[发明专利]一种熔盐电解制备金属镁的方法

说明书

本发明提供了一种熔盐电解制备金属镁的方法，采用具有阳极室和阴极室，且阳极室和阴极室被液态合金分隔开的电解槽。在650‑1000℃下，向电解槽连续加入氧化镁或碳酸镁作为原料，在阴极直接得到金属镁。本方法与当前传统氯化镁熔盐电解法相比，具有原料品位要求不高，廉价易得，无氯气产生，环境友好，可直接获得高纯度金属镁，工艺流程简单，高效节能，操作连续的优点，是一种绿色环保可持续发展的金属镁生产方法。

技术领域

本发明属于镁冶金技术领域，具体涉及一种熔盐电解制备金属镁的方法。

背景技术

镁凭借其优良的物理、机械加工等性能，广泛应用于冶金、化工、机械制造、电子通信和航空、航天等工业。我国蕴藏着丰富的镁资源，是世界上镁储量最大的国家，也是世界原镁的生产大国和出口大国。

当前镁金属生产方法主要分为以下两类：

一类是以皮江法为代表的热还原法；皮江法冶炼设备采用成组的单真空罐还原炉，原料(氧化镁)、造渣剂(氧化钙、萤石)、还原剂(硅铁)经磨矿混合压制成球，在还原炉内发生固相还原反应产生镁蒸气，其经冷凝结晶为粗镁。但缺点是：该生产工艺特征为间断性生产，机械化程度偏低；维持生产所需高温、高真空及长周期作业的能耗高，还原罐所用材质为价格昂贵的耐高温镍铬合金钢而且使用寿命较短；所产生还原渣目前还没有适宜的处理工艺，存在环境污染风险。

另一类是以无水氯化镁为原料的熔盐电解法；熔盐电解法采用含有氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)、氯化钠(NaCl)、氟化钙(CaF₂)的熔盐作为电解质，在700-740℃条件下进行熔盐电解。在电解槽阴极上还原出金属镁液，并漂浮在熔盐表面，而在石墨阳极上产生氯气(Cl₂)。但是，无水氯化镁需要由六水氯化镁经繁琐工艺脱水制得，而在脱水过程当中往往容易发生副反应(MgCl₂·H₂O＝＝MgO+2HCl)，生成氧化镁。因此不得不采用在高浓度氯化氢的气氛下，进行脱水制备无水氯化镁。显然如此复杂的工序必然导致成本上升，据统计，无水氯化镁原料的制备成本约占整个电解法制镁成本的50％。

为了降低传统电解法制镁的成本，科研工作者进行了一系列的研究工作，具体列举如下：

中国专利CN1070243C和美国专利US5593566公开了一种以含水氯化镁物料或含有氧化镁杂质的氯化镁或直接以氧化镁为原料制备金属镁及镁合金的方法。该方法采用含有MgCl₂的氯化物熔盐作为电解质，氧化镁在电解槽中氯化(Cl₂+C+2MgO＝MgCl₂+CO₂)，以氯化镁的形式溶解于电解质中，从而实现以氧化镁为原料的熔盐电解。缺点是：(1)以含水氯化镁物料为原料熔盐电解,电解过程中会产生氯化氢气体，设备腐蚀严重；(2)以含有氧化镁杂质的氯化镁或氧化镁为原料熔盐电解。电解过程中为了保证氧化镁的完全氯化，必须从外界补充氯气，而且阳极石墨参与氧化镁的氯化反应，导致其被消耗。

根据氧化镁可以溶于稀土卤化物的性质。美国专利US5279716和US5427657公开了一种以氧化镁为原料制备金属镁的熔盐电解方法。专利US5279716电解质采用含氯化镁的氯化物和稀土氯化物的混合熔盐，专利US5427657电解质采用含氟化镁的氟化物和稀土氟化物的混合熔盐，以氧化镁原料可以制得金属镁。但缺点是：(1)电解质成分稀土元素(钕)价格昂贵，难以工业化。(2)电解质成分稀土氯化物会被分解，不但造成电解质的损失，而且所得产物为稀土镁合金。