制备金属镁的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备金属镁的方法，包含下列步骤：提供包含有原料室、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极及铁制阳极的离子膜电解系统，阴离子交换膜位于原料室与阳极室之间，阳离子交换膜位于原料室与阴极室之间，铁制阳极与阴极分别设在阳极室及阴极室中；将无水有机电解液、六水氯化镁水溶液及二氯化铁水溶液分别注入离子膜电解系统的阴极室、原料室及阳极室中；以及施加电解电压于铁制阳极与阴极之间，获得金属镁及浓缩的二氯化铁水溶液。由此，本发明专利技术的制备金属镁的方法兼具低能源与成本消耗及环境友善的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种湿式冶金法，特别是关于一种制备金属镁的方法。
技术介绍
呈银白色的金属镁为一种轻质的结构材料，应用时经常与铝、锰、锌、稀土金属等制成合金，基于其具备重量轻、比强度(specificstrength)高，易回收的特性，镁合金可被广泛应用于汽车零组件及携带式电子产品的外壳等方面。现有技术制备金属镁的方法有熔盐电解法及硅铁热还原法。熔盐电解法是在约700℃的还原温度下，将融熔的无水氯化镁电解制得金属镁与氯气。硅铁热还原法是在真空还原罐内以白云石为原料，并以硅铁为还原剂，以约1200℃的还原温度，将白云石中的氧化镁还原为镁蒸汽，再通过冷凝器将镁蒸汽冷凝而制得金属镁。然而，熔盐电解法每制备1千克的金属镁需要消耗约等效于20千瓦(kilowatt，kW)的能量，硅铁热还原法每制备1千克的金属镁需要消耗约等效于24千瓦的能量，且熔盐电解法及硅铁热还原法硅需通过相当高的还原温度才能制得金属镁，故利用熔盐电解法及硅铁热还原法生产金属镁需要消耗大量的能源及成本。再者，以熔盐电解法制得金属镁的同时还会伴随大量氯气的产生，而以硅铁热还原法生产金属镁则会大量排放属于温室气体的二氧化碳，故现有技术以熔盐电解法及硅铁热还原法生产金属镁都会对环境造成污染。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种制备金属镁的方法，其兼具有低能源与成本消耗及环境友善的优点。为了达到前述的专利技术目的，本专利技术所采取的技术手段是令所述制备金属镁的方法包含以下步骤：提供离子膜电解系统，该离子膜电解系统包含有原料室、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、铁制阳极及阴极，该阴离子交换膜位于该原料室与该阳极室之间，该阳离子交换膜位于该原料室与该阴极室之间，该铁制阳极与该阴极分别设在该阳极室及该阴极室中；将无水有机电解液、六水氯化镁水溶液及二氯化铁水溶液分别注入该阴极室、该原料室及该阳极室中；以及施加电解电压于该铁制阳极与该阴极之间，获得金属镁及浓缩的二氯化铁水溶液。在所述制备金属镁的方法中，该浓缩的二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁的量多于该二氯化铁水溶液所含有的二氯化铁的量。在所述制备金属镁的方法中，所述铁制阳极是指一种至少含有99.95重量百分比(wt％)的铁的铁制阳极。优选的，所述铁制阳极的铁含量至少为99.98wt％。在所述制备金属镁的方法中，优选的，所述铁制阳极含有碳及铁，以所述铁制阳极的总重量为基准，所述铁制阳极的碳含量介于0.02wt％至0.05wt％之间。在所述制备金属镁的方法中，优选的，该离子膜电解系统的阴极由不锈钢(stainlesssteel)、玻璃碳(glassycarbon)或碳气凝胶(carbonaerogel)制成。在所述制备金属镁的方法中，优选的，该无水有机电解液包含有溶剂、有机镁电解质及支持电解质，该溶剂包含选自于由乙醚(ethylether)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、2-甲基四氢呋喃(2-methyltetrahydrofuran)及环戊甲基醚(cyclopentylmethylether)所构成的群组中的醚类化合物，该有机镁电解质包含选自于由甲基氯化镁(methylmagnesiumchloride)、乙基氯化镁(ethylmagnesiumchloride)、苯基氯化镁(phenylmagnesiumchloride)、溴化烷氧基镁(alkoxymagnesiumbromide)及氯化烷氧基镁(alkoxymagnesiumchloride)所构成的群组中的镁有机化合物，该支持电解质包含氯化铝(aluminumchloride)或高氯酸锂(lithiumperchlorate)。更优选的，以该无水有机电解液的总量为基准，该有机镁电解质为0.8mol/L至2.0mol/L，且该支持电解质为0.10mol/L至0.20mol/L。再优选的，以该无水有机电解液的总量为基准，该有机镁电解质为1.0mol/L至1.5mol/L，且该支持电解质为0.12mol/L至0.15mol/L。在所述制备金属镁的方法中，优选的，以该二氯化铁水溶液的总量为基准，该二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁为0.3mol/L至0.5mol/L。更优选的，以该二氯化铁水溶液的总量为基准，该二氯化铁水溶液中所含有的二氯化铁为0.4mol/L至0.5mol/L。在所述制备金属镁的方法中，优选的，以该六水氯化镁水溶液的总量为基准，该六水氯化镁水溶液中所含有的六水氯化镁为0.3mol/L至0.5mol/L。在所述制备金属镁的方法中，优选的，该阳离子交换膜可为全氟磺酸(perfluorosulfonicacid)阳离子交换膜，但并非仅限于此。在所述制备金属镁的方法中，优选的，该阳离子交换膜上至少一面涂覆有镁离子可传导的固体聚合物电解质。在所述制备金属镁的方法中，优选的，该阴离子交换膜为均相阴离子交换膜。在所述制备金属镁的方法中，优选的，前述施加该电解电压于该铁制阳极与阴极之间，获得该金属镁及该浓缩的二氯化铁水溶液的步骤包含有：在常压、20℃至25℃的工作温度下，施加10毫安/平方厘米至25毫安/平方厘米、2伏特至5伏特的电解电压于该纯铁制阳极与阴极之间，获得该金属镁及该浓缩的二氯化铁水溶液。在所述制备金属镁的方法中，所述常压为1大气压(atm)。基于上述
技术实现思路
，所述制备金属镁的方法仅需使用5.2千瓦以下的能量即能获得1千克的金属镁，因而达到节省金属镁的生产能源及成本的优点。且所述制备金属镁的方法在制得金属镁的同时是产出该浓缩的二氯化铁水溶液，而非产出大量的氯气或二氧化碳等不利环境的气体，除了降低对环境的危害以外，该浓缩的二氯化铁水溶液中的二氯化铁还能进一步被制为三氯化铁以供污水处理的絮凝剂之用。因此，所述制备金属镁的方法兼具低能源与成本消耗及环境友善的优点。附图说明图1为本专利技术制备金属镁的方法的流程图。图2为本专利技术制备金属镁的方法所使用的离子膜电解系统的示意图。符号说明：S1、S2、S3步骤10离子膜电解系统11腔体111原料室112阳极室113阴极室12阳离子交换膜13阴离子交换膜14铁制阳极15阴极具体实施方式以下，将通过下列具体实施例详细说明本专利技术的实施方式，所属
的一般技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本专利技术所能达到的优点与功效，并且在不背离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更，以实行或应用本专利技术的内容。实施例如图1所示，本实施例的制备金属镁的方法是由如下所述的步骤完成。首先，请参考图2，如步骤S1所述，提供离子膜电解系统10。该离子膜电解系统10包含有腔体11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13、铁制阳极14及阴极15，该阳离子交换膜12为杜邦化学公司(DuPontChemicalscompany)的全氟磺酸阳离子交换膜12，且该阳离子交换膜12上至少一面涂覆有镁离子可传导的固体聚合物电解质。该阳离子交换膜12及阴离子交换膜13将该腔体11的内部分隔为原料室111、阳极室112及阴极室113，该阴离子交换膜13位于原料室111与该阳极室112之间，该阳离子交换膜位12于原料室111与该阴极室113之间，且该阴离子交换膜13为杜邦化学公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属镁的方法，其步骤包含：提供离子膜电解系统，所述离子膜电解系统包含有原料室、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、铁制阳极及阴极，所述阴离子交换膜位于所述原料室与所述阳极室之间，所述阳离子交换膜位于所述原料室与所述阴极室之间，所述铁制阳极与所述阴极分别设在所述阳极室及所述阴极室中；将无水有机电解液、六水氯化镁水溶液及二氯化铁水溶液分别注入所述阴极室、所述原料室及所述阳极室中；以及施加电解电压于所述铁制阳极与所述阴极之间，获得金属镁及浓缩的二氯化铁水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种制备金属镁的方法，其步骤包含：提供离子膜电解系统，所述离子膜电解系统包含有原料室、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、铁制阳极及阴极，所述阴离子交换膜位于所述原料室与所述阳极室之间，所述阳离子交换膜位于所述原料室与所述阴极室之间，所述铁制阳极与所述阴极分别设在所述阳极室及所述阴极室中；将无水有机电解液、六水氯化镁水溶液及二氯化铁水溶液分别注入所述阴极室、所述原料室及所述阳极室中；以及施加电解电压于所述铁制阳极与所述阴极之间，获得金属镁及浓缩的二氯化铁水溶液。2.如权利要求1所述的制备金属镁的方法，其中，以所述离子膜电解系统的铁制阳极的整体为基准，所述铁制阳极至少含有99.95重量百分比的铁。3.如权利要求1所述的制备金属镁的方法，其中，所述离子膜电解系统的阴极由不锈钢、玻璃碳或碳气凝胶制成。4.如权利要求1至3中任一项所述的制备金属镁的方法，其中，所述无水有机电解液包含有溶剂、有机镁化合物电解质及支持电解质，所述溶剂包含选自于由乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃及环戊甲基醚所构成的群组中的醚类化合物，所述有机镁化合物电解质包含选自于由甲基氯化镁、乙基氯化镁、苯基氯化镁、溴化烷氧基镁及氯化烷氧基镁所构成的群组中的镁有机化合物，所述支持电解质包含氯化铝或高氯酸锂。5.如权利要求4所述的制备金属镁的方法，其中，以所述无水有机电解液的总量为基准，所述有机镁化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张无量，张特瑞莎，张君，
申请(专利权)人：张无量，
类型：发明
国别省市：上海;31