CN102992360A - 利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:(a)将氧化镁和氯化铵均匀混合,以制备氧化镁和氯化铵的混合物;(b)将氯化物原料加热至熔融状态以得到熔融液,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;(c)将在步骤(a)中得到的氧化镁和氯化铵的混合物与步骤(b)中得到的熔融液混合,并且随后进行脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。本发明可缩短电解法生产金属镁的生产流程、提高生产效率、降低生产成本,以及降低环保投入成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,采用本方法制备的含无水氯化镁的电解质熔体可以直接供电解法生产金属镁使用。
背景技术
采用电解氯化镁生产金属镁的关键环节是制备无水氯化镁。制备无水氯化镁的方法有:
(1)氧化镁氯化制备无水氯化镁法(IG Farben法),它是将氧化镁和还原剂炭的团块在电加热竖炉内与氯气反应(约800℃)以制备熔融无水氯化镁,其缺点是生产效率低、氯气利用率低以及尾气处理投入大,且排气中存有氯化烃类。专利US4269816提出一种轴式炉氯化方法,它是采用一氧化碳作还原剂在高温、氯气作用下直接从块状菱镁矿制得熔融无水氯化镁,它的优点是省去了菱镁矿制得氧化镁的煅烧工序与氧化镁和炭混合制团块的工序,但要求非常纯的菱镁矿原料,并且它仍然存在着生产效率低、氯气利用率低以及尾气处理投入大以及排气中存有氯化烃类的缺点。
(2)在1994年由美国专利US5279716公布的利用氧化镁制备电解镁的方法是:
采用MgCl2-NdCl3稀土氯化物熔盐电解质体系,在高温下发生如下反应:
MgO+NdCl3→MgCl2+NdOCl
在电极上氯化镁进行电解反应:
MgCl2→Mg+Cl2
阳极生成的氯气与NdOCl和碳电极共同作用生成CO2或CO和NdCl3,反应如下:
NdOCl+C+Cl2→NdCl3+CO
2NdOCl+C+2Cl2→2NdCl3+CO2
该熔盐电解质提高了MgO在电解质中的溶解度,该方法适合于纯氧化镁电解和高含量氧化镁的氯化镁料的电解工艺,但利用稀土氯化物作为电解质主要成分,其价格昂贵,使得工业电解MgO成本高。
(3)在氯化氢气氛下水合氯化镁加热脱水制备无水氯化镁方法。NorskHydro专利US3742199描述了一种从浓缩氯化镁卤水生产无水氯化镁颗粒的方法,它包括a)将MgCl2卤水蒸发浓缩至55%MgCl2;b)将浓缩的氯化镁卤水制成适合于流化床工艺所需大小的MgCl2·(4~6)H2O颗粒;c)将MgCl2·(4~6)H2O颗粒在200℃下流化床内热空气脱水制得MgCl2·2H2O粉末;d)将MgCl2·2H2O粉末在300℃下,用无水氯化氢气体进行多级流化床脱水后制得无水MgCl2粉末(MgO和H2O的重量比分别小于0.2%)。该方法需要大量氯化氢气体循环,如脱水需50倍的理论量,工艺设施复杂、腐蚀严重、基本投资很大、运行成本高。
(4)氨法制备无水氯化镁。一种方法是采用水做介质的方法,专利US3092450和US4228144对该法进行了详细描述:在含有氨的水溶液中加入氯化镁和氯化铵的水溶液,在低温(-50-0℃)下反应生成MgCl2·6NH3沉淀,经甲醇洗涤后加热脱氨制得无水氯化镁。该方法的主要缺点是反应转化率低、能耗高、氨消耗量大。另一种方法是采用有机溶剂为介质的方法,专利US2381995、US3352634及CN1135743A对该法进行了详细描述:将水合氯化镁溶于乙二醇中制得氯化镁乙二醇溶液,通过真空蒸馏制得无水氯化镁乙二醇溶液,经氨化形成MgCl2·6NH3沉淀,然后洗涤、脱氨制得无水氯化镁,但由于高沸点醇中MgCl2·6NH3溶解度高导致MgCl2·6NH3沉淀率低,并且氨、有机溶剂需求量高。
(5)熔融氯化脱水制备无水氯化镁熔体。一种方法是采用氯化剂为氯气的方法,如专利US3953574公开了一种生产熔融无水氯化镁的方法,它利用含有MgO和H2O分别为5重量%的喷雾干燥MgCl2粉末与固体炭还原剂和氯气在800℃下进行反应。实现这一过程是在两个串联的矩形炉内完成,最终得到的MgCl2熔融液含低于0.5重量%的MgO,但氯气利用率低。US4981674专利是将喷雾干燥的MgCl2粉末、菱镁矿或氧化镁加入750-850℃的MgCl2熔融液中,气体反应剂氯气和一氧化碳通过熔融MgCl2池中的气体分布器进入熔融液形成细小气泡与池内的氧化镁反应,可使氧化镁含量降低到0.1重量%以下,但仍存在气体反应剂利用率不高。另一种方法是采用氯化剂为氯化氢气体的方法,如日本专利32-9052描述了将水合氯化镁加入含氯化镁的电解液(25%MgCl2)中,同时在750℃下注入无水氯化氢气体,制得无水氯化镁熔体,但制得的氯化镁电解液电解将消耗比较多的石墨,生产每吨金属镁要消耗13-15Kg石墨,石墨消耗量大暗示了MgO的含量高。加拿大诺兰大冶炼公司的专利CN1146757A公开了一种直接从水合氯化镁供料生产含无水氯化镁熔融液或电解液的方法,它是将水合氯化镁从镁电解池供入含熔融电解液的炉内以产生熔融液,炉温保持在450-650℃,同时将无水氯化氢气体注入熔融液中,并搅拌熔融液以分散注入气体,保持熔融液中氧化镁呈悬浮态,使氯化镁脱水并与氧化镁反应,得到富集无水氯化镁的熔融液,熔融液中的氧化镁含量不大于0.2重量%(以100重量%的氯化镁计)。利用气体氯化剂(HCl或Cl2)在熔融液中制备含无水氯化镁熔体主要存在下列问题:a)气体氯化剂利用率不高,因为气体在熔融液中不易实现均匀分散,并且在整个熔融液中需要保持足够的氯化气体浓度才能使氧化镁转化为氯化镁,尤其熔融液中氧化镁含量低时气体氯化剂利用率很低;b)脱水时得到的含水氯化氢气体的循环使用需要一个复杂的干燥系统,并且这个系统造价和运行成本都很高。
先进的镁电解池要求严格密封,如Norsk Hydro单级池(US4308116)和Alcan多级池(US4560449),这样可防止湿气浸入,这种密封电解池优点为电耗相对低(约10kWh/Kg-Mg,Dow电解池约为15kWh/Kg-Mg)、石墨电极消耗很低(一般不需更换)、不产生淤泥、氯气纯度高(大于95%,Dow电解池排出Cl2小于30%),但是它要求含无水氯化镁的电解液中MgO含量很低(以100重量%的氯化镁计,氧化镁最好不超于0.1重量%)。可见,降低电解镁生产成本的关键环节就是以相对简单的工艺实现经济、高效地制备MgO含量很低的无水氯化镁的电解质熔体。
发明内容
基于以上问题,本发明人进行了深入细致的工作,提供了一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,通过所述方法可以在相对简单的工艺条件下制备含无水氯化镁的电解质熔体,在某些优选条件下可以制备MgO含量小于0.1重量%的含无水氯化镁的电解质熔体。
在本发明的第一方面中,本发明提供一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁、氯化铵以及氯化物原料均匀混合,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(b)将步骤(a)中得到的产物脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
在本发明的第二方面中,本发明提供一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁和氯化铵均匀混合,以制备氧化镁和氯化铵的混合物;
(b)将氯化物原料加热至熔融状态以得到熔融液,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(c)将在步骤(a)中得到的氧化镁和氯化铵的混合物与步骤(b)中得到的熔融液混合,并且随后进行脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
本发明的优点在于:(1)原料氯化铵价格便宜、易回收,制得的熔盐中氧化镁等不溶物占无水氯化镁的质量百分数可小于0.1%,满足先进的镁电解池要求;(2)制得的熔盐中无水氯化镁的质量百分数可达20%;(3)工艺简单,易操作控制。
另外,本发明可缩短电解法生产金属镁的生产流程、提高生产效率、降低生产成本,以及降低环保投入成本。
具体实施方式
在本发明中,除非另外指出,术语“含无水氯化镁的电解质熔体”是指根据本发明方法制备的包含无水氯化镁作为主要组分的电解质熔体。除无水氯化镁以外,所述含无水氯化镁的电解质熔体还可以包含氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化钡、氟化钙。其中基于100重量%的含无水氯化镁的电解质熔体中所含的氯化镁计,氧化镁的含量小于0.5重量%(即,对于普通电解法生产金属镁的工艺而言可以接受的电解质熔体中所含氧化镁的含量的上限),优选小于0.1重量%。因此,根据本发明方法制备的含无水氯化镁的电解质熔体可以直接供电解法生产金属镁使用。
另外,在本发明中,除非另外指出,所述含无水氯化镁的电解质熔体中的氧化镁(MgO)的含量是指以100重量%的无水氯化镁计的氧化镁的重量百分数。
本发明提供了一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁、氯化铵以及氯化物原料均匀混合,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(b)将步骤(a)中得到的产物脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
根据本发明的某些优选实施方案,在上述方法的步骤(a)中,
当采用氯化钾作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾和氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾、氯化钠和氯化钙作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钙的加料量小于6.00重量份。
对本发明方法中所采用的原料(例如,氧化镁、氯化铵、氯化钾、氯化钠和氯化钙等)没有具体限制,它们均可以采用普通商购产品。所述原料优选处于粉末形式,对所述粉末的粒径没有特别限制,只要不影响将其均匀混合即可。
根据本发明的某些优选实施方案,本发明的上述方法中的所述脱水在450℃-800℃,优选700℃-750℃的温度下进行0.5至5小时。
在上述方法中,(a)将氧化镁、氯化铵以及氯化物原料均匀混合,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;(b)将步骤(a)中得到的产物加热到450℃-800℃的温度,保持0.5至5小时,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。上述反应的机理据推测如下:氧化镁与氯化铵或者氯化物熔盐(氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙)在150℃-500℃下固溶形成容易脱水的氯化物固熔体,利用固熔体中结晶水与氯化镁结合较弱容易脱去的特点,在150℃-550℃间逐步脱去结晶水和氯化铵。并通过在该温度段内氯化物混合物料烧结致密化,在高温减缓了氯化铵逸出速度,使得脱水后期物料周围能保持较高的P氯化氢/P水(即,氯化氢压力与水压力的比率)。并且脱水产物固熔体不易吸水,极大地保护了初期形成的不稳定的无水氯化镁。其中,在步骤(b)中,作为废料排出了氯化铵。可以将在步骤(b)中排出的氯化铵返回到步骤(a)中以循环利用,从而降低生产成本、提高生产效率。
另外,本发明提供了一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁和氯化铵均匀混合,以制备氧化镁和氯化铵的混合物;
(b)将氯化物原料加热至熔融状态以得到熔融液,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(c)将在步骤(a)中得到的氧化镁和氯化铵的混合物与步骤(b)中得到的熔融液混合,并且随后进行脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
根据本发明的某些优选实施方案,在本发明方法的步骤(a)和步骤(b)中,
当采用氯化钾作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾和氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾、氯化钠和氯化钙作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钙的加料量小于6.00重量份。
对本发明方法中所采用的原料(例如,氧化镁、氯化铵、氯化钾、氯化钠和氯化钙等)没有具体限制,它们均可以采用普通商购产品。所述原料优选处于粉末形式,对所述粉末的粒径没有特别限制,只要不影响将其均匀混合即可。
根据本发明的某些优选实施方案,本发明的上述方法中的所述脱水在450℃-800℃,优选600℃-650℃的温度下进行0.5至3小时。
在上述方法中,(a)将氧化镁和氯化铵均匀混合,以制备氧化镁和氯化铵的混合物;(b)将氯化物原料加热至熔融状态以得到熔融液,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;(c)将在步骤(a)中得到的氧化镁和氯化铵的混合物与步骤(b)中得到的熔融液混合,并且随后加热到450℃-800℃的温度,保持0.5至3小时,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。上述反应的机理据推测如下:氧化镁与氯化铵在低温形成低水铵光卤石(NH4Cl·MgCl2·nH2O,其中n≤6),利用铵光卤石中结晶水与氯化镁结合较弱容易脱去的特点,在150℃-550℃间逐步脱去结晶水和氯化铵,并通过水蒸汽和氯化氢气体通过上层氯化物熔盐的时间段和扩散系数的差异,使得脱水后期低水铵光卤石物料周围能保持较高的P氯化氢/P水(即,氯化氢压力与水压力的比率),使脱水顺利进行而不发生水解。产物无水氯化镁在形成的初期与上层氯化物熔盐形成固熔体(400℃-600℃),极大地保护了初期形成的不稳定的无水氯化镁。其中,在步骤(c)中,作为废料排出了氯化铵。可以将在步骤(c)中排出的氯化铵返回到步骤(a)中以循环利用,从而降低生产成本、提高生产效率。
另外,在目前常规的电解法生产金属镁工艺中,在温度为680℃-750℃的条件下,采用MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2-CaF2为电解质,在外加电场的作用下,镁离子在阴极还原产生金属镁,阳极氯离子氧化产生氯气。其中,原料无水氯化镁(占熔盐体系质量的8%-15%)中的氧化镁含量要小于无水氯化镁重量的0.5%。当电解一段时间后熔体中氯化镁的含量减少到低于电解要求(低于8重量%)时,排除废电解液,重新加料电解。其中,在电解法生产金属镁工艺的最后产生含有某些氯化物的处于熔融状态的废料,所述选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙。可以将所述熔融状态的废料再循环到步骤(b)以代替步骤(b)中使用的熔融液,从而可以进一步降低生产成本、提高生产效率。
测试方法
根据下列方法对本发明中制备的含无水氯化镁的电解质熔体进行测试。
水溶法:将一定量的含氯化镁的电解质熔体冷却至室温后置于1L的去离子水中。采用电磁搅拌器(型号:90-4数显控温磁力搅拌器;厂家:上海振荣科学仪器有限公司)将样品搅拌至完全溶解,然后静置24小时。用3张Φ90mm的定量滤纸(杭州特种纸业有限公司)对得到的溶液反复过滤三次并用去离子水对沉淀进行冲洗,另外称取三张同等规格同等质量的定量滤纸(参比滤纸)与含有沉淀物的滤纸(实验滤纸)一起放入干燥箱中,在80℃每隔0.5h对实验滤纸和参比滤纸的质量在电子天平(型号:204B;厂家:上海精密科学仪器有限公司)上进行称量并取它们的差值。称量三次,取三次差值的平均值作为沉淀量的实测值。沉淀量的实测值与理论计算的熔体中无水氯化镁质量的比值即为氧化镁含量。
滴定法:对熔盐体系中的镁离子和氯离子的含量进行测定,测定方法见GB/T 15428-95《工业循环冷却水中Ca2+和Mg2+的测定-EDTA滴定法》和GB/T 15453-95《工业循环冷却水中氯离子的测定-硝酸银滴定法》。用镁离子和氯离子的实测含量和理论含量进行对比以确定反应的效果。
另外,使用X射线衍射仪(型号:X′Pert PRO MPD;厂家:Philips)采用X射线衍射(XRD)确定固态电解质熔体中氯化镁的存在形式。
将滴定法和水溶法结合判断熔体中镁离子和氯离子的含量。
以上根据滴定法和水溶法判断含无水氯化镁的电解质熔体中氧化镁和氯化镁的含量的方法的前提条件是熔体中不能存在MgOHCl。在本发明中,使用傅里叶变换红外光谱仪(型号:Spectrum GX;厂家:PerkinElmer)采用傅里叶变换红外光谱分析(IR)判断熔体中是否存在MgOHCl。其中,MgOHCl出现的特征波段在3550cm-1-3720cm-1的范围内[数据来源见文献:S.Kashani-Nejad,K-W.Ng,et al.(2004).″用红外光谱表征MgOHCl/MgO混合物(Characterization of MgOHCl/MgO mixture with infrared spectroscopy(IR).)″镁技术(Magnesium Technology)2004]。
实施例
为了更具体地说明本发明,以下给出本发明的实施例,但是本发明不限于所述实施例。
原料:
在本发明中所使用的原料均为可商购产品,包括:
氧化镁:国药集团化学试剂有限公司,纯度≥98.5%;
氯化钾(分析纯):西陇化工股份有限公司,纯度≥99.5%;
氯化钠(分析纯):西陇化工股份有限公司,纯度≥99.5%;
氯化钙(分析纯):北京北化精细化学品有限责任公司,纯度≥96%;
氯化铵(分析纯):西陇化工股份有限公司,纯度≥99.5%。
实施例1
将21.0g氧化镁和84.6g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将97.8g氯化钾平均加入到6个50ml坩埚中,升温至780℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到了147.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钾的加料量为4.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.09%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例2
将21.0g氧化镁和84.6g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将76.8g氯化钠平均加入到6个50ml坩埚中,升温至810℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到126.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钠的加料量为3.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.41%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例3
将21.0g氧化镁和84.6g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将167.4g氯化钾和131.4g氯化钠平均加入到6个50ml坩埚中,升温至750℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到了348.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,氯化钾的加料量为7.97重量份,而氯化钠的加料量为6.26重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.07%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例4
将21.0g氧化镁和112.8g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将167.4g氯化钾和131.4g氯化钠平均加入到6个50ml坩埚中,升温至750℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到了348.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为5.37重量份,氯化钾的加料量为7.97重量份,而氯化钠的加料量为6.26重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.06%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例5
将21.0g氧化镁和141.0g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将167.4g氯化钾和131.4g氯化钠平均加入到6个50ml坩埚中,升温至750℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到了348.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为6.71重量份,氯化钾的加料量为7.97重量份,而氯化钠的加料量为6.26重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.07%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例6
将21.0g氧化镁和84.6g氯化铵平均加入到6个50ml的坩埚中并且均匀混合,以得到混合物。然后,将167.4g氯化钾、131.4g氯化钠和49.8g氯化钙平均加入到6个50ml坩埚中,升温至780℃以形成熔融状态,从而得到熔融液。然后将该熔融液缓慢倒入盛有氧化镁和氯化铵的混合物的坩埚中,使得熔融液完全覆盖该混合物。将坩埚加上盖子并且在室温下静置2~3min后,将其放入720℃的炉子中保温1.5h,这样得到了398.5g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,氯化钾的加料量为7.97重量份,氯化钠的加料量为6.26重量份,而氯化钙的加料量为2.38重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO和CaO。
沉淀用滴定法对其量进行分析,氧化镁质量占熔体中无水氯化镁质量的0.35%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例7
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、97.8g氯化钾在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了147.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钾的加料量为4.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.07%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例8
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、97.8g氯化钾在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至710℃,然后恒温0.5h,这样得到了147.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钾的加料量为4.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.10%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例9
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、76.8g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了126.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钠的加料量为3.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.35%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例10
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、76.8g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至710℃,然后恒温0.5h,这样得到了126.7g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,而氯化钠的加料量为3.66重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.38%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例11
将21.0g氧化镁、70.2g氯化铵、111.6g氯化钾和87.6g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了249.1g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为3.35重量份,氯化钾的加料量为5.31重量份,而氯化钠的加料量为4.17重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.10%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例12
将21.0g氧化镁、70.2g氯化铵、111.6g氯化钾和87.6g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至710℃,然后恒温0.5h,这样得到了249.1g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为3.35重量份,氯化钾的加料量为5.31重量份,而氯化钠的加料量为4.17重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.08%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例13
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、111.6g氯化钾和87.6g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了249.1g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,氯化钾的加料量为5.31重量份,而氯化钠的加料量为4.17重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.07%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例14
将21.0g氧化镁、112.8g氯化铵、111.6g氯化钾和87.6g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了249.1g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为5.37重量份,氯化钾的加料量为5.31重量份,而氯化钠的加料量为4.17重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.05%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例15
将21.0g氧化镁、141.g氯化铵、111.6g氯化钾和87.6g氯化钠在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了249.1g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为6.71重量份,氯化钾的加料量为5.31重量份,而氯化钠的加料量为4.17重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO。
用水溶法对得到的沉淀的量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.16%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
实施例16
将21.0g氧化镁、84.6g氯化铵、114.0g氯化钾、89.4g氯化钠和25.2g氯化钙在研钵中均匀研磨混合,然后平均装入6个50mL的坩埚中。将坩埚加盖后置于加热炉中升至750℃,然后恒温0.5h,这样得到了278.5g含无水氯化镁的电解质熔体。在该实施例中,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为4.03重量份,氯化钾的加料量为5.43重量份,氯化钠的加料量为4.26重量份,而氯化钙的加料量为1.19重量份。
根据上述测量方法对得到的含无水氯化镁的电解质熔体进行表征。其结果如下:
对熔体水溶液沉淀成分进行XRD物相分析,沉淀成分为MgO和CaO。
沉淀用滴定法对其量进行分析,其结果为:氧化镁的重量是熔体中无水氯化镁的重量的0.46%。
对熔体进行红外光谱分析,结果显示在MgOHCl出现的特征波段3550cm-1-3720cm-1未发现波峰。
由以上实施例的结果可以看到,在根据本发明的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法所制备的含无水氯化镁的电解质熔体中,可以将有害物质氧化镁相对于无水氯化镁的含量控制到作为工业应用的上限的0.5重量%。另外,在经过优化以后,可以将有害物质氧化镁相对于无水氯化镁的含量控制到0.1重量%以下,达到了世界先进电解镁工艺对原料的要求。
本领域技术人员应当理解,在不背离本发明范围的情况下,可以进行多种修改和改变。这样的修改和改变意欲落入如后附权利要求所限定的本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁、氯化铵以及氯化物原料均匀混合,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(b)将步骤(a)中得到的产物脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
2.根据权利要求1所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中,在步骤(a)中,
当采用氯化钾作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾和氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾、氯化钠和氯化钙作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钙的加料量小于6.00重量份。
3.根据权利要求1所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中所述脱水在450℃-800℃的温度下进行0.5至5小时。
4.根据权利要求1所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中将在步骤(b)中排出的氯化铵返回到步骤(a)中。
5.一种利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,所述方法包括:
(a)将氧化镁和氯化铵均匀混合,以制备氧化镁和氯化铵的混合物;
(b)将氯化物原料加热至熔融状态以得到熔融液,所述氯化物原料选自由下列各项组成的组中的一种:氯化钾;氯化钠;氯化钾和氯化钠;以及氯化钾、氯化钠和氯化钙;
(c)将在步骤(a)中得到的氧化镁和氯化铵的混合物与步骤(b)中得到的熔融液混合,并且随后进行脱水,以制备含无水氯化镁的电解质熔体。
6.根据权利要求5所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中,在步骤(a)和步骤(b)中,
当采用氯化钾作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾和氯化钠作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份;
当采用氯化钾、氯化钠和氯化钙作为所述氯化物原料时,以氧化镁的加料量为1.00重量份计,氯化铵的加料量为2.50-15.00重量份,氯化钾的加料量为2.00-15.00重量份,氯化钠的加料量为2.00-15.00重量份,而氯化钙的加料量小于6.00重量份。
7.根据权利要求5所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中所述脱水在450℃-800℃的温度下进行0.5至3小时。
8.根据权利要求5所述的利用氧化镁直接制备含无水氯化镁的电解质熔体的方法,其中将在步骤(c)中排出的氯化铵返回到步骤(a)中。
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