一种氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法与流程

文档序号:11224544阅读:1710来源:国知局

本发明属于电解技术领域,具体涉及一种氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法。



背景技术:

氧化镁是一种白色粉末,无臭无味,不溶于水和乙醇,熔点2852℃,沸点3600℃,经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体,升至1500℃以上则成死烧氧化镁或烧结氧化镁。高纯氧化镁一般是指氧化镁含量大于98%的产品。高纯氧化镁具有优良的耐酸碱性和电绝缘性,良好的光透过性,高导热性,较大的热膨胀系数,被广泛用作高温耐热材料。另外在电子、电器、光学、仪表、冶金、国防与航空航天等领域中都有广泛的应用。氧化镁的用途及价值跟其纯度密切相关。

世界上氧化镁的总产量在1000万吨以上,其中27%是以海水、卤水为原料生产的,10%来自于微晶沉淀菱镁矿,63%是由结晶菱镁矿制得。而在西方国家海水和卤水为原料的比例要高达60%。我国盐湖资源丰富,在氯化钾的生产过程中,每生产1吨氯化钾,就会副产8~10吨氯化镁。

目前已大规模生产高纯氧化镁的方法有高温水解法、sulmag法、气相法、喷雾沸腾法等。

高温水解法是将水氯镁石溶解后的氯化镁溶液喷雾,经500℃煅烧先脱去一部分结晶水生成mgo·mgcl2·h2o,然后转化为碱式氯化镁(mg(oh)cl),当温度进一步升高超过510℃,mg(oh)cl继续分解为mgo。该方法工艺简单、生产的氧化镁纯度较高,但是反应过程中产生的高温hcl气体具有很强的腐蚀性,对设备要求高、能耗大。

sulmag法能生产出纯度大于99.5%的高纯氯化镁,流程为:煅烧的菱镁矿经化学浸取后,加入氯化钙溶液,并通入co2,生成氯化镁溶液和碳酸钙、水不溶物组成的悬浮液。分离得到的洁净氯化镁溶液中通入co2和nh3后,再经过一系列处理得到氧化镁。此法的成本过高。

气相法制造的高纯镁砂mgo含量可以达到99.95%,该法以金属镁为原料,在气相状态下和氧反应,生产出的产品分散性好、粒度均匀、能在低温下烧结。但是金属镁成本较高,气相反应温度较高、对设备的要求也高,因此此法性价比并不高。

喷雾沸腾法为解决六水氯化镁脱水凝结问题,采用了蒸汽溶解水氯镁石的方法,以高压喷雾方式将高浓度的溶液投入沸腾炉中,此种以喷雾和沸腾法相结合的装置是现今较为适宜的脱水热解装置。该工艺得到的含有未分解的cacl2、nacl和kcl的产品氧化镁,再经过净化水洗涤,再次溶解分离,经过处理后的产品的mgo/mg(oh)2滤饼。再经过约1000℃轻烧,变成具有活性的氧化镁,采用热压成型为球状,物料热压的温度达250℃,投入1900~2000℃高温竖窑,进行死烧。上述工艺可以得到mgo含量大于99%氧化镁。但是耗能巨大、工艺复杂、流程长。

目前,以海水、卤水为原料生产氧化镁,国内使用的主要方法有石灰(或白云石灰)法、氨法(或碳铵法)和烧碱(或纯碱)法。其中氨法(或碳铵法)可以生产高纯氧化镁产品,但操作环境差,氨回收过程能耗较高,生产的成本高。烧碱或纯碱法生产氧化镁,产品质量高、但成本也很高。石灰乳(白云石灰)法生产高纯氧化镁原料充足,对设备的要求比较低,副产物氯化钙的回收工艺成熟,市场需求量大,但现有工艺一方面对活性石灰质量要求比较高,另一方面氢氧化镁料浆难以分离和洗涤,导致产品中cao、sio2、fe等含量偏高,氧化镁的纯度很难达到98%。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的流程长、能耗高以及成本高等难题,本发明提供了一种氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法,目的是利用广泛的氯化镁资源短流程、低耗能地获得高纯氧化镁产品。通过阳离子膜电解槽电解氯化镁溶液,向阴极区通入co2气体,与阴极区电解液反应直接生成碳酸镁,电解的同时进行搅拌;阴极区电解液和碳酸镁定向流动通过过滤装置进行固液分离,滤液循环返回阴极区;烘干过滤产物获得碳酸镁或碱式碳酸镁,经煅烧得到高纯氧化镁产品,同时co2气体循环使用;收集阳极和阴极气体,获得副产品氢气和氯气。

实现本发明目的的技术方案,本发明的一种氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法,按照以下步骤进行:

步骤1:对氯化镁水溶液进行电解,电解的工艺参数为:10℃≤温度<100℃,电解的电压≥2.2v;

所述的电解在电解系统中进行,电解系统包括阳离子膜电解槽、供气装置和过滤回收利用装置;

所述的阳离子膜电解槽包括:槽体14、阴极室3、阳极室4、阳离子交换膜5、搅拌器6、直流电源7;

所述的供气装置包括二氧化碳储气罐1和气体流量计2;

所述的过滤回收利用装置包括过滤装置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;所述的电解系统具有搅拌、通气、过滤和烘干的功能;

其中,槽体14内部设置有阳离子交换膜5,阳离子交换膜5将槽体14分为两室,其中,与直流电源7的正极连接的为阳极室4,与直流电源7的负极连接的为阴极室3,在阴极室3内设置有搅拌器6,所述的搅拌器6通过电极驱动进行搅拌;

在阴极室3的下方设置有过滤装置8,过滤装置8设置有固体出口和液体出口,过滤机的固体出口与干燥箱9相连接,过滤机的液体出口与第二溶解槽12相连接,第二溶解槽12通过第二泵13与阴极室3相通;

在阳极室4的下侧设置开口与第一溶解槽10相连接,第一溶解槽10通过第一泵11与阳极室4相通;

槽体14下部设置有二氧化碳储气罐1,二氧化碳储气罐1与气体流量计2相连。

所述的步骤1中,所述的氯化锂水溶液的质量浓度为任意值;

步骤2:向阳离子膜电解槽中阴极室3电解液通入高纯二氧化碳气体,使阳离子膜电解槽阴极室3内直接生成碳酸镁沉淀;

所述的步骤2中,高纯二氧化碳气体通过电解槽阴极室3底部通气孔通入。

步骤3:对阳离子膜电解槽的阴极室3进行搅拌,阴极室3电解液和碳酸镁或碱式碳酸镁定向流动,迅速通过过滤装置8进行过滤,实现快速的固液分离,得到碳酸镁或碱式碳酸镁和滤液,滤液循环返回至阴极室3作为阴极室3电解液;阳极室4溶液连续抽出,经调节浓度后返回阳极室4;收集阳极气体获得副产品氯气,收集阴极气体获得副产品氢气;

所述的步骤3中,所述的搅拌为机械搅拌或机械与气体的耦合搅拌,所述搅拌的作用在于抑制槽体14底部沉淀以及促进气泡分散;

所述的步骤3中,所述的定向流动为连续流动,使碳酸镁或碱式碳酸镁沉淀快速离开电解槽,实现固液分离,以避免沉淀的反溶。

所述的步骤3中,所述的滤液加水至原浓度后循环返回至阴极室3,作为阴极室3电解液,阳极室4电解液抽出后加入氯化镁调整浓度至初始反应氯化镁浓度后,返回至阳极室4,实现氯化镁的循环利用。

步骤4:将碳酸镁或碱式碳酸镁烘干,经煅烧得到二氧化碳气体和氧化镁产品,二氧化碳返回电解过程,氧化镁产品的纯度≥99%。

本发明的一种氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法涉及的主要反应如下:

阳极反应:2cl--2e=cl2(1)

阴极反应:2h2o+2e=h2+2oh-(2)

总反应:mgcl2+h2o+co2=mgco3↓+h2↑+cl2↑(3)

或2mgcl2+3h2o+co2=mg2(oh)2co3↓+2h2↑+2cl2↑

煅烧反应:mgco3=mgo+co2↑

mg2(oh)2co3=2mgo+co2↑+h2o↑

查得,25℃时,标准生成电势v1=-1.3583v、v2=-0.8277v,则e总=-2.186v,所以,槽电压必须高于2.186v。

与现有技术相比,本发明的优势在于:

(1)本发明采用电解的方法使氯化镁直接转化为碳酸镁或碱式碳酸镁,电解工艺自动化程度高,所得产品纯度高,有利于大规模生产、提高生产效率;

(2)本发明电解得到的碳酸镁或碱式碳酸镁煅烧制得高纯氧化镁,所需煅烧温度低于煅烧氢氧化镁的温度,有利于节约能源,降低生产成本;

(3)本发明电解得到的碳酸锂产品能快速实现固液分离,避免了碳酸锂的反溶;

(4)本发明的方法煅烧得到的二氧化碳可以返回电解过程,实现二氧化碳气体的循环利用,能够提高资源利用率,节能减排,降低成本。

附图说明

图1为本发明电解系统的结构示意图;

1-二氧化碳储气罐;2-气体流量计;3-阴极室;4-阳极室;5-阳离子交换膜;6-搅拌器;7-直流电源;8-过滤装置;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-槽体。

具体实施方式

本发明实施例中采用的氯化镁溶液为盐湖提钾后的水氯镁石水溶液或海水提盐后的副产物,经过滤去除悬浮物及泥沙等得到的滤液。

以下实施例所采用的电解系统为本发明说明书附图1的装置,该电解系统包括阳离子膜电解槽、供气装置和过滤回收利用装置;

所述的阳离子膜电解槽包括:槽体14、阴极室3、阳极室4、阳离子交换膜5、搅拌器6、直流电源7;

所述的供气装置包括二氧化碳储气罐1和气体流量计2;

所述的过滤回收利用装置包括过滤装置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;所述的电解系统具有搅拌、通气、过滤和烘干的功能;

其中,槽体14内部设置有阳离子交换膜5,阳离子交换膜5将槽体14分为两室,其中,与直流电源7的正极连接的为阳极室4,与直流电源7的负极连接的为阴极室3,在阴极室3内设置有搅拌器6,所述的搅拌器6通过电极驱动进行搅拌;

在阴极室3的下方设置有过滤装置8,过滤装置8设置有固体出口和液体出口,过滤机的固体出口与干燥箱9相连接,过滤机的液体出口与第二溶解槽12相连接,第二溶解槽12通过第二泵13与阴极室3相通;

在阳极室4的下侧设置开口与第一溶解槽10相连接,第一溶解槽10通过第一泵11与阳极室4相通;

槽体14下部设置有二氧化碳储气罐1,二氧化碳储气罐1与气体流量计2相连。

实施例1

本实施例由氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法,按以下步骤进行:

步骤1:对氯化镁水溶液进行电解,电解的工艺参数为:温度为20℃,电解的电压为3v;

所述的步骤1中,所述的氯化镁水溶液的质量浓度为50g/l;

步骤2:向阳离子膜电解槽中阴极室3电解液通入高纯二氧化碳气体,流量为20m3/h,使阳离子膜电解槽阴极室3内直接生成碳酸镁沉淀;

所述的步骤2中,高纯二氧化碳气体通过电解槽阴极室3底部通气孔通入。

步骤3:对阳离子膜电解槽的阴极室3进行搅拌,阴极室3电解液和碳酸镁或碱式碳酸镁定向流动,迅速通过过滤装置8进行过滤,实现快速的固液分离,得到碳酸镁或碱式碳酸镁和滤液,滤液循环返回至阴极室3作为阴极室3电解液;阳极室4溶液连续抽出,经调节浓度后返回阳极室4;收集阳极气体获得副产品氯气,收集阴极气体获得副产品氢气;

所述的步骤3中,所述的搅拌为机械搅拌,所述搅拌的作用在于抑制槽体14底部沉淀以及促进气泡分散;

所述的步骤3中,所述的定向流动为连续流动,使碳酸镁或碱式碳酸镁沉淀快速离开电解槽,实现固液分离,以避免沉淀的反溶。

所述的步骤3中,所述的滤液加水至50g/l后循环返回至阴极室3,作为阴极室3电解液,阳极室4电解液抽出后加入氯化镁调整浓度至初始反应氯化镁浓度后,返回至阳极室4,实现氯化镁的循环利用。

步骤4:将碳酸镁或碱式碳酸镁烘干,经煅烧得到二氧化碳气体和氧化镁产品。

实施例2

本实施例由氯化镁电转化为高纯氧化镁的方法,按以下步骤进行:

步骤1:对氯化镁水溶液进行电解,电解的工艺参数为:温度为90℃,电解的电压为20v;

所述的步骤1中,所述的氯化镁水溶液的质量浓度为500g/l;

步骤2:向阳离子膜电解槽中阴极室3电解液通入高纯二氧化碳气体,流量为90m3/h,使阳离子膜电解槽阴极室3内直接生成碳酸镁沉淀;

所述的步骤2中,高纯二氧化碳气体通过电解槽阴极室3底部通气孔通入。

步骤3:对阳离子膜电解槽的阴极室3进行搅拌,阴极室3电解液和碳酸镁或碱式碳酸镁定向流动,迅速通过过滤装置8进行过滤,实现快速的固液分离,得到碳酸镁或碱式碳酸镁和滤液,滤液循环返回至阴极室3作为阴极室3电解液;阳极室4溶液连续抽出,经调节浓度后返回阳极室4;收集阳极气体获得副产品氯气,收集阴极气体获得副产品氢气;

所述的步骤3中,所述的搅拌为机械搅拌,所述搅拌的作用在于抑制槽体14底部沉淀以及促进气泡分散;

所述的步骤3中,所述的定向流动为连续流动,使碳酸镁或碱式碳酸镁沉淀快速离开电解槽,实现固液分离,以避免沉淀的反溶。

所述的步骤3中,所述的滤液加水至500g/l循环返回至阴极室3,作为阴极室3电解液,阳极室4电解液抽出后加入氯化镁调整浓度至初始反应氯化镁浓度后,返回至阳极室4,实现氯化镁的循环利用。

步骤4:将碳酸镁或碱式碳酸镁烘干,经煅烧得到二氧化碳气体和氧化镁产品。

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