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青海省盐湖钾镁资源丰富,柴达木盆地有盐湖75个,以钾、钠、镁、硼、锂为主体的盐类资源总储量达3283亿吨,镁盐储量为48.15亿吨,其中氯化镁储量为31.43亿吨。察尔汗盐湖区也是我国目前正在开发的最大的钾肥工业基地。在钾肥生产过程中,每生产1吨氯化钾可副产8~10吨氯化镁。目前氯化钾提出后的老卤主要成分为氯化镁,长期以来我国对青海盐湖资源的开发利用仅停留在KCl资源的利用上,在提取KCl的过程中有10倍于钾肥的老卤MgCl2重新排入盐湖中,如何综合利用氯化镁已成为急需解决的问题,否则不仅会造成镁资源的巨大浪费,而且会对盐湖卤水的资源结构造成不良影响,不利于盐湖资源的可持续开发利用。
我国是稀土资源和生产大国,但国内稀土年消耗量却不到3万吨,应用有限,发展不平衡,尤其是提取镨、钕后剩余的镧、铈轻稀土以及提取镝、铽、镥后剩余的富钇稀土大量积压,迫切需要寻找新的应用领域。
本文寻找了一个新方法来综合利用青海盐湖水氯镁石和我国丰富的稀土资源,即电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金。电解法生产镁具有很多优点,但是传统电解法所用的原料无水氯化镁的制备工艺条件苛刻,最后两个结晶水的脱除很困难,导致电解法生产金属镁的成本高,镁产品缺乏竞争力。针对这种情况本文采用直接电解MgCl2·2H2O的方法,避开脱除最后两个结晶水的工艺步骤,避免完全脱水的困难,大大降低了原料生产成本。实验过程采用CeCl3、NdCl3作为作添加剂,通过共沉析的方法制备稀土镁合金,简化了工艺步骤,还可以有效利用提取镨、钕后大量剩余的铈稀土,使稀土元素铈可以得到广泛应用,将产生很好的经济效益。
本实验采用MgCl2-NaCl-KCl-CeCl3体系和MgCl2-NaCl-KCl-NdCl3体系电解生产稀土镁合金。研究表明,采用此两种体系电解熔融水合氯化镁的方法生产稀土镁合金是可行的。在100A电解槽上,选择较佳电解质成分,进行了阴极电流密度、电解温度、极距对电流效率的影响实验研究,并对加料配比对实验结果的影响进行了探讨。当电流密度1.5A·cm-2,电解温度700℃,极距4.2cm时,电流效率可达到48%。
我国金属镁工业目前正处于重要的发展时期,镁工业的发展最终取决于生产成本和产品性能。以不完全脱水氯化镁和氯化稀土为原料,通过电解直接制备附加值高的稀土镁合金,将资源优势转为技术优势和经济优势,这对促进我国国防工业、汽车工业和电子工业的发展,都具有重要意义。