǎn)工藝路線有很大區(qū)別，在生產(chǎn)過程中的工藝控制條件不同。

(2)工藝3.3和工藝3.1相比，氯化脫水以少量氯氣和石油焦的消耗為代價(jià)，避免了前者流程中的鹽酸解析過程和大量HCl氣體在系統(tǒng)中的循環(huán)，過程大大簡化。這主要是由于氯化爐出料不可能在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行。其缺點(diǎn)是，出料時(shí)爐前上方煙氣彌漫，爐下地面潮濕等情況。

(3)工藝3.4中HCl既起到了氯化作用，又起抑制MgCl2水解的作用。由于干燥粒料含MgO及H2O很低，因此，氯化及保護(hù)所需的HCl用量低。

5 結(jié)果與討論

目前應(yīng)用最廣泛的是氯化氫環(huán)境下的脫水工藝(3.1和3.2)，但該工藝流程是在高溫、腐蝕性、密閉環(huán)境中進(jìn)行，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中對關(guān)聯(lián)設(shè)備的耐高溫、耐腐蝕及密封性要求高，也是該生產(chǎn)工藝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

通過四種工藝流程，各生產(chǎn)單位根據(jù)自身的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益、安全環(huán)保、社會(huì)效應(yīng)等建立符合自身的生產(chǎn)工藝流程。采用的工藝應(yīng)該原料易得、原料成本低并且生產(chǎn)流程中各項(xiàng)排出口環(huán)保指標(biāo)符合指標(biāo)值。