原镁生产方法
氯化镁电解制取金属镁的化学方程式
氯化镁电解制取金属镁的化学方程式金属镁是一种轻质、高强度、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。
其制备方法有多种，其中氯化镁电解法是一种重要的工业生产方法。
本文将介绍氯化镁电解制取金属镁的化学方程式及其制备过程。
一、氯化镁电解制取金属镁的化学方程式氯化镁电解制取金属镁的化学方程式如下：Mg2+ + 2e- → Mg （还原反应）2Cl- → Cl2 + 2e- （氧化反应）综合反应式为：MgCl2 → Mg + Cl2在电解过程中，氯化镁在电解槽中被电解分解，产生金属镁和氯气。
电解槽中的电解质为氯化镁，阳极为碳电极，阴极为金属镁电极。
当电流通过电解槽时，氯离子在阳极上发生氧化反应，生成氯气。
同时，金属镁离子在阴极上发生还原反应，生成金属镁。
氯气和金属镁分别从阳极和阴极处释放出来，被分别收集和提取。
二、氯化镁电解制取金属镁的制备过程氯化镁电解制取金属镁的制备过程主要包括原料准备、电解槽设计、电解过程控制和产品提取等步骤。
1. 原料准备氯化镁电解制取金属镁的原料是氯化镁。
氯化镁可以通过海水、盐湖等自然资源中提取，也可以通过化学合成的方法制备。
在工业生产中，通常采用化学合成的方法制备氯化镁。
2. 电解槽设计氯化镁电解制取金属镁的电解槽通常采用横截面为矩形的槽体，槽体内部分为阳极和阴极两部分。
阳极通常采用碳块或钢板，阴极则采用金属镁块。
阳极和阴极之间的距离通常为10-20cm，电解槽底部设有收集金属镁的池子和收集氯气的管道。
3. 电解过程控制在电解过程中，需要控制电解槽内的温度、电流密度、电解液浓度等参数，以保证金属镁的纯度和产量。
通常采用恒温恒流电解的方法，电流密度为0.5-1A/cm2，电解液浓度为20-25%。
4. 产品提取在电解过程中，金属镁和氯气从阴极和阳极处分别释放出来，被分别收集和提取。
金属镁通常在电解槽底部的池子中收集，氯气则通过管道收集。
三、氯化镁电解制取金属镁的优缺点氯化镁电解制取金属镁的优点是制备工艺简单，原材料易得，生产成本低，产品质量稳定，适用于大规模工业生产。
镁矿
镁的简介镁，原子序数12，原子量24.305，为碱土金属中最轻的结构金属。
1808年英国化学家戴维通过电解氧华镁和氧化汞的混合物，制得镁汞齐，蒸出其中的汞后，析出金属镁。
1828年法国科学家比西用金属钾还原熔融的无水氯化镁得到纯镁。
镁在地壳中的含量约2.5%，是第8个最丰富的元素。
镁的矿物主要有菱镁矿、橄榄石等。
海水中也含有大量的镁。
镁也存在于人体和植物中，它是叶绿素的主要组分。
镁为银白色金属；熔点648.8°C，沸点1107°C，密度1.74克/厘米³。
镁具有优良的切削加工性能。
金属镁能与大多数非金属和酸反应；在高压下能与氢直接合成氢化镁；镁能与卤化烃或卤化芳烃作用合成格利雅试剂，广泛应用于有机合成。
镁具有生成配位化合物的明显倾向。
镁是航空工业的重要材料，镁合金用于制造飞机及森、发动机零件等；镁还用来制造照相和光学仪器等；镁及其合金的非结构应用也很广；镁作为一种强还原剂，还用于钛、锆、铍、铀和铪的生产中。
镁的应用及市场一、镁的应用镁是应用较晚的一种金属。
镁的化学性质活泼，主要用于制造铝合金，镁作为合金元素可提高铝的机械强度，改善机械加工性能以及对碱的抗腐蚀性能。
由于镁基合金（含铝、锰、锌、锂等）的结构件和压铸件的比强度大，在汽车、航天、航空等领域中，用镁代替部分铝，可减轻结构件的质量。
镁和卤素的亲和力强，是用金属热还原法生产钛、锆、铪、铀、铍等的重要还原剂。
镁可作生产球墨铸铁的球化剂。
在钢铁冶炼中用镁替代碳化钙脱硫。
中国镁的应用领域有以下几个。
（一）铝镁合金包括铝合金材、镁合金材、铝镁合金等，目前是国内最主要的镁消费领域，用镁量约占全国镁消费量的35％。
在铝门窗的型材中，镁添加量为0.6%，啤酒和饮料用铝罐，镁添加量为1％，其中易拉罐盖镁的添加量达到4.5%，主要提高铝的热强度，改善铝的机械性能。
（二）压铸件用镁镁压铸件广泛应用于机械制造部门和汽车行业。
随着轿车国产化水平的提高，镁压铸件用量明显增加，目前每辆桑塔纳轿车用镁量约15kg,其中齿轮箱用压铸件含镁量高达92%。
镁
镁镁是地壳中含量高，分布广的元素之一，位于第八位，约占地壳质量的2.4％。
在自然界中，镁只以化合物形态存在。
在已知的1500种矿物中，含镁物约200种，现在工业开采规模较大的有菱镁矿、白云石、光卤石、滑石、蛇纹石等。
但是，吕量的镁主要是以氯化物和硫酸盐的形式溶于海水、盐湖水和井卤中。
我国菱镁矿储量居世界第一位，主要分布在辽宁、山东等省。
白云石矿遍布河北、山西、湖南、四川等省。
我国沿海卤水资源丰富。
内陆青海、四川、山西的盐湖、井卤盛产水合氯化镁。
这些丰富的资源为我国镁盐工业的发展提供了丰富的原料基础。
镁化合物的生产方法很多，根据原料来源和生产方式的不同，大致可分为卤水─纯碱法；海水─石灰法；白云石、菱镁矿─碳化法；卤水─氨水─碳铵法；菱镁矿直接煅烧法等等。
我国目前可以生产的镁化合物有：轻质氧化镁、重质氧化镁、轻质碳酸镁、氢氧化镁、硫酸镁、氯化镁、销酸镁、氟化镁、硅酸镁等等以及这些化合物的其他系列产品。
镁化合物产品在国民经济建设当中有着举足轻重的作用和地位，它主要应用在冶金、农业、医药、环保、电子、国防等部门；比如耐火材料、密封材料、化学建材、橡胶、黏合剂、电热电器、光学材料、陶瓷、食品等行业中都离不开镁及其化合物。
氧化镁以菱镁矿为原料经高温锻烧制得的氧化镁为煅烧氧化镁。
经焦岩为燃料在1400～1800℃烧成的氧化镁称为重燃镁，又称死烧镁；以煤；以煤岩或煤气为燃料在700～1000℃烧成的氧化镁为轻烧镁，又称苛性镁。
还有使用低品位菱镁矿与无烟煤混合煅烧制得的低档头昏脑胀氧化镁，俗称菱苦土，又称苦土粉。
重烧镁：化学式MgO，相对分子质量40.30。
熔点2800℃。
无臭、无味、无毒，难溶于纯水及有机溶剂，微溶于酸，在空气中稳定。
轻烧镁：化学式MgO，相对分子质量40.30。
熔点2800℃。
无臭、无味、无毒，难溶于纯水及有机溶剂，在水中溶解度因CO2的存在而增大，能溶于酸或铵盐溶液中。
易潮结，在空气中能逐渐吸收CO2和水分形成碳酸镁复盐。
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究(1)时间:2009-11-19 来源:昆明理工大学真空冶金国家工程实验室编辑:刘红湘随着现代工业的飞速发展，传统金属资源已濒临枯竭，寻找和开发新的金属资源已势在必行。
金属镁由于其优良的物理性能和机械加工性能，正以“时代金属”的角色出现在冶金材料的舞台上，再加上其丰富的蕴藏量，被人们誉为21世纪最有前途的轻量化材料和绿色金属工程材料。
镁的冶炼方法是镁工业发展的前提和基础，由于现有金属镁的冶炼方法普遍存在能耗大、污染严重、流程长、成本高等问题。
因此对真空碳热还原氧化镁制取金属镁进行研究具有十分重要的意义，与现有的炼镁方法相比，该方法具有能耗低、成本低、环境污染小等特点。
1、现有炼镁方法目前，世界各国金属镁冶炼工业中比较成熟的炼镁方法大致可分为两大类: 一类是熔盐电解法，在氯化镁的熔融电解质中，通直流电电解直接得到金属镁，通称电解法。
另外一类是硅热法，以煅烧白云石为原料，以硅铁粉（含Si>75％）为还原剂，在高温条件下把氧化镁还原成金属镁，称为热还原法，通称热法。
全世界范围内使用电解法炼镁的厂家比较多，其产量曾占世界镁总产量的80％，硅热法炼镁仅占20％。
近几年随着中国金属镁产量(主要使用硅热法)的不断增加，硅热法生产的金属镁所占的比例得到了很大的提升。
2007年，中国生产原镁67 万吨，占世界生产总量的85%，硅热法生产的金属镁占世界总产量的75%。
电解法按使用原料的不同可分为以菱镁矿、卤水、光卤石为原料冶炼金属镁三种方法。
硅热还原法炼镁根据冶炼炉型的不同，也有多种生产工艺，其中最具典型代表的是皮江法(PidgeonProcess)和马格尼特法(Magnetherm Process)。
电解法生产金属镁存在的主要问题有：生产过程复杂，电耗高，生产条件差，设备腐蚀严重；经常发生氯气的跑、冒、漏，给环境造成污染，给工人的身体健康带来影响；其废气、废水、废渣处理的任务重、费用高；设备和厂房由于腐蚀严重，维修费用高，投资较大。
金属镁生产工艺概述
文章编号：1672-1152（2011）03-0001-04
山西冶金 SHANXI METALLURGY
金属镁生产工艺概述
Total 131 No.3，2011
孙晓思
（太原科技大学应用科学学院， 山西 太原 030024）
摘 要：简要介绍了金属镁生产工艺—— —电解法和热还原法；详细介绍了我国现存的主要镁生产方法—— —皮江
二战前，全球生产金属镁的方法只有一种— —— 电解法 （以菱镁矿为主要原料）。但电解法耗资巨 大，工艺复杂。二战期间，由于军事工业的发展，镁合 金的需求量急剧增加，又由于含镁矿石资源中以白 云石的储量最多且分布最广，所以自 1938 年起由奥 地利和美国开始在高温真空条件下，用碳作还原剂，
·2·
山西冶金 E- mail:yejinsx@
热还原法即硅热法炼镁工艺，其原理为：硅（一般 为 w(FeSi)＝75％的合金）在高温（1 100~1 250 ℃） 和真空（13.3~133.3 Pa）条件下，还原白云石中的氧 化镁为金属镁，其化学反应可表示为：
2（MgO·CaO）+Si=2Mg↑+2CaO·SiO2 传统的硅热还原法，按照所用设备装置的不同 分为四种：皮江法（Pidgeon Process）、巴尔札诺法 （Balzano Process）、玛格尼法（Magnetherm Process） 和 MTMP 法［6］。 由于白云石资源分布广泛，储量丰富，而皮江法 炼镁可以直接采用其作原料；并利用天然气、煤气、 重油和交流电等作热源；工艺流程简单，建厂投资 少，生产规模灵活；反应炉体小，建造容易，技术难度 小；成品镁的纯度高。这些特点恰恰符合我国的实际 国情，因此，皮江法在我国得到了广泛的发展和应 用。到目前为止，皮江法仍是我国生产金属镁的主要
海水中镁的提取及镁盐的应用(修改版)
第五节 海水中镁的提取及镁盐的常见用途自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中。
海水中镁的总储量约 为1.8x 1015t,目前世界上60%的镁是从海水中提取的。
目前大部分国家从海水中提取镁的方法是：将石灰乳加入海水沉淀池中，得到 氢氧化镁沉淀，再将氢氧化镁与盐酸反应，蒸发结晶可获得六水合氯化镁晶体 <Mg CI 26H 2O ）。
将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热生成无水氯化镁，电解熔融的 氯化镁可以得到金属镁。
<石灰乳可利用海边大量存在的贝壳煅烧成石灰制得。
）成品: 2______________ 6 你知道吗从海水中提取镁的流程1 /镁及其化合物在生产、生活及科研中应用广泛镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。
其特点是：密度小 <1.8g/cm 3左 右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金 大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。
主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆 或镉等。
目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。
它是实用金属中的最轻的金属，镁的比重大约是铝的 2/3，是铁的1/4金属镁及镁合金以其在吸噪声、电磁屏蔽、防辐射、抗震减震等方面的特殊性能, 成为机械制造、电子工业、航天航空、军工装备领域不可缺少的重要原材料。
东京理工大学的Takashi Yabe 博士指出，用上述方法提取镁的成本很高，能耗 巨大，生产1公斤的镁大致需要消耗 10公斤的煤，同时还会产生不小的二氧化碳排 放。
为了改进这一流程，Yabe 博士研发出了一种只利用可再生能源的工艺。
他的方法是利用高强度太阳能产生激光，从而以极高的温度燃烧海水，从中提取出氧化镁， 最终可制的镁。
Yabe 博士称，海水当中的镁的储量巨大，至少够全世界消耗 30万年。
他进一步解释称，利用太阳能产生激光是必须的，因为仅靠太阳能无法产生 3700摄氏度的高温，而这个温度是提取海水中镁的必备条件。
镁冶金学
第二章
镁冶金
7.镁的溶解度
镁可溶于MgCl2熔液中，溶解度（摩尔分数）可达
0.55～1.28%，通过调整电解质成分可使金属镁的溶
解降至最低，如在MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2熔液中，
镁的溶解度很小，一般为0.004～0.02%。
第二章 镁冶金 三、电解质中杂质对电解过程的影响 镁电解质中的杂质来自原料和电解槽的内衬(铝、硅) 和铁的部件。 杂质在电解时会引起一些不良反应造成镁的损失、 氧化物氯化造成氯的损失、杂质电化学分解造成电 能损失。
第二章
镁冶金
上图中，σ 界面张力，σ 下列关系:
E-M为电解质--镁的界面张力，σ E-S为电解质--钢阴极的 M-S为镁--钢阴极的界面张力。当三者达到平衡，则成立
E S M S E M cos M S cos E S E M
第二章
镁冶金
3.诺斯克法 所用原料或者是海水， 或者是MgCl2含量高的卤水。 跟道乌法不同的所得氢氧 化镁不是用盐酸去氯化， 而是加以缎烧，以得MgO。 MgO与焦炭混合制团后， 用电解槽产出的氯气去氯 化;其早先的生产流程见 图
第二章
镁冶金
后来，为减少能量消耗并减轻环境污染，建 立了新的生产流程见图2-2.
现在，有关界面张力的资料尚不充分。已 知，电解质诸组成份对钢表面的湿润性增 大的顺序是:MgCl2→CaCl2→NaCl→KCl。 6.分解电压 镁电解质诸组成份的分解电压详见表2-2。
第二章 镁冶金 由表可见，MgCl2的分解电压值在800℃时为2.51V， 在诸组成份中是最低的，所以它优先进行电解。
4. 电导率
在镁电解质诸组成份当中，LiCl的电导率为最好，
金属镁生产过程节能减排综合利用技术
金化， 经检验合格后即可出炉铸锭。 在 金 属镁 生产 过 程 中产 生 的主要 污染 物 有 ： 大 气污染物烟尘、 粉尘 、Ｏ 等 ； Ｓ ２ 生产废水和生 活污水 等 ，废水 中主要 含有 固态 的金 属镁渣 屑 、 Ｏ ｃ、 Ｃ Ｄｒ
Ｂ Ｄ 、 Ｈ３Ｎ、 涤 废 液 、 类 、Ｓ等 ； 渣 、 原 炉 Ｏ Ｎ － 洗 盐 Ｓ 废 还
电子 通 讯等 行 业 的首选 材 料 ， 人 们誉 为 “ １ 纪 被 ２世 的绿色 工程 材料 ”。
随着冶炼技术的成熟 ，特别是近几年皮江法炼 镁工艺在我 国的 日 趋成熟 ，原镁生产成本大幅度下 降， 镁合金的冶炼与 回收能耗低于铝合金 ， 再加上镁 易加工 ， 节省模具和刀具 ， 因而单位体积内的镁合金 价格低于铝合金 ，阻碍镁合金大量应用的价格和技 术 两大瓶 颈 已开始 被 突破 。自 ２ ０世纪 ９ ０年代 以来 ， 在世界范围内， 镁作为一种迅速崛起的工程金属材 料， 每年 以大于 ２％的速率连续保持快速增长 ， ０ 这在
要： 以一个年产 ５万 ｔ 金属镁及其合金生产企业的生产工艺方案及环保措施作为示 范工程 ， 结合 目前 国家
大力倡 导的节能减排、 综合利 用的环保要 求， 分析论述 了对污染较 重的金属镁及其合金生产企业如何 实现循 环 经济、 变废 为宝的经济效益和环境 效益的双赢。 关键词 ： 属镁 金 节能减排 综合利用 污染
渣、 精炼废渣 ； 在生产过程 中破碎机 、 球磨 机 、 压球
机、 真空 泵 、 风机 等所 产生 的噪音 等［ 。 ¨
在金属镁冶炼生产过程中产生的废水一般均回 收二次利用 ， 不外排 ； 生活污水 由污水处理设施处理 后排至复用水池 回用。 因此 ， 金属镁冶炼过程 中产生
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硅热法主要反应
MgCO3·CaCO3=CaO·MgO十2CO2
▪ 2(CaO·MgO)+Si = SiO2 ·2CaO+2Mg
2.1 熔盐电解法
MgCl2=Mg+Cl2
电解法炼镁的原料主要有海水、盐湖 卤水、菱镁矿、光卤石等，这些原料最终 都 解要 法变中M成gMCgl2C的l2制，备才是能十进分行重电要解的。工因序此。电
2.1.1 以菱镁矿为原料的炼镁工艺流程
图2-1是我国按菱镁矿生产镁的工艺 流程，流程的特点是菱镁矿颗粒氯化， 氯化镁熔体采用MgCl2-NaCl-CaCl2-KCl 四元系电解质电解，电解温度为720℃。 电解质中MgCl2含量为8％
将Mg(OH)2 煅烧得到MgO， MgO 与 焦炭混合制团，用电解槽产生的氯气 氯化，得到无水氯化 热还原法
热还原法炼镁就是利用某种还原剂，将镁从其化 合物中还原出来而制得金属镁的一种生产方法。
▪ 热还原法炼镁中，硅热法炼镁（皮江法）占有优
势地位
▪ 1941年加拿大多伦多大学教授皮江(Pidgeon)在握
第三章 镁的强化处理
工业纯镁的室温塑性很差，如纯镁单晶体的临界 切应力只有4.8～4.9MPa，此外，纯镁多晶体的强度 和硬度也比较低，不能直接用作结构材料。通过一定 的强化处理过程后，镁的力学性能会得到大幅度改善。 国内外在镁及其合金的强化方面进行了大量的研究， 并取得了积极的成果。
目前已应用于镁合金的强化处理方法主要有合金 化强化、热处理强化、复合强化和细晶强化。在这些 强化处理方法中，以合金化强化为最基本、最常用和 最有效的强化处理方法，其他方法均建立在合金化强 化的基础上。
8、导热率高仅次于铝合金。
9、无毒，无磁性。
10、耐印痕性，镁合金与其它物体冲撞时，产生的 印痕比铝和钢小。
11、极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优 良脱模性能，可采用最小的出模斜度。
12、良好的低温性能，在摄氏-190度时仍具有良好 的力学性能，可制作在低温下工作的零件。
13、具有超导性能和储氢性能。
第二章 原镁生产方法
❖ 熔盐电解法 ❖ 热还原法
目前世界镁产量电解法占60 % ， 热还原法占40 %.
据统计，中国目前现有原镁生产企业 100余家，其中年生产能力3000吨规模以 上的有22家，1000-2000吨有50余家。民 和镁厂是我国目前唯一正在生产的电解 法镁厂，总产能7000t/a 。其它企业均采 用硅热法生产，生产企业数量多，小而 分散，技术落后，环境污染严重。可见 国内镁行业存在严重的结构性矛盾，急 需进行产业结构调整和升级。
3.1 合金化强化
合金化强化的关键就是选择合适的合金元素。 考虑到镁的合金化一般都是利用固溶强化、析出强 化和弥散强化来提高合金的常温和高温力学性能， 因此其合金化设计应从晶体学、原子的相对大小、 原子价以及电化学因素等方面进行考虑。选择的合 金化元素应在镁基体中有较高的固溶度，并且随温 度变化有明显变化，在时效过程中合金化元素能形 成强化效果比较突出的过渡相，除了对力学性能进 行优化外，还要考虑台金化元素对抗蚀性、加工性 能及抗氧化性能的影响。
第一章 绪论
镁合金材料具有如下特点
1、重量轻，是铝的2/3，钢铁的1/4。 2、比强度和比钢度高，均优于钢和铝合金。 3、电磁屏蔽性能较好，既是优异的导体，又具有高 于无电解电镀的塑料的优异的电磁屏蔽性。 4、吸震性好，有利于减震和降噪。 5、可回收性能好，符合环保要求。 6、极好的切削加工性能。 7、尺寸稳定性高，在摄氏95度以下，即使长时间持 有，也基本上看不到变形，其尺寸稳定性优异。
限制镁合金广泛应用的主要问题
❖ 由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中 极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；
❖ 镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金 成形技术有待进一步发展；
❖ 镁合金的耐蚀性较差； ❖ 现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制
了镁合金在高温（150～350℃）场合的应用；镁合 金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一 步提高； ❖ 镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开 发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。
熔化—精炼—铸锭后即为成品。
粗镁的精炼
电解法和热还原法生产的粗镁中还含有少量的金 属和非金属杂一取多采用熔剂精炼法进行精炼。
精炼的工艺过程为：首先把粗镁放人坩埚中熔化 成镁液，然后加熔剂进行精炼，同时不停地搅拌， 使熔剂和镁液充分接触。精炼后，要静置30min 左右，使金属杂质、非金属杂质和残留熔剂沉入 坩埚底部。最后浇铸成镁锭或其他产品。
2.1.2 以卤水为原料的炼镁工艺流程
用盐湖卤水制取MgCl2相对简单，将 卤水浓缩、提纯、脱水后，即可用于电 解。工艺流程见图2-2。
2.1.3 以海水为原料的炼镁工艺流程
用石灰乳沉淀Mg(OH)2；用盐酸处理 Mg(OH)2；制得MgCl2 溶液；MgCl2溶 液提纯与浓缩；电解含水氯化镁 MgCl21.5H2O
所得镁锭还可用升华精炼法、电解精炼法、区域 熔炼法等进一步制得纯度更高的镁，以供特殊用 途。
镁合金
镁合金是实际应用中最轻的金属结 构材料，但与铝合金相比，镁合金的研 究和发展还很不充分，镁合金的应用也 还很有限。目前，镁合金的产量只有铝 合金的1％。镁合金作为结构应用的最大 用途是铸件，其中90％以上是压铸件。
硅热法工艺流程
(1) 白云石要经过煅烧，由碳酸盐变为氧化物，即 MgCO3·CaCO3=CaO·MgO十2CO2↑
(2) 按煅烧白云石：硅铁：萤石粉＝80％：17％：3％ 的比例配料，经磨粉、压球后，送还原炉内进行 还原。还原温度为1200℃，真空度小于0.1mmHg。 其反应式为：
2(CaO·MgO)+Si(Fe) = SiO2 ·2CaO (Fe) +2Mg↑ (3)镁蒸气经冷凝器冷凝为粗镁，再经