天然光卤石脱水电解法生产金属镁工艺研究

2017-06-23王永芳青海盐湖镁业有限公司青海格尔木816000

化工管理 2017年14期

王永芳(青海盐湖镁业有限公司,青海格尔木 816000)

天然光卤石脱水电解法生产金属镁工艺研究

王永芳(青海盐湖镁业有限公司,青海格尔木 816000)

金属镁从发现到现在已经经历了209年的历史，目前世界上炼镁有两种方法，电解法和硅热还原法。电解法是将含Mg⁃Cl2的原料提纯成无水氯化镁或将含M g原料转化成无水氯化镁，在熔融状态下电解出金属镁，按原料和制备方法可分为卤水脱水电解法和光卤石脱水电解法、氧化镁成球氯化电解法、菱镁矿氯化电解法等。

光卤石;脱水;电解法;生产;金属镁

由于MgCl2、KCl、和NaCl混合盐类的脱水比单纯MgCl2脱水容易，因此天然光卤石可作为炼镁原料。但是天然光卤石含NaCl较高，不利于电解镁生产的要求。因此，用光卤石脱水电解生产金属镁时必须采用低钠光卤石。

1 生产工艺

以天然光卤石为原料，经过对天然光卤石再结晶处理，除去NaCl和其他杂质，生产出NaCl＜6%的低钠光卤石。然后将低钠光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)脱水。低钠光卤石的脱水分两个部分进行，第一部分热空气脱水，第二部分脱水在熔融状态下脱水，彻底脱去低钠光卤石中的水份，进而得到不含水的光卤石。电解无水光卤石(KCl·MgCl2)得到金属镁。精炼后铸成镁锭。废电解质含KCl 72%左右，可作进一步加工生产成钾肥出售。

2 主要设备

光卤石第一部分脱水主要采用沸腾炉设备，沸腾炉为矩形，内部用隔板分为3室，每室有几块带溢料孔的隔板。沸腾炉3个室分别对应的温度为126～133℃、151～182℃和192～222℃。每个室由1台燃烧炉提供热风，燃料天然气。光卤石二次脱水采用氯化器，氯化器由3个室组成，熔化室、氯化室和澄清室。熔化室采用电加热。氯化室也采用电加热并有氯气通入管。澄清室不加热。光卤石一次脱料送入熔化室，在550℃左右温度下熔化并脱水，然后流入氯化室，在850℃左右温度下彻底脱除水份，发生水解反应生成的MgO与氯气反应生成Mg⁃Cl2，再流入澄清室，未氯化的MgO沉至底部，上部熔体就是无水光卤石。电解槽采用无隔板电解槽。电解生产的粗镁液在经过连续精炼炉进行精炼。

3 沸腾脱水基本原理

沸腾脱水是一个很复杂的过程，脱水时即有传热过程又有传质过程。燃烧炉燃烧产生的载热气体从炉底通入，通过特殊装置（筛板、风帽等）使气体均匀分布，吹沸起事先投落在沸腾床上待脱水的颗粒物料。气体速度通过物料层时发生变化。期初，物料受向上的浮力作用，料层体积膨胀并抛洒向上，离开筛板后气流速度急剧下降，继而物料受重力作用占主导地位，物料下落，如此反复，使填充在筛板上的物料处于不断的运动之中，如同“沸腾”。期间，载热气体与物料进行传热，物料受热，在一定温度下发生质的变化，使物料所含水份（附着水、结晶水）逐渐被脱去，实现脱水目的。

沸腾层的压降，有筛板上物料层厚度，固体物料的密度和鼓入炉内的气体量、物料占沸腾层总容积的体积比等因素有关。最小极限速度----建立沸腾层所必须的气流速度则与物料粒径及其形状有关，物料粒经越大要求的气流速度越大。当气流速度为零至极限速度的范围内，传热速度差，气流穿过料层，阻力跟气流速度呈平方或立方关系，物料有位移。当气流速度超过极限速度时，物料体积膨胀，发生质的飞跃，进入沸腾脱水的工作区。此区域，尽管气流速度增加，但阻力没用显著变化，物料受向下的重力与气流向上的浮力呈平衡状态。

用沸腾层空隙度来表示任何物料的沸腾区域，当空隙度ε= 0.4～1.0时属于沸腾工作区。某镁分厂物料粒径为0.3mm，气体流速0.3～0.4m/s，小于0.2m/s时不沸腾，空隙度最佳区域为0.55～0.75，沸腾层高度控制在1.0～1.5m。

4 熔融脱水基本原理

一次脱水产品中含有一定量的结晶形态的水份，根据氯化镁水合物中每种水合物只是在一定温度范围内存在的理论，升高温度至一定范围可实现氯化镁水合物彻底脱水，同时发生水解过程，为了氯化由水解产生的氧化镁和净化脱水料，通入一定量的氯气用来氯化氧化镁和抑制水解反应，在氯化反应进行过程中产生氧气，抑制氯化反应的进行，工艺上采用加入碳质还原剂（油焦）的主法结合氧化镁氯化反应本身产生的氧，并利用碳质还原剂不完全燃烧产生的一氧化碳的强还原性，促使氯化过程中杂质净化过程的快速进行，达到工业生产所要求的反应速度。二次脱水的主要化学反应如下：