[发明专利]从水合氯化镁制备含无水氯化镁的电解液和金属镁的生产

说明书

本发明领域

本发明是关于生产含无水氯化镁熔融液的方法，该熔融液作为电解制取金属镁的原料，该方法是利用水合氯化镁，而不是通常所用的无水氯化镁。

本发明的技术背景

利用电解氯化镁生产金属镁的关键步骤是制备无水氯化镁原料。商业上所用的几种生产无水氯化镁的方法，最老的是IG Farben法，该法是将MgO和焦炭的团块在垂轴式电加热炉内与氯气反应(约800℃下)生产熔融氯化镁。该方法的主要缺点是生产力低(每炉熔融MgCl₂＜30tpd)，需定期停工以去除炉底未反应的残渣，需氯量大，而且，排气中存有氯化烃类。

US4269816提出了一种轴式炉氯化方法，用CO作还原剂直接从块状菱镁矿石生产熔融无水MgCl₂。该方法的优点是排除了菱镁矿对MgO的煅烧和MgO/焦炭的制团块步骤，但是，制备优质金属镁，需要非常纯的菱镁矿料，而且，它仍然没有解决IG Farben氯化器所固有的缺点，即，生产力低和散发氯化烃。

Norsk Hydro研制了一种从浓缩MgCl₂卤水生产无水MgCl₂颗粒的方法。该方法在US 3742100专利中做了描述，该方法包括a)将MgCl₂卤水蒸发浓缩剂55％MgCl₂；b)将浓缩的MgCl₂卤水制成颗粒，形成适合于流化床工艺所需大小的MgCl₂·4-6 H₂O颗粒；c)200℃下，用空气进行流化床脱水以生产MgCl₂·2H₂O粉末；d)在约300℃下，用无水HCl气体进行三级流化床脱水，制得无水MgCl₂粉末，按MgO和H₂O的重量计分别小于0.2％。该方法可商业运行，但需要相当大量的HCl气进行循环，例如脱水需50倍的理论量，因此，设施非常复杂，基本投资极大。

US3953574公开了一种生产熔融MgCl₂的方法，该法利用含有MgO和H₂O分别为5％(重量)的喷射干燥MgCl₂粉末与固体碳还原剂和氯气在800℃下进行反应。该法是在二个串联的矩形炉内完成的，利用安装在炉壁中的石墨电极进行电加热。喷射干燥MgCl₂与固体碳还原剂一同送入第一炉内，氯气通过利用石墨喷枪的两个炉子进行鼓泡与供料中的MgO和H₂O反应，分别生成MgCl₂和HCl。最终的MgCl₂熔融液含有低于0.5％的MgO。然而，发现为了获得足够高的氯气利用率，需向熔融液中提供氯化亚铁，或者向氯化炉内添加金属铁或氧化物，最好是喷射干燥之前将氯化亚铁溶液添加到MgCl₂卤水中。不这样添加铁，所获得的氯气利用率低于40％，这种利用率对于一个商业方法来说太低了。然而，应用铁也产生很多缺点，即，产物MgCl₂熔融液中残留0.5％的铁，在电解池内分解成金属铁，以淤泥形式累积下来，并引起电解池运行效率降低。部分的添加铁挥发而引起炉身辐射问题。以上方法生产的MgCl₂中残留的铁对于所用的现代化密封的电解池来说太高了，因此必须开发双极预电解操作，以使铁的含量降低到0.1％以下，以便利用它的MgCl₂作为原料送入电解池内(US4510029)。

在US4981674中，描述了一种制备无水MgCl₂的方法。该法步骤包括将喷射干燥的MgCl₂粉末、菱镁矿或氧化镁粉末送入750～850℃的炉内的熔融MgCl₂中，通过位于熔融MgCl₂池中的扩散器添加气体反应剂像氯气和一氧化碳，产生细小的气泡与池内的MgO反应，并将其含量降低到0.1％以下。