高純無(wú)水氯化鎂的制備及制鎂工藝探究

馬芬蘭 包溫姬(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000)

鎂被稱為現(xiàn)代國(guó)防金屬，其廣泛應(yīng)用于航天器基本結(jié)構(gòu)以及電子電器設(shè)備，這是因?yàn)殒V本身的導(dǎo)電性能好，且比重僅為不銹鋼材料的25%。同時(shí)鎂還具有較好的延展性、較好的比剛度以及電磁屏蔽等特性，因此其將廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)器材和精密電氣、機(jī)械等領(lǐng)域。本研究提出了以乙醇溶液蒸餾為基礎(chǔ)連續(xù)通入過(guò)量HCl氣體蒸干得到無(wú)水MgCl2的方法，從而為電解制鎂工藝提供優(yōu)質(zhì)的原料。

1.高純無(wú)水氯化鎂的實(shí)驗(yàn)室制備

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

純凈的氫氧化鎂粉末、無(wú)水乙醇、氯化鈉、濃硫酸、玻璃攪拌棒、加熱裝置、溫度計(jì)、燒杯。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

Mg(OH)2在無(wú)水乙醇中與過(guò)量HCl氣體充分反應(yīng)生成MgCl2，而生成的MgCl2與無(wú)水乙醇形成絡(luò)合物CH3CH2OH·6MgCl2。將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行加熱蒸餾，溶解于乙醇溶液中的過(guò)量HCl氣體就會(huì)因?yàn)槭軣岫鴵]發(fā)到空氣中，而絡(luò)合物CH3CH2OH·6MgCl2在加熱蒸餾過(guò)程中會(huì)部分分解成MgO和C。當(dāng)溶液中HCl氣體處于飽和狀態(tài)就會(huì)有效抑制這一過(guò)程，從而使得反應(yīng)后的混合溶液蒸干后得到高純度的無(wú)水氯化鎂晶體。相關(guān)反應(yīng)方程式如下所示：

1.3 實(shí)驗(yàn)操作流程

在燒杯中將氫氧化鎂粉末與足量無(wú)水乙醇充分混合，使用玻璃攪拌棒進(jìn)行攪拌，保證兩者混合均勻。在混合后的溶液中加入過(guò)量的氯化鈉粉末以及濃硫酸反應(yīng)生成的氯化氫氣體，保證氫氧化鎂固體能夠充分溶解。使用加熱裝置對(duì)反應(yīng)后的溶液進(jìn)行加熱蒸餾，形成CH3CH2OH·6MgCl2溶液。在進(jìn)行蒸餾的過(guò)程中，使用攪拌棒進(jìn)行充分的攪拌，保證溶液各部分受熱均勻。在攪拌過(guò)程中繼續(xù)通入氯化氫氣體保持溶液的氯化氫氣體始終處于飽和狀態(tài)，抑制絡(luò)合物CH3CH2OH·6MgCl2在加熱蒸餾過(guò)程中部分分解成MgO和C這一化學(xué)變化，降低雜質(zhì)的生成。對(duì)蒸餾結(jié)束之后得到的CH3CH2OH·6MgCl2進(jìn)行脫乙醇蒸餾，脫去無(wú)水氯化鎂醇中的乙醇分子，得到較為純凈的氯化鎂晶體。

1.4 結(jié)果與討論

稱取一定質(zhì)量的無(wú)水氯化鎂樣品完全溶于稀鹽酸溶液中，在混合溶液中加入過(guò)量的碳酸鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)，使鎂離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸鎂沉淀。對(duì)于反應(yīng)后得到的沉淀進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，晾干等操作，之后進(jìn)行稱重，計(jì)算得到無(wú)水氯化鎂的純度在超過(guò)了99%，而氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則小于0.1%。原料氫氧化鎂和乙醇的純度越高，那么該反應(yīng)進(jìn)行的越完全，那么得到的無(wú)水氯化鎂雜質(zhì)越少，無(wú)水氯化鎂純度也就越高。

2.電解鎂的制備工藝

目前運(yùn)用較多的制鎂工藝就是電解法，通過(guò)電解法對(duì)于電解槽中的氯化鎂進(jìn)行電解反應(yīng)，生成鎂和氯氣。具體方程式為

2.1 具體工藝流程

將待反應(yīng)的氯化鎂固體粉末至于電解槽內(nèi)，然后通電升溫進(jìn)行電解無(wú)水氯化鎂。由于該反應(yīng)是在較高的溫度下進(jìn)行反應(yīng)的，因此生成的兩種物質(zhì)鎂和氯氣都是以氣態(tài)形式存在的，通過(guò)相應(yīng)的鎂蒸汽收集裝置將鎂蒸汽收集到真空受槽中，這是因?yàn)殒V蒸汽能夠和空氣中的氧氣、二氧化碳以及氮?dú)獾瘸啥寄馨l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果不進(jìn)行真空收集的話，那么得到的鎂中就會(huì)包含氧化鎂、碳以及氮化鎂等雜志，從而使得制備的鎂純度不高。電解得到的氯氣則要先經(jīng)過(guò)洗氣槽B除去其中含有的氯化鎂蒸汽，從而得到較為純凈的氯氣。將處理后得到的氯氣在氣體反應(yīng)槽內(nèi)與氫氣在高溫下發(fā)生化合反應(yīng)生成粗制氯化氫氣體，在經(jīng)過(guò)洗氣槽A得到較為純凈的氯化氫氣體。此時(shí)得到的純凈的氯化氫氣體經(jīng)過(guò)循環(huán)機(jī)輸送到蒸餾釜內(nèi)與Mg(OH)2進(jìn)行反應(yīng)，重復(fù)前面的反應(yīng)，進(jìn)而制備出無(wú)水氯化鎂。對(duì)于反應(yīng)后的混合溶液蒸餾得到的乙醇溶液收集到餾液儲(chǔ)槽，使用脫水機(jī)脫去其中含有的水分仍可進(jìn)行循環(huán)使用，制備的無(wú)水氯化鎂用于電解制鎂。因此上述制鎂工藝方案流程圖形成了一個(gè)完善的循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)氯循環(huán)將電解制鎂工藝與無(wú)水氯化鎂工藝有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而使制鎂工藝更為優(yōu)化。

2.2 污染氣體的再利用

本工藝在進(jìn)行電解氯化鎂過(guò)程中將電解出來(lái)的Cl2經(jīng)過(guò)洗氣槽B進(jìn)行除氯化鎂蒸汽后，將過(guò)濾后的氯氣再引入到氣體反應(yīng)槽內(nèi)與氫氣反應(yīng)制得粗制氯化氫氣體。其后將粗制氯化氫氣體引入到洗氣槽A內(nèi)，將未完全反應(yīng)的Cl2以及H2除去。而純凈的HCl氣體經(jīng)過(guò)HCl循環(huán)進(jìn)入蒸餾釜內(nèi)用于制備無(wú)水氯化鎂。在這樣一個(gè)大型的氯循環(huán)中，氯氣和氯化氫氣體都被重復(fù)利用，不但避免了多余的氯氣和氯化氫氣體逸散到空氣中，給空氣來(lái)帶嚴(yán)重污染，同時(shí)也將反應(yīng)中的氯氣和氯化氫氣進(jìn)行充分合理的運(yùn)用，提高了氯循環(huán)的效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)。

3.結(jié)語(yǔ)

制備高純度的無(wú)水氯化鎂是保證電解法制鎂工藝中最重要的環(huán)節(jié)，而無(wú)水氯化鎂的純度直接影響到電解法制鎂工藝得到的鎂的純度。由于傳統(tǒng)的制備工藝MgCl2溶液中MgCl2會(huì)和H2O形成絡(luò)合物MgCl2·6H2O,因此如何簡(jiǎn)單、有效、經(jīng)濟(jì)地脫除MgCl2·6H2O是鎂生產(chǎn)工業(yè)首要問(wèn)題。而通過(guò)本工藝可以直接由Mg(OH)2得到MgCl2，省去了脫水的步驟，提高了生產(chǎn)效率。

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