海水法提煉氧化鎂工藝
海水中的鎂,主要是以氯化鎂和硫酸鎂的形式存在。大規(guī)模的從海水制取金屬鎂的工序并不復(fù)雜,將石灰乳加入海水,沉淀出氫氧化鎂,注入鹽酸,再轉(zhuǎn)化成無(wú)水氯化鎂。海水制鎂的中間產(chǎn)品氫氧化鎂還可用于制取氧化鎂、碳酸鎂等其它產(chǎn)品。我們每天用的牙膏,它的主要成分是碳酸鎂;水暖工在水管上包上一層白白的石灰一樣的東西,使水管在冬天-10℃左右也不致凍裂,這也是碳酸鎂的功勞;甚至橡膠制造上也常用碳酸鎂作填充材料。鎂是海水中濃度占第三位的元素。據(jù)估計(jì),在每立方公里的海水中,可提取鎂130萬(wàn)噸。海鹽產(chǎn)量高的國(guó)家多利用制鹽苦鹵生產(chǎn)各種鎂化合物。缺乏陸地鎂礦的國(guó)家,還直接從海水中大量生產(chǎn)金屬鎂,和各種鎂鹽。現(xiàn)今,世界上金屬鎂和鎂化合物很大一部分直接或間接取自海水。
到21世紀(jì)初期,從鹵水中提取的產(chǎn)品主要是氯化鎂、硫酸鎂、氧化鎂和氫氧化鎂等。用海水提鎂時(shí),先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氫氧化鎂的懸濁液,這是為了讓鎂元素得到富集提純。待沉淀沉降后取出沉淀,經(jīng)洗滌后得到純度很高的氫氧化鎂。它沒有多大用途,必須使它變成有用的氧化鎂和金屬鎂。
氫氧化鎂不穩(wěn)定,受熱后分解成氧化鎂和水。
Mg(OH)2----MgO+H2O
要使+2價(jià)的鎂離子得到電子而還原成單質(zhì)鎂,是比較困難的。如果用類似煉鐵的方法冶煉鎂,需要很高的溫度。例如在2000℃下用焦炭還原氧化鎂,才能制得單質(zhì)鎂。這樣得到的鎂常含有較多的雜質(zhì)。
MgO+C----Mg+CO↑
因此,工業(yè)上常用電解法使鎂離子在陰極得到電子,還原成單質(zhì)鎂。用電解的方法冶煉鎂,先要獲得含有鎂離子的熔融液。在鎂的化合物中,典型的離子化合物有氧化鎂和氯化鎂。氧化鎂的熔點(diǎn)太高(2800℃),而氯化鎂的熔點(diǎn)要低得多(714℃)。所以人們選擇氯化鎂作為電解制取鎂的原料。
用鹽酸溶解氫氧化鎂(或氧化鎂),再使溶液濃縮,就得到氯化鎂。
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O
在熔融的氯化鎂中有能自由移動(dòng)的鎂離子。通入直流電后,氯離子向陽(yáng)極移動(dòng),在陽(yáng)極上失去電子,氧化成氯原子,兩個(gè)氯原子結(jié)合成1個(gè)氯分子;鎂離子向陰極移動(dòng),在陰極上得到電子,還原成單質(zhì)鎂。兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是
陽(yáng)極:2Cl--2e=Cl2↑
陰極:Mg2++2e=Mg
總的電解反應(yīng)方程式可以表示如下:
通電
MgCl?(l)====Mg(s)+Cl?(g)↑
注意事項(xiàng):為了防止生成的鎂在高溫下被空氣中的氧氣氧化,電解時(shí)需要在特殊的真空環(huán)境下或是在氯化氫氣體作保護(hù)氣的條件下進(jìn)行。
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