CN103173785B - 一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，该方法是指将低共熔溶剂升温至20~70℃，在此温度下按溶剂质量的0.3~1.5%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；所述溶液在工作电极为铜、铝、银、镍片电极中的任意一种、恒电位-2.4~-2.9V的条件下沉积0.5~3.5h，即得金属镁或镁合金。本发明采用的电沉积制度简单，沉积效果好，易于实施。

Description

一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法

技术领域

本发明涉及一种制备金属镁的方法，尤其涉及一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法。

背景技术

电解法生产金属镁是镁产业的发展趋势，电解法是电解高温熔融态的无水氯化镁来生产金属镁，其电解工艺是成熟的技术，它的关键在于获得优质廉价的无水氯化镁，其水分和氧化镁含量均要严格控制在0.5%以内，这成为常规电解炼镁的瓶颈问题。由于六水氯化镁空气中脱水至二水氯化镁后，继续脱水便会产生氧化镁、盐酸以及水解产物。氧化镁不利于电解，盐酸对设备产生严重的腐蚀并降低镁的利用率。

目前以六水氯化镁生产无水氯化镁的方法主要有：氯化氢气氛保护脱水和氨法脱水。挪威Norsk Hydro公司开发了水氯镁石氯化氢气氛保护流态化脱水工艺，虽在工业中得到应用，但仍然存在问题。国内在这方面也开展了很多研究，但一直没能解决设备腐蚀、工艺控制等问题。氨法脱水工艺多种多样，由于方法的局限性，到目前为止没有一种工艺应用于工业生产中。

利用盐湖氯化镁资源电解制备金属镁，是高值化利用盐湖水氯镁石资源的重要途径。在利用盐湖水氯镁石制备金属镁时，寻找可实现电沉积金属镁的离子液体或低共熔溶剂，具有广阔的应用前景和重要的现实意义。

作为一种新型电解溶剂，离子液体或低共熔溶剂以其绿色环保、低耗能引起广泛的关注和研究，被用于多种金属单质和合金的制备。

与其它溶剂相比，离子液体或低共熔溶剂具有宽的电化学窗口、可室温操作、不挥发、导热导电性良好等优点。一种可应用于电解制备金属镁的含镁离子液体或低共熔溶剂，可以使现有的电解法从700℃以上降至室温，降低能耗，减少设备腐蚀和环境污染，得到无氢无氧的金属，实现冶金过程的绿色生产。

由于离子液体或低共熔溶剂是多种无机盐、有机物和高分子材料的优良溶剂，选择合适的添加剂及电沉积条件是电沉积金属的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易于实施的利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，其特征在于：将低共熔溶剂升温至20~70℃，在此温度下按溶剂质量的0.3~1.5%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；所述溶液在工作电极为铜、铝、银、镍片电极中的任意一种、恒电位-2.4~-2.9V的条件下沉积0.5~3.5 h，即得金属镁或镁合金；

其中：所述低共熔溶剂是指将氯化胆碱在20℃~70℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在20℃~70℃下加入到所述混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；所述氯化胆碱加入量为所述N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10~80%；所述六水氯化镁加入量为所述混合溶液质量的10~70%；所述其它金属氯化物加入量为所述混合溶液质量的5~50%；

所述其它金属氯化物为氯化锂、氯化锌、氯化铜、氯化镍、氯化铬和氯化铝中的一种；

所述添加剂为硼酸、氯化铵、柠檬酸中的任意一种。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明低共熔溶剂中含有N，N-二甲基甲酰胺（DMF），因此，该低共熔溶剂具有室温化学性质稳定、电化学性质稳定、抗水影响能力强等特点（参见表1）。

表1

2、本发明采用的电沉积制度简单，沉积效果好，易于实施。

具体实施方式

实施例1    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至20℃，在此温度下按溶剂质量的0.3%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为铜片电极、恒电位-2.4V的条件下沉积0.5 h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在20℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在20℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的10%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的5%。

其它金属氯化物为氯化锂；添加剂为硼酸。

实施例2    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至70℃，在此温度下按溶剂质量的1.5%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为铝片电极、恒电位-2.9V的条件下沉积3.5 h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在70℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在70℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的80%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的70%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的50%。

其它金属氯化物为氯化锌；添加剂为氯化铵。

实施例3    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至50℃，在此温度下按溶剂质量的0.8%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为银片电极、恒电位-2.5V的条件下沉积2.5 h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在50℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在50℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的20%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的40%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的30%。

其它金属氯化物为氯化铜；添加剂为柠檬酸。

实施例4    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至40℃，在此温度下按溶剂质量的0.5%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为镍片电极、恒电位-2.8V的条件下沉积2.0 h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在40℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在40℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的70%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的50%。

其它金属氯化物为氯化镍；添加剂为硼酸。

实施例5    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至30℃，在此温度下按溶剂质量的1.2%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为铜片电极种、恒电位-2.6V的条件下沉积1.5 h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在30℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在30℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的10%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的30%。

其它金属氯化物为氯化铬；添加剂为氯化铵。

实施例6    一种利用新型镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，将低共熔溶剂升温至60℃，在此温度下按溶剂质量的0.6%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；该溶液在工作电极为铜片电极种、恒电位-2.7V的条件下沉积3h，即得金属镁或镁合金。

其中：低共熔溶剂是指将氯化胆碱在60℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在60℃下加入到混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；氯化胆碱加入量为N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10%；六水氯化镁加入量为混合溶液质量的10%；其它金属氯化物加入量为混合溶液质量的30%。

其它金属氯化物为氯化铝；添加剂为柠檬酸。

上述实施例1~6中各物质质量单位均为g。

Claims (1)

1.一种利用镁低共熔溶剂电解制备金属镁的方法，其特征在于：将低共熔溶剂升温至20~70℃，在此温度下按溶剂质量的0.3~1.5%加入添加剂，经搅拌得到均一、稳定的溶液；所述溶液在工作电极为铜、铝、银、镍片电极中的任意一种、恒电位-2.4~-2.9V的条件下沉积0.5~3.5 h，即得金属镁或镁合金；

其中：所述低共熔溶剂是指将氯化胆碱在20℃~70℃下加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后得到混合溶液；然后将六水氯化镁及其它金属氯化物在20℃~70℃下加入到所述混合溶液中，不断搅拌，直到全部溶解后即得；所述氯化胆碱加入量为所述N，N-二甲基甲酰胺溶液质量的10~80%；所述六水氯化镁加入量为所述混合溶液质量的10~70%；所述其它金属氯化物加入量为所述混合溶液质量的5~50%；

所述其它金属氯化物为氯化锂、氯化锌、氯化铜、氯化镍、氯化铬和氯化铝中的一种；

所述添加剂为硼酸、氯化铵、柠檬酸中的任意一种。