高純無水氯化鎂的制備及制鎂工藝探究

馬芬蘭 包溫姬(青海鹽湖鎂業有限公司，青海 格爾木 816000)

鎂被稱為現代國防金屬，其廣泛應用于航天器基本結構以及電子電器設備，這是因為鎂本身的導電性能好，且比重僅為不銹鋼材料的25%。同時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，因此其將廣泛應用于各種光學器材和精密電氣、機械等領域。本研究提出了以乙醇溶液蒸餾為基礎連續通入過量HCl氣體蒸干得到無水MgCl2的方法，從而為電解制鎂工藝提供優質的原料。

1.高純無水氯化鎂的實驗室制備

1.1 實驗器材

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

1.2 實驗原理

Mg(OH)2在無水乙醇中與過量HCl氣體充分反應生成MgCl2，而生成的MgCl2與無水乙醇形成絡合物CH3CH2OH·6MgCl2。將反應后的溶液進行加熱蒸餾，溶解于乙醇溶液中的過量HCl氣體就會因為受熱而揮發到空氣中，而絡合物CH3CH2OH·6MgCl2在加熱蒸餾過程中會部分分解成MgO和C。當溶液中HCl氣體處于飽和狀態就會有效抑制這一過程，從而使得反應后的混合溶液蒸干后得到高純度的無水氯化鎂晶體。相關反應方程式如下所示：

1.3 實驗操作流程

在燒杯中將氫氧化鎂粉末與足量無水乙醇充分混合，使用玻璃攪拌棒進行攪拌，保證兩者混合均勻。在混合后的溶液中加入過量的氯化鈉粉末以及濃硫酸反應生成的氯化氫氣體，保證氫氧化鎂固體能夠充分溶解。使用加熱裝置對反應后的溶液進行加熱蒸餾，形成CH3CH2OH·6MgCl2溶液。在進行蒸餾的過程中，使用攪拌棒進行充分的攪拌，保證溶液各部分受熱均勻。在攪拌過程中繼續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，抑制絡合物CH3CH2OH·6MgCl2在加熱蒸餾過程中部分分解成MgO和C這一化學變化，降低雜質的生成。對蒸餾結束之后得到的CH3CH2OH·6MgCl2進行脫乙醇蒸餾，脫去無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 結果與討論

稱取一定質量的無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量的碳酸鈉溶液進行反應，使鎂離子與碳酸根離子結合生成碳酸鎂沉淀。對于反應后得到的沉淀進行過濾、洗滌，晾干等操作，之后進行稱重，計算得到無水氯化鎂的純度在超過了99%，而氧化鎂的質量分數則小于0.1%。原料氫氧化鎂和乙醇的純度越高，那么該反應進行的越完全，那么得到的無水氯化鎂雜質越少，無水氯化鎂純度也就越高。

2.電解鎂的制備工藝

目前運用較多的制鎂工藝就是電解法，通過電解法對于電解槽中的氯化鎂進行電解反應，生成鎂和氯氣。具體方程式為

2.1 具體工藝流程

將待反應的氯化鎂固體粉末至于電解槽內，然后通電升溫進行電解無水氯化鎂。由于該反應是在較高的溫度下進行反應的，因此生成的兩種物質鎂和氯氣都是以氣態形式存在的，通過相應的鎂蒸汽收集裝置將鎂蒸汽收集到真空受槽中，這是因為鎂蒸汽能夠和空氣中的氧氣、二氧化碳以及氮氣等成都能發生化學反應，如果不進行真空收集的話，那么得到的鎂中就會包含氧化鎂、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過洗氣槽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槽內與氫氣在高溫下發生化合反應生成粗制氯化氫氣體，在經過洗氣槽A得到較為純凈的氯化氫氣體。此時得到的純凈的氯化氫氣體經過循環機輸送到蒸餾釜內與Mg(OH)2進行反應，重復前面的反應，進而制備出無水氯化鎂。對于反應后的混合溶液蒸餾得到的乙醇溶液收集到餾液儲槽，使用脫水機脫去其中含有的水分仍可進行循環使用，制備的無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完善的循環系統，通過氯循環將電解制鎂工藝與無水氯化鎂工藝有機地結合起來，從而使制鎂工藝更為優化。

2.2 污染氣體的再利用

本工藝在進行電解氯化鎂過程中將電解出來的Cl2經過洗氣槽B進行除氯化鎂蒸汽后，將過濾后的氯氣再引入到氣體反應槽內與氫氣反應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，將未完全反應的Cl2以及H2除去。而純凈的HCl氣體經過HCl循環進入蒸餾釜內用于制備無水氯化鎂。在這樣一個大型的氯循環中，氯氣和氯化氫氣體都被重復利用，不但避免了多余的氯氣和氯化氫氣體逸散到空氣中，給空氣來帶嚴重污染，同時也將反應中的氯氣和氯化氫氣進行充分合理的運用，提高了氯循環的效率，降低了企業的生產成本，實現綠色環保生產。

3.結語

制備高純度的無水氯化鎂是保證電解法制鎂工藝中最重要的環節，而無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。由于傳統的制備工藝MgCl2溶液中MgCl2會和H2O形成絡合物MgCl2·6H2O,因此如何簡單、有效、經濟地脫除MgCl2·6H2O是鎂生產工業首要問題。而通過本工藝可以直接由Mg(OH)2得到MgCl2，省去了脫水的步驟，提高了生產效率。

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