一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法

本发明属于冶金工艺，具体涉及一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、盐湖卤水中富含丰富的k、na、li、mg等资源，是宝贵的战略性资源。然而，当前k、li资源提取面临严峻挑战，以青海察尔汗盐湖为例，每生产1吨kcl或li2co3会副产10-12吨mgcl2·6h2o，副产的镁盐利用率不足1%被大量堆弃。这些被堆弃的mgcl2·6h2o会重新溶解进入卤水，改变了原有卤水的化学组分，不仅严重制约着k、li资源的可持续开采，还引发了土地盐碱化和地下水污染，形成盐湖“镁害”。因此，实现mgcl2·6h2o的高效清洁利用是推进可持续冶金与循环经济战略的关键目标。

3、目前，mgcl2·6h2o的主要利用方法是将其转化为金属mg，该工艺主要包括脱水与电解两大步骤。这个过程中的关键在于将mgcl2·6h2o脱水为高纯度无水mgcl2。在脱水过程中，4个键长较长的h2o较易脱去，在约361℃的空气中加热，便可得到mgcl2·2h2o，但进一步加热会促进水解反应的发生，生成会损害后续电解过程的mgo，一旦熔盐电解质中mgo含量超过0.2wt.%时，将引发严重运行问题：首先，mgo杂质会沉积在钢阴极的表面形成钝化层，严重恶化mg液滴对钢阴极的润湿性，从而诱导形成鱼籽状的mg液滴（直径<1mm），这些分散的、鱼籽状的mg液滴很容易进一步被mgo包裹，从而无法汇聚，这会导致严重的金属mg损耗并不可避免地降低电流效率；其次，过量mgo会与石墨阳极反应生成co和co2，这会加速石墨阳极消耗并大幅缩短阳极寿命，并且co和co2气体的排放会增加对环境的污染；再次，mgo会大幅增加熔盐电解质的粘度，不仅降低电解质的离子导电率，还会阻碍电解质的有效循环，这会阻碍mg液滴、电解质和阳极产生的cl2在循环过程中的分离，导致mg液滴的汇聚和上浮受阻，并且延长其在电解质中的停留和暴露于的cl2中的时间，增加了mg液滴与cl2发生副反应的几率，进一步降低电流效率。为了抑制mgcl2·2h2o的水解以减少mgo杂质的引入，通常需在300-400°c的高腐蚀性的hcl环境中进行脱水处理，该方法不仅对生产过程中的关联设备提出严苛要求，还大幅增加生产成本，现有技术中仅该脱水步骤就占熔盐电解总工艺成本约50%；此外，熔盐电解过程本身面临阳极cl2析出的挑战，强腐蚀性的cl2不仅会加剧设备的腐蚀增加设备成本，还需与电石共同重新引入pvc生产链进行处理，从而延长整体生产周期。因此，开发一种能够同时克服mgo杂质限制和cl2析出问题的新型mgcl2转化途径，对于实现mgcl2·6h2o的高效、低成本、清洁转化，具有重要的理论价值和现实意义。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，旨在解决现有mgcl2利用工艺mgo杂质容忍度低和阳极析出cl2等问题，以进一步实现mgcl2·6h2o的高效利用。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，在含mgcl2的熔盐中，加入电石进行还原反应，并通过强制对流对还原产物进行分离。

4、本发明通过采用电石为还原剂，在熔盐中还原无水mgcl2，得到还原产物mg、c和cacl2；

5、其还原反应的化学反应式为：mgcl2+cac2＝mg+2c+cacl2；以及通过对还原过程施加流场实现强制对流，利用还原产物mg、c和cacl2的密度差，最终mg能够有效汇聚在熔盐上方并收集，c在熔盐底部收集，实现三相分离；

6、在某些具体实施方式中，所述还原路线具有自发进行、放热反应的热力学优势，成功规避了传统熔盐电解工艺存在的mgo杂质容忍度低问题，从而降低mgcl2·6h2o高昂的脱水成本；所述熔盐中mgo的质量分数为0.1-10%。

7、在某些具体实施方式中，所述熔盐包括碱金属、碱土金属氯化物和碱土金属氟化物中的一种或多种。

8、本申请中的方法，无水mgcl2与电石的反应在热力学上是自发的放热过程，温度升高正向反应的热力学驱动力下降，因此较低的温度温度更有利于反应的进行；为了降低操作温度，引入碱土金属氯化物和碱土金属氟化物（比如nacl、kcl、kf）来降低熔盐熔点。

9、在某些具体实施方式中，所述碱土金属氯化物包括nacl、kcl、cacl2中的一种或多种；所述碱土金属氟化物包括naf、kf、mgf2中的一种或多种。

10、在某些具体实施方式中，所述电石中cac2的质量分数在10-90%，和/或电石的粒径为0.001-50mm。

11、在某些具体实施方式中，所述mgcl2在所述熔盐中的质量分数为5-80％，所述mgcl2与电石的质量比为5-20：1。

12、在某些具体实施方式中，所述还原反应的条件为：于300-1500℃下还原1-20h。

13、在某些具体实施方式中，所述强制对流的策略为向熔盐体系中以10-200ml/min流量通入惰性气体进行动态吹扫10-30min。

14、在某些具体实施方式中，强制对流策略通过向熔盐中吹扫氩气实现，包括但不限于从熔盐顶部插入刚玉气管吹气；

15、进一步的，为了防止金属mg被氧化，整个反应过程在密封的反应器中进行，反应器内持续通入氩气对其进行保护；

16、在某些具体实施方式中，还包括熔盐中加入sn、zn、al、pb、cu、ag、ga、sb、bi中的一种或几种。

17、在某些具体实施方式中，还原结束，待坩埚冷却至室温后将取出，从熔盐上方收集mg/mg合金珠，从底部收集c，用hcl清洗、干燥后得到高纯c；冷却过程在氩气保护下进行，以避免金属mg/mg合金的氧化。

18、第二方面，本发明还提供了一种前述方法制备得到金属mg/mg合金和高纯c。

19、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

20、1）本发明所提供的一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，是基于电石还原mgcl2的新工艺；所述还原路线具有自发进行、放热反应的热力学优势，成功规避了传统熔盐电解工艺存在的mgo杂质容忍度低问题，从而降低mgcl2·6h2o高昂的脱水成本；

21、2）本发明的工艺过程彻底消除了cl2生成，根除了mg-cl2副反应、设备腐蚀以及cl2消纳处理工序，缩短了生产流程；

22、3）本申请通过采用强制对流技术实现产物的高效分离和反应动力学的显著强化，所得的c能够进一步用于储能材料实现高值利用，比如锌离子电池负极保护涂层和超级电容器等；与传统的mgcl2电解工艺相比，单位能耗、co2排放量以及生产成本大幅降低，展现出巨大的经济和环保效益，具有广阔的应用前景。

1.一种电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，在含mgcl2的熔盐中，加入电石进行还原反应，并通过强制对流对还原产物进行分离。

2.根据权利要求1所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述熔盐中mgo的质量分数为0.1-10%。

3.根据权利要求2所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述熔盐还包括包括碱金属、碱土金属氯化物和碱土金属氟化物中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述碱土金属氯化物包括nacl、kcl、cacl2中的一种或多种；所述碱土金属氟化物包括naf、kf、mgf2中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述电石中cac2的质量分数在10-90%，和/或电石的粒径为0.001-50mm。

6.根据权利要求5所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述mgcl2在所述熔盐中的质量分数为5-80％，所述mgcl2与电石的质量比为5-20：1。

7.根据权利要求1所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述还原反应的条件为：于300-1500℃下还原1-20h。

8.根据权利要求7所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，所述强制对流的策略为向熔盐体系中以10-200ml/min流量通入惰性气体进行动态吹扫10-30min。

9.根据权利要求1所述的电石热还原氯化镁制备镁/镁合金的方法，其特征在于，还包括熔盐中加入sn、zn、al、pb、cu、ag、ga、sb、bi中的一种或几种。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的方法制备得到金属mg/mg合金和高纯c。