[发明专利]一种K3NaMgCl6、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于无机材料和金属材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种K₃NaMgCl₆、制备方法及利用其电解制备金属镁的方法。

背景技术

金属镁是21世纪最具前景的轻金属，它的密度为1.74g/cm³，是不锈钢的1/4，铝的1/3。随着科技的发展，航空、航天和汽车等大型耗能机器的轻量化成为节能的主题，镁的需求量也在日益增加。

制备金属镁的方法有：

（1）皮江法：它是将煅烧后的白云石和硅铁按照一定的比例磨成细粉，往细磨的原料中添加2.5%的萤石，混合后压成团块。将团块密封在无缝不锈钢管制成的蒸馏罐内，以燃气或煤为燃料，采用外部加热，在高温（1150～1200℃）、高真空（13.3～133.3Pa）的条件下进行还原反应，得到金属镁，反应式如下：2(CaO·MgO)_(s)+Si_(s)=2Mg_(g)+2CaO·SiO_2(s)。

皮江法工艺简单、流程短、投资小、建厂快、规模灵活、产品质量高且可用燃料代替电能。我国丰富的白云石和硅铁资源、相对廉价的劳动力以及宽松的环境监管制度使得皮江法在中国迅速崛起并逐渐统治世界镁市场。2011年我国皮江法生产的原镁产量为66.06万吨，占世界原镁总产量的85.5%。然而，皮江法存在很多问题，总结如下：①能耗大，热效率低，环境污染严重。每生产1kg金属镁大约释放出37～47kg的二氧化碳（该值是炼铝的1.6倍），大量二氧化碳的产生抵消了镁在汽车工业上带来的环境保护效应。另外，每生产1kg金属镁耗能354.5MJ。其中，还原剂硅铁的制备能耗占总能耗的42%。每生产1kg镁产生粉尘和渣6.5～7.0kg；②自然资源消耗量大。每生产1t金属镁消耗10～15t白云石，1.1～1.2t硅铁，8～13t煤；③还原罐消耗比较大，单罐产能低。每个还原罐的寿命为40～90天，每个生产周期（8～10h）单罐产镁18～22kg；④还原热效率低，热传递为反应的限制性环节，产品杂质含量高（主要含Fe，Mn，Si，Al，Ni等）；⑤高温和高真空的操作条件限制了皮江法的规模，也决定了其间歇式生产的特点，致使劳动生产率低，机械化程度低。

（2）电解法：电解法炼镁工艺是在680～750℃，采用含无水氯化镁的氯化物熔盐混合物（主要成分为无水氯化镁、氯化钾、氯化钠等）为电解质，在外加电场的作用下镁离子在阴极发生还原反应生成金属镁，氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气。

以水合氯化镁为原料，利用电解法制备金属镁的工艺有以下几种：

①氯化氢气体保护脱水电解制备金属镁方法：将六水氯化镁在沸腾炉中进行三段脱水制备无水氯化镁。其中，一段和二段用热空气进行加热，炉膛温度分别为180℃和250℃，得到的脱水料相当于MgCl₂·(2-2.5)H₂O(MgO含量小于1%)。第三段彻底脱水在纯度为99.5%的氯化氢气氛下进行，脱水温度为330℃，最终制得无水氯化镁(MgCl₂＞95%，MgO＜1%)。将制备的无水氯化镁为原料，加入含氯化钾、氯化钠等氯化物的电解质熔盐中，通过电解制得金属镁。该方法工艺先进、能耗低、自动化水平高（物料用封闭的传送系统运输）、电解槽内物质化学平衡易控制、产品无水氯化镁质量高，代表了镁电解生产的最高水平。另外，氯化氢气体可经过回收实现循环利用，生产过程中只需补充少量的氯化氢气体即可。该工艺的缺点是工艺比较复杂、对设备的耐腐蚀性要求高、对整个系统的封闭性要求高、氯化氢与水蒸气分离困难（脱水用氯化氢气体纯度达99.5%以上），得到的无水氯化镁在保存和运输的过程中很容易吸水，并且无水氯化镁加入到电解槽后熔融需要一定时间，导致电解过程不平稳。