本發(fā)明屬于電解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法。
背景技術(shù)：
氧化鎂是一種白色粉末，無臭無味，不溶于水和乙醇，熔點(diǎn)2852℃，沸點(diǎn)3600℃，經(jīng)1000℃以上高溫灼燒可轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，升至1500℃以上則成死燒氧化鎂或燒結(jié)氧化鎂。高純氧化鎂一般是指氧化鎂含量大于98％的產(chǎn)品。高純氧化鎂具有優(yōu)良的耐酸堿性和電絕緣性，良好的光透過性，高導(dǎo)熱性，較大的熱膨脹系數(shù)，被廣泛用作高溫耐熱材料。另外在電子、電器、光學(xué)、儀表、冶金、國防與航空航天等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。氧化鎂的用途及價(jià)值跟其純度密切相關(guān)。
世界上氧化鎂的總產(chǎn)量在1000萬噸以上，其中27％是以海水、鹵水為原料生產(chǎn)的，10％來自于微晶沉淀菱鎂礦，63％是由結(jié)晶菱鎂礦制得。而在西方國家海水和鹵水為原料的比例要高達(dá)60％。我國鹽湖資源豐富，在氯化鉀的生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1噸氯化鉀，就會(huì)副產(chǎn)8～10噸氯化鎂。
目前已大規(guī)模生產(chǎn)高純氧化鎂的方法有高溫水解法、sulmag法、氣相法、噴霧沸騰法等。
高溫水解法是將水氯鎂石溶解后的氯化鎂溶液噴霧，經(jīng)500℃煅燒先脫去一部分結(jié)晶水生成mgo·mgcl2·h2o，然后轉(zhuǎn)化為堿式氯化鎂(mg(oh)cl)，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高超過510℃，mg(oh)cl繼續(xù)分解為mgo。該方法工藝簡單、生產(chǎn)的氧化鎂純度較高，但是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高溫hcl氣體具有很強(qiáng)的腐蝕性，對設(shè)備要求高、能耗大。
sulmag法能生產(chǎn)出純度大于99.5％的高純氯化鎂，流程為：煅燒的菱鎂礦經(jīng)化學(xué)浸取后，加入氯化鈣溶液，并通入co2，生成氯化鎂溶液和碳酸鈣、水不溶物組成的懸浮液。分離得到的潔凈氯化鎂溶液中通入co2和nh3后，再經(jīng)過一系列處理得到氧化鎂。此法的成本過高。
氣相法制造的高純鎂砂mgo含量可以達(dá)到99.95％，該法以金屬鎂為原料，在氣相狀態(tài)下和氧反應(yīng)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品分散性好、粒度均勻、能在低溫下燒結(jié)。但是金屬鎂成本較高，氣相反應(yīng)溫度較高、對設(shè)備的要求也高，因此此法性價(jià)比并不高。
噴霧沸騰法為解決六水氯化鎂脫水凝結(jié)問題，采用了蒸汽溶解水氯鎂石的方法，以高壓噴霧方式將高濃度的溶液投入沸騰爐中，此種以噴霧和沸騰法相結(jié)合的裝置是現(xiàn)今較為適宜的脫水熱解裝置。該工藝得到的含有未分解的cacl2、nacl和kcl的產(chǎn)品氧化鎂，再經(jīng)過凈化水洗滌，再次溶解分離，經(jīng)過處理后的產(chǎn)品的mgo/mg(oh)2濾餅。再經(jīng)過約1000℃輕燒，變成具有活性的氧化鎂，采用熱壓成型為球狀，物料熱壓的溫度達(dá)250℃，投入1900～2000℃高溫豎窯，進(jìn)行死燒。上述工藝可以得到mgo含量大于99％氧化鎂。但是耗能巨大、工藝復(fù)雜、流程長。
目前，以海水、鹵水為原料生產(chǎn)氧化鎂，國內(nèi)使用的主要方法有石灰(或白云石灰)法、氨法(或碳銨法)和燒堿(或純堿)法。其中氨法(或碳銨法)可以生產(chǎn)高純氧化鎂產(chǎn)品，但操作環(huán)境差，氨回收過程能耗較高，生產(chǎn)的成本高。燒堿或純堿法生產(chǎn)氧化鎂，產(chǎn)品質(zhì)量高、但成本也很高。石灰乳(白云石灰)法生產(chǎn)高純氧化鎂原料充足，對設(shè)備的要求比較低，副產(chǎn)物氯化鈣的回收工藝成熟，市場需求量大，但現(xiàn)有工藝一方面對活性石灰質(zhì)量要求比較高，另一方面氫氧化鎂料漿難以分離和洗滌，導(dǎo)致產(chǎn)品中cao、sio2、fe等含量偏高，氧化鎂的純度很難達(dá)到98％。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的流程長、能耗高以及成本高等難題，本發(fā)明提供了一種氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法，目的是利用廣泛的氯化鎂資源短流程、低耗能地獲得高純氧化鎂產(chǎn)品。通過陽離子膜電解槽電解氯化鎂溶液，向陰極區(qū)通入co2氣體，與陰極區(qū)電解液反應(yīng)直接生成碳酸鎂，電解的同時(shí)進(jìn)行攪拌；陰極區(qū)電解液和碳酸鎂定向流動(dòng)通過過濾裝置進(jìn)行固液分離，濾液循環(huán)返回陰極區(qū)；烘干過濾產(chǎn)物獲得碳酸鎂或堿式碳酸鎂，經(jīng)煅燒得到高純氧化鎂產(chǎn)品，同時(shí)co2氣體循環(huán)使用；收集陽極和陰極氣體，獲得副產(chǎn)品氫氣和氯氣。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，本發(fā)明的一種氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法，按照以下步驟進(jìn)行：
步驟1：對氯化鎂水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：10℃≤溫度＜100℃，電解的電壓≥2.2v；
所述的電解在電解系統(tǒng)中進(jìn)行，電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽、供氣裝置和過濾回收利用裝置；
所述的陽離子膜電解槽包括：槽體14、陰極室3、陽極室4、陽離子交換膜5、攪拌器6、直流電源7；
所述的供氣裝置包括二氧化碳儲(chǔ)氣罐1和氣體流量計(jì)2；
所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置8、干燥箱9、第一溶解槽10、第一泵11、第二溶解槽12和第二泵13；所述的電解系統(tǒng)具有攪拌、通氣、過濾和烘干的功能；
其中，槽體14內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜5，陽離子交換膜5將槽體14分為兩室，其中，與直流電源7的正極連接的為陽極室4，與直流電源7的負(fù)極連接的為陰極室3，在陰極室3內(nèi)設(shè)置有攪拌器6，所述的攪拌器6通過電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室3的下方設(shè)置有過濾裝置8，過濾裝置8設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾機(jī)的固體出口與干燥箱9相連接，過濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽12相連接，第二溶解槽12通過第二泵13與陰極室3相通；
在陽極室4的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽10相連接，第一溶解槽10通過第一泵11與陽極室4相通；
槽體14下部設(shè)置有二氧化碳儲(chǔ)氣罐1，二氧化碳儲(chǔ)氣罐1與氣體流量計(jì)2相連。
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為任意值；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入高純二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鎂沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鎂或堿式碳酸鎂定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鎂或堿式碳酸鎂和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌或機(jī)械與氣體的耦合攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鎂或堿式碳酸鎂沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免沉淀的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至原濃度后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鎂調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鎂濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鎂的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鎂或堿式碳酸鎂烘干，經(jīng)煅燒得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鎂產(chǎn)品，二氧化碳返回電解過程，氧化鎂產(chǎn)品的純度≥99％。
本發(fā)明的一種氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法涉及的主要反應(yīng)如下：
陽極反應(yīng)：2cl--2e＝cl2(1)
陰極反應(yīng)：2h2o+2e＝h2+2oh-(2)
總反應(yīng)：mgcl2+h2o+co2＝mgco3↓+h2↑+cl2↑(3)
或2mgcl2+3h2o+co2＝mg2(oh)2co3↓+2h2↑+2cl2↑
煅燒反應(yīng)：mgco3＝mgo+co2↑
mg2(oh)2co3＝2mgo+co2↑+h2o↑
查得，25℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)生成電勢v1＝-1.3583v、v2＝-0.8277v，則e總＝-2.186v，所以，槽電壓必須高于2.186v。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
(1)本發(fā)明采用電解的方法使氯化鎂直接轉(zhuǎn)化為碳酸鎂或堿式碳酸鎂，電解工藝自動(dòng)化程度高，所得產(chǎn)品純度高，有利于大規(guī)模生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率；
(2)本發(fā)明電解得到的碳酸鎂或堿式碳酸鎂煅燒制得高純氧化鎂，所需煅燒溫度低于煅燒氫氧化鎂的溫度，有利于節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本；
(3)本發(fā)明電解得到的碳酸鋰產(chǎn)品能快速實(shí)現(xiàn)固液分離，避免了碳酸鋰的反溶；
(4)本發(fā)明的方法煅燒得到的二氧化碳可以返回電解過程，實(shí)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w的循環(huán)利用，能夠提高資源利用率，節(jié)能減排，降低成本。
附圖說明
圖1為本發(fā)明電解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
1-二氧化碳儲(chǔ)氣罐；2-氣體流量計(jì)；3-陰極室；4-陽極室；5-陽離子交換膜；6-攪拌器；7-直流電源；8-過濾裝置；9-干燥箱；10-第一溶解槽；11-第一泵；12-第二溶解槽；13-第二泵；14-槽體。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中采用的氯化鎂溶液為鹽湖提鉀后的水氯鎂石水溶液或海水提鹽后的副產(chǎn)物，經(jīng)過濾去除懸浮物及泥沙等得到的濾液。
以下實(shí)施例所采用的電解系統(tǒng)為本發(fā)明說明書附圖1的裝置，該電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽、供氣裝置和過濾回收利用裝置；
所述的陽離子膜電解槽包括：槽體14、陰極室3、陽極室4、陽離子交換膜5、攪拌器6、直流電源7；
所述的供氣裝置包括二氧化碳儲(chǔ)氣罐1和氣體流量計(jì)2；
所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置8、干燥箱9、第一溶解槽10、第一泵11、第二溶解槽12和第二泵13；所述的電解系統(tǒng)具有攪拌、通氣、過濾和烘干的功能；
其中，槽體14內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜5，陽離子交換膜5將槽體14分為兩室，其中，與直流電源7的正極連接的為陽極室4，與直流電源7的負(fù)極連接的為陰極室3，在陰極室3內(nèi)設(shè)置有攪拌器6，所述的攪拌器6通過電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室3的下方設(shè)置有過濾裝置8，過濾裝置8設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾機(jī)的固體出口與干燥箱9相連接，過濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽12相連接，第二溶解槽12通過第二泵13與陰極室3相通；
在陽極室4的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽10相連接，第一溶解槽10通過第一泵11與陽極室4相通；
槽體14下部設(shè)置有二氧化碳儲(chǔ)氣罐1，二氧化碳儲(chǔ)氣罐1與氣體流量計(jì)2相連。
實(shí)施例1
本實(shí)施例由氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法，按以下步驟進(jìn)行：
步驟1：對氯化鎂水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為20℃，電解的電壓為3v；
所述的步驟1中，所述的氯化鎂水溶液的質(zhì)量濃度為50g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入高純二氧化碳?xì)怏w，流量為20m3/h，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鎂沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鎂或堿式碳酸鎂定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鎂或堿式碳酸鎂和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鎂或堿式碳酸鎂沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免沉淀的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至50g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鎂調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鎂濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鎂的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鎂或堿式碳酸鎂烘干，經(jīng)煅燒得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鎂產(chǎn)品。
實(shí)施例2
本實(shí)施例由氯化鎂電轉(zhuǎn)化為高純氧化鎂的方法，按以下步驟進(jìn)行：
步驟1：對氯化鎂水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為90℃，電解的電壓為20v；
所述的步驟1中，所述的氯化鎂水溶液的質(zhì)量濃度為500g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入高純二氧化碳?xì)怏w，流量為90m3/h，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鎂沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鎂或堿式碳酸鎂定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鎂或堿式碳酸鎂和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鎂或堿式碳酸鎂沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免沉淀的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至500g/l循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鎂調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鎂濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鎂的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鎂或堿式碳酸鎂烘干，經(jīng)煅燒得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鎂產(chǎn)品。