镁电解原料氯化镁微量杂质脱除技术分析
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摘 要：随着社会经济不断发展，新型材料在工业领域中被广泛的使用，金属镁的质地较轻、强度加大，被广泛的应用在航空航天、电子通讯等各个领域中。我国镁资源的储量较为丰富，氯化镁的含量位居世界第二，仅次于死海。金属镁的生产方式主要分为两种，一种是皮江法，另外一种是电解法。目前电解法生产金属镁的方式受到了工业领域的广泛重视，在镁电解的过程中主要使用的原料是碳酸镁，在原料中主要包含的金属杂质有Fe、Mn、Al、Si等，在原料中加入MgO、NAOH、HCl、NaOCl以及KMnO4去除原料中的杂质，得到达到生产标准的氯化镁原料。本文主要对各种杂质对金属镁的影响进行分析，并提出在镁电解过程中微量杂质的脱除技术。
关键词：镁电解；杂质脱除技术；微量杂质
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.039
由于我国经济的发展，各种新型材料的出现为我国工业的发展带来了新的活力，金属镁作为一种质地较强，刚性较强的金属，有着广泛的应用价值。但是金属镁的化学性质较为活泼，在提取的过程中主要使用皮破法与电解法对含有镁的原料进行加工，最后得到符合生产要求的金属镁。在镁电解的过程中，受到原料的影响，往往会存在诸多的杂质，这些杂质严重影响了金属镁的生产，所以在生产的过程中要对这些杂质进行去除工作，保障金属镁的生产质量。
1 镁电解过程中杂质对炼镁过程的影响
1.1 硫酸根对镁电解过程的影响
在氯化镁溶液中，硫酸根以硫酸镁的形式进入到电解质中，硫酸镁在电解的过程中需要的分解电压较高，一般在700℃时达到3.4V而且硫酸根的浓度低，难以进行电分解化学反应，在氯化镁溶液中硫酸镁与溶液进行反应会在电解质的表面析出单质硫，硫与空气中的氧气进行燃烧，会生成氧化镁。在此过程中电解质会出现沸腾的情况，电解质表面析出白色的泡沫，严重时会导致电解质沸腾停止，影响电解的過程。
1.2 在电解镁过程中铁的影响
在电解镁的过程中铁是影响电解过程的重要杂质，杂质铁主要可以分为三价的铁离子与二价的亚铁离子。在电解的过程中，阴极会形成三价的铁离子，阳极会将其还原成二价的亚铁离子。在电解的过程中铁离子会与电解质中的镁化学反应，在反应的过程中对金属镁有着大量的消耗，而且单质铁在阴极中会以金属的方式析出，包裹镁珠，使镁沉入溶液的废渣中，降低了电解效率。
1.3 硼对电解镁的影响
在电解镁的原料中含有部分的硼化合物，电解质中若是含有硼会导致阴极的敦化，进而影响镁珠的汇聚，降低了电解镁的效率。在电解镁的过程中主要的硼化物是氧化硼，其在氯化镁浓度增加时，含量也在逐渐的增加，当氯化镁的浓度达到97%以上时，在溶液中硼的溶解度是0.3%。在电解的过程中温度升高到720℃时，氧化硼会与金属镁进行反应生成非晶体型硼。金属镁和硼在电解的条件下进行反应，会生成硼化镁，严重的影响了电解镁的生产效率。
2 镁电解原料氯化镁杂质脱除技术分析
2.1 氯化镁中硫酸根的脱除技术
硫酸根的脱除技术主要有：沉淀法、冷冻法。膜法、吸附法。沉淀法的主要方式是利用能够与硫酸根进行化学反应的物质，原料中的硫酸根进行反应，变为能够沉淀的硫酸盐物质，达到脱硫的效果，主要使用的原料有氯化钡、氯化钙以及碳酸钡。冷冻法主要是因为硫酸钠与原料中的其他杂质溶解度不同，并能根据温度的而变化讲不通的溶质进行分离。在18℃时氯化钠的溶解度与温度之间的关系较小，但是当温度降低到8℃，硫酸盐形成的晶体会不断的析出，并且随着温度逐渐下降析出的晶体越多，最后进行过滤便能脱除原料中的硫酸根杂质。膜法脱硫技术的主要原理是根据硫酸根对纳滤膜的排斥度较高，但是对氯化物的排斥率较细，使用这种方式能够将原料中的硫酸根排斥出来，去除原料中的杂质。吸附法能够有效的去除原液中的硫酸根，在电解质中增加吸附剂吸附原料中的硫酸根，主要的吸附剂有针铁矿、蒙脱石以及水滑石等矿物质，但是这种吸附方式容易造成二次污染，有着较大的局限性。
2.2 原料中铁杂质的去除方式
去除原料中的铁杂质，主要包括了曝气法、接触氧化法以及离子交换法。其中曝气法又被称为自然氧化法，在原材料经过曝气充氧后是空气中的部分氧气溶在原料中，氧气与原料中的铁离子进行融合形成氢氧化三铁，氢氧化三铁不溶于水，在弱酸条件下能够析出，最后将原液进行过滤，去除原材料中的铁离子。接触氧化法主要是将原液经过简单的曝气充氧后进入旅程，其中氢氧化三铁能够依附在滤料的表面，形成滤膜。形成的滤膜有着催化的作用，并且对原材料中二价的亚铁离子有着强力的吸附作用，亚铁离子吸附在滤膜中与氧气进行反应，形成三价的铁离子，加厚了滤料中滤膜的厚度，并且参与到新的催化反应中。达到去除原料中铁杂质的目的。离子交换法去除铁杂质，主要使用了离子交换树脂法，使用凝胶型阴离子交换树脂能够对原料中的亚铁离子进行交换，在使用这种方式的过程中，要注意树脂的类型，如果树脂在出厂时为氯型，在使用的过程中要筛除其中的细小粉末，使用蒸馏水浸泡24小时。离子交换吸附剂选择时，还可以使用沸石作为主要的吸附剂，因为沸石的结构是三维孔结构的硅酸铝盐，硅原子为中性、铝原子为负电荷，在沸石的孔结构中的钾离子和氢离子显现的正电荷能够平衡，可以与溶液中的铁离子进行离子的交换。
2.3 原材料中硼杂质的去除方式
硼杂质脱除技术的方法主要有沉淀法、活性炭吸附法与萃取法等。在沉淀法中主要有硼酸盐沉淀法、加酸沉淀法、絮凝沉淀法。在弱酸的环境下，原料中的金属氧化物能够进行化学反应，形成较难溶解的硼酸盐。加酸沉淀法主要是在原材料中加入盐酸或者是硫酸，将原材料中的硼转化为溶解度较小的硼酸，达到分离原材料中硼的目的。萃取法主要是在原材料中加入与水不相溶的有机试剂作为萃取剂，与原材料混合并且与原料中的硼酸有机的结合，达到硼酸与原液中其他离子分离的目的。使用活性炭对原液中的硼酸进行吸附，首选要使用柠檬酸或者是酒石酸对活性炭进行浸泡工作，提高活性炭对硼的吸附作用。使用活性炭吸附的过程中能够发现，活性炭吸附的强度与浸渍剂有关。经过相关的研究发现，使用酒石酸作为浸渍剂，活性炭对硼的吸附强度最大。在大规模的电解镁生产中，使用活性炭柱较为经济实惠。
3 总结
综上所述，由于社会经济不断的发展，金属镁的出现为工业的生产带来了新的活力，在航空航天等领域都有着广泛的使用。金属镁的生产需要对原料进行电解，形成金属镁。但是在电解的过程中，原料中的诸多杂质会与原材料进行化学反应，形成杂质影响电解镁的效率。根据相关的研究发现，在电解镁的过程中硫酸根、硼、铁是影响反应的主要因素，所以选择科学的手段将原料中的硫酸根、硼、铁进行提取，提高电解镁的反应效率，提高电解镁的质量。
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