[发明专利]生产纯镁金属和各种副产物的湿法冶金方法

说明书

本描述涉及使用蛇纹石从含镁矿石生产镁金属的方法。本文所述的方法通常由矿物制备和分类，随后用稀盐酸沥滤组成。过滤浆料并且回收包含非结晶二氧化硅的非沥滤部分。通过化学沉淀用非活化和活化蛇纹石中和和纯化剩余的溶液。通过在较高的pH下沉淀，镍也被回收。通过沉淀的氯化镁溶液的最终的中和和纯化步骤使得消除任何痕量的剩余杂质。蒸发纯化的氯化镁溶液直到饱和，并且通过在酸介质中结晶回收MgCl₂.6H₂O。盐被脱水，并且无水氯化镁的后续电解产生纯的镁金属和盐酸。

技术领域

本公开涉及从含镁矿石生产镁金属和各种副产物。

背景技术

镁是地壳中含量第八丰富的元素。该轻质金属被用于许多应用，和汽车工业的排放标准的最近变化产生了需求的恢复。

超过75％的镁的初级产物实际上通过热过程制造并且存在主要的环境问题和高能消耗。还使用产品的电解法(electrolytic route)，并且通常通过电解来自海水或死海的盐来制造。来自死海的盐通常包含少于3.5％的镁。

与盐的使用相关的一个困难是将氯化镁与剩余的进料分离以便产生例如引入电解池的纯的镁盐。

在过去的几十年中，开采蛇纹石石棉纤维的重要沉积物产生了大量的尾矿。该矿石由多于90％的蛇纹石(也称为羟基硅酸镁铁)组成，主要为利蛇纹石Mg₃Si₂O₅(OH)₄，与少量的叶蛇纹石(Mg，Fe)₃Si₂O₅(OH)₄、水镁石Mg(OH)₂、磁铁矿Fe₃O₄、铁镍矿(awarite)Ni₈Fe₃，痕量的铬铁矿Fe(Cr，Fe)₂O₄和富铬尖晶石(Cr，Fe，Al，Mg)₃O₄。

石棉尾矿包含23-27％之间的镁并且可以被提取以生产纯镁。它们还包含大约38％SiO₂，1-6％Fe，0.2-0.3％Al和0.1-0.2％Ni。还存在痕量的其他元素。

已经针对含镁矿石开发了几种湿法冶金和电解方法，但是由于困难的操作条件，此时那些方法中没有一种在生产中。一般而言，所得氯化镁仍包含大量的杂质，其在被认为镁电解生产的进给材料之前必须被去除。那些杂质可导致差的电池性能并且产生低的电流效率。而且，那些方法仅具有生产氯化镁或金属镁的目的，损害二次产品的商业价值。

过去，已经提出了从硅质镁矿物生产氯化镁溶液的方法(美国专利5,091,161)。该方法涉及在高于50℃的温度下用盐酸溶液沥滤材料。PH维持在低于1.5以防止二氧化硅凝胶的形成。沥滤可以以以连续的方式进行。利用氧化镁将沥滤溶液的PH增加至4.0-4.5以使大量的杂质沉淀，然后固/液分离以获得纯净的氯化镁溶液(liquor)。在pH 6.0-7.0下用苛性钠和氯气纯化的第二步骤使剩余的铁和锰氧化和沉淀。通过离子交换柱进行纯化的最后步骤以去除痕量的杂质比如镍和硼。

以相同的方式，WO2000/017408提出了从包含镁的材料生产氯化镁溶液的方法，但是具有杂质分离的单个步骤。

这些方法表示超出先前已知的那些的有效步骤，但是仍具有一些缺点。例如，用于铁杂质去除的苛性氧化镁的使用是昂贵的并且施加重的经济负担。而且，这些方法不允许回收二氧化硅用于未来销售，因为它被铁和包括镍在内的其他杂质污染。尽管这些方法包含纯化阶段，但是它们不允许消除一些杂质，比如硫酸盐。已知电解池中的硫酸盐引入通过增加电压导致电流效率的下降。