海水法提炼氧化镁工艺
海水中的镁,主要是以氯化镁和硫酸镁的形式存在。大规模的从海水制取金属镁的工序并不复杂,将石灰乳加入海水,沉淀出氢氧化镁,注入盐酸,再转化成无水氯化镁。海水制镁的中间产品氢氧化镁还可用于制取氧化镁、碳酸镁等其它产品。我们每天用的牙膏,它的主要成分是碳酸镁;水暖工在水管上包上一层白白的石灰一样的东西,使水管在冬天-10℃左右也不致冻裂,这也是碳酸镁的功劳;甚至橡胶制造上也常用碳酸镁作填充材料。镁是海水中浓度占第三位的元素。据估计,在每立方公里的海水中,可提取镁130万吨。海盐产量高的国家多利用制盐苦卤生产各种镁化合物。缺乏陆地镁矿的国家,还直接从海水中大量生产金属镁,和各种镁盐。现今,世界上金属镁和镁化合物很大一部分直接或间接取自海水。
到21世纪初期,从卤水中提取的产品主要是氯化镁、硫酸镁、氧化镁和氢氧化镁等。用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液,这是为了让镁元素得到富集提纯。待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁。它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁。
氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水。
Mg(OH)2----MgO+H2O
要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的。如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度。例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁。这样得到的镁常含有较多的杂质。
MgO+C----Mg+CO↑
因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁。用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液。在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁。氧化镁的熔点太高(2800℃),而氯化镁的熔点要低得多(714℃)。所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料。
用盐酸溶解氢氧化镁(或氧化镁),再使溶液浓缩,就得到氯化镁。
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O
在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子。通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子;镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,还原成单质镁。两个电极上发生的反应是
阳极:2Cl--2e=Cl2↑
阴极:Mg2++2e=Mg
总的电解反应方程式可以表示如下:
通电
MgCl?(l)====Mg(s)+Cl?(g)↑
注意事项:为了防止生成的镁在高温下被空气中的氧气氧化,电解时需要在特殊的真空环境下或是在氯化氢气体作保护气的条件下进行。
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