[发明专利]制备金属镁的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种湿式冶金法，特别是关于一种制备金属镁的方法。

背景技术

呈银白色的金属镁为一种轻质的结构材料，应用时经常与铝、锰、锌、稀土金属等制成合金，基于其具备重量轻、比强度(specific strength)高，易回收的特性，镁合金可被广泛应用于汽车零组件及携带式电子产品的外壳等方面。

现有技术制备金属镁的方法有熔盐电解法及硅铁热还原法。熔盐电解法是在约700℃的还原温度下，将融熔的无水氯化镁电解制得金属镁与氯气。硅铁热还原法是在真空还原罐内以白云石为原料，并以硅铁为还原剂，以约1200℃的还原温度，将白云石中的氧化镁还原为镁蒸汽，再通过冷凝器将镁蒸汽冷凝而制得金属镁。

然而，熔盐电解法每制备1千克的金属镁需要消耗约等效于20千瓦(kilowatt，kW)的能量，硅铁热还原法每制备1千克的金属镁需要消耗约等效于24千瓦的能量，且熔盐电解法及硅铁热还原法硅需通过相当高的还原温度才能制得金属镁，故利用熔盐电解法及硅铁热还原法生产金属镁需要消耗大量的能源及成本。

再者，以熔盐电解法制得金属镁的同时还会伴随大量氯气的产生，而以硅铁热还原法生产金属镁则会大量排放属于温室气体的二氧化碳，故现有技术以熔盐电解法及硅铁热还原法生产金属镁都会对环境造成污染。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备金属镁的方法，其兼具有低能源与成本消耗及环境友善的优点。

为了达到前述的发明目的，本发明所采取的技术手段是令所述制备金属镁的方法包含以下步骤：

提供离子膜电解系统，该离子膜电解系统包含有原料室、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、铁制阳极及阴极，该阴离子交换膜位于该原料室与该阳极室之间，该阳离子交换膜位于该原料室与该阴极室之间，该铁制阳极与该阴极分别设在该阳极室及该阴极室中；

将无水有机电解液、六水氯化镁水溶液及二氯化铁水溶液分别注入该阴极室、该原料室及该阳极室中；以及

施加电解电压于该铁制阳极与该阴极之间，获得金属镁及浓缩的二氯化铁水溶液。

在所述制备金属镁的方法中，该浓缩的二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁的量多于该二氯化铁水溶液所含有的二氯化铁的量。

在所述制备金属镁的方法中，所述铁制阳极是指一种至少含有99.95重量百分比(wt％)的铁的铁制阳极。优选的，所述铁制阳极的铁含量至少为99.98wt％。

在所述制备金属镁的方法中，优选的，所述铁制阳极含有碳及铁，以所述铁制阳极的总重量为基准，所述铁制阳极的碳含量介于0.02wt％至0.05wt％之间。

在所述制备金属镁的方法中，优选的，该离子膜电解系统的阴极由不锈钢(stainless steel)、玻璃碳(glassy carbon)或碳气凝胶(carbon aerogel)制成。

在所述制备金属镁的方法中，优选的，该无水有机电解液包含有溶剂、有机镁电解质及支持电解质，该溶剂包含选自于由乙醚(ethyl ether)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、2-甲基四氢呋喃(2-methyl tetrahydrofuran)及环戊甲基醚(cyclopentyl methyl ether)所构成的群组中的醚类化合物，该有机镁电解质包含选自于由甲基氯化镁(methyl magnesium chloride)、乙基氯化镁(ethyl magnesium chloride)、苯基氯化镁(phenyl magnesium chloride)、溴化烷氧基镁(alkoxy magnesium bromide)及氯化烷氧基镁(alkoxy magnesium chloride)所构成的群组中的镁有机化合物，该支持电解质包含氯化铝(aluminum chloride)或高氯酸锂(lithium perchlorate)。

更优选的，以该无水有机电解液的总量为基准，该有机镁电解质为0.8mol/L至2.0mol/L，且该支持电解质为0.10mol/L至0.20mol/L。再优选的，以该无水有机电解液的总量为基准，该有机镁电解质为1.0mol/L至1.5mol/L，且该支持电解质为0.12mol/L至0.15mol/L。

在所述制备金属镁的方法中，优选的，以该二氯化铁水溶液的总量为基准，该二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁为0.3mol/L至0.5mol/L。更优选的，以该二氯化铁水溶液的总量为基准，该二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁为0.4mol/L至0.5mol/L。