卤水炼镁(extraction of magnesium from brine)

以含氯化镁的卤水为原料，用熔盐电解法炼镁生产金属镁的方法。直接用海水作为炼镁原料，因物料流量大，需要庞大的生产设备和昂贵的处理费用，而以提钾残液——卤水或大盐湖水为原料，因它们含镁量分别比海水高10余倍或6～7倍，是比海水更经济的炼镁原料。

卤水一般含MgCl₂ 33％，还含MgSO₄、NaCl、KCl、MgO、CaO、溴化物、铁、硼、铜等物质。但氯化镁溶液用热气流脱水只能获得MgCl₂•2H₂O，并会水解产生少量MgO。工业上有两种制取无水氯化镁的方法，即一次脱水产物在氯化氢气氛中进行二次脱水制取粒状氯化镁，或经二次熔融彻底脱水制取熔体氯化镁。因此，卤水炼镁有无水氯化镁颗粒电解炼镁和无水氯化镁熔体电解炼镁两种方法。

无水氯化镁颗粒电解炼镁   挪威诺斯克希德罗公司(Norsk Hydro A／S)于60年代初开展了卤水炼镁新工艺的研究，几经改进，至1969年对卤水氯化氢法制取氯化镁进行了为期一年的半工业试验，与此同时建设了12万A的新结构电解槽，用所产的氯化镁进行电解，取得良好效果。继而于1977年建成卤水氯化氢法脱水与25～30万A无隔板电解槽的新生产系列，于1978年投产，其工艺流程如图1。这种方法主要包括无水氯化镁颗粒制取和无水氯化镁熔盐电解两道作业。

无水氯化镁颗粒制取   先将氯化钙和硫化钠加入卤水中进行脱硫，生成硫酸钙和重金属硫化物沉降经过滤排出。往滤液通入氯和空气的混合气体除溴，再加入BaCl₂溶液进行净化处理进一步除去SO₄^2–及重金属杂质。若卤水含硼量高，则需经过溶剂苹取除硼处理。最后获得的净化卤水经加热和真空蒸发，除去水分，得浓缩卤水。浓缩卤水送造粒塔喷雾固化，制成0.5～2mm粒度的MgCl₂•(3.5～5)H₂O。这种粒度的MgCl₂•(3.5～5)H₂O具有良好的物理性能，贮存于料仓内待用。

氯化镁颗粒采用二段热空气(453～523K)脱水，由低温到高温在两台流态化炉中进行，产出含MgO小于1％的MgCl₂•2H₂O一次颗粒料。一次颗粒料加入二次脱水的流态化炉内，并通以603K温度的氯化氢气(含HCl 99.5％)使之彻底脱水，最终获得含MgCl₂大于95％、MgO小于0.2％、H₂O 0.2％～0.4％的无水氯化镁颗粒。无水氯化镁颗粒用干燥空气送至料仓内贮存。流态化炉尾气主要为含水分的湿氯化氢，送回收系统，采用氯盐解析工艺，并用浓盐酸补充HCl损耗，产出的纯氯化氢(99．5％)再返回用于氯化氢气下二次脱水过程。

挪威的诺斯克希德罗公司又采用以中国的菱镁矿为原料，经盐酸溶解制取氯化镁溶液，再经脱水制取无水氯化镁颗粒的电解工艺，在加拿大的贝坎库尔(Becancour)建厂，于1989年投产。这种工艺省去了原先用卤水原料，需经除硫、溴、重金属等杂质的复杂过程。

无水氯化镁颗粒熔盐   电解1978年挪威诺斯克希德罗公司以无水氯化镁颗粒为原料于25万A无隔板电解槽中进行熔盐电解，电解质含MgCl₂约13％、KCl 3％～4％、CaCl₂约40％、NaCl约44％，电解温度1003～1013K，电流效率在90％以上。

按电解质含MgCl₂ 13％将电解槽分组，以电子计算机控制。基本上采用连续加料方式。定期分析电解质组成，并进行调整。每天定时用真空抬包汲出电解镁(简称粗镁)，送精炼铸锭(见镁精炼)。

1984年诺斯克希德罗公司将电解槽电流强度增至29～30万A，这是当代镁工业生产中容量最大的无隔板电解槽。电解槽的特点是电流强度大，槽上盖中部设有与给料管相接的加料室和与排氯导管相接的氯气室，槽前部有盖严的出镁孔与开动期的加料孔，整个电解槽全部密闭。采用密闭电解槽后，防止了电解质中的氯化镁与空气接触产生水解，因而渣量极少，出渣周期为3～6个月一次。此外，由于阳极产出的氯气浓度高，除去升华物后，能液化成液氯，液化率达98％～99％。以无水氯化镁颗粒为电解原料的卤水炼镁工艺技术先进，全流程实现密闭自动控制，对环境污染小，电解能耗也低(见熔盐电解法炼镁)。

无水氯化镁熔体电解炼镁   美国铅公司(Lead Corp of America)于1964年开始利用犹他州大盐湖水进行炼镁的研究工作，并于1969年筹建罗莱(Row Ley)镁厂，1971年投产，1989年9月后因从属关系变更，现称美国镁公司罗莱镁厂。该厂除生产金属镁外，还副产氯气、氯化钠、硫酸钙、钾盐及锂盐等，其工艺流程如图2。此法主要包括无水氯化镁熔体制取和无水氯化镁熔体电解两道作业。

无水氯化镁熔体制取   大盐湖水含Mg 0.77％、K 0.43％、Na 8.24％、Cl ^– 14.11％、SO₄^2– 1.7％、H₂O 74.77％，于晒盐池中经过三级日光蒸发后，除去大部分氯化钠和钾镁矾(KCl•MgSO₄•3H₂O )，接着用氯化钙脱硫、离子交换法除硼，获得含MgCl₂ 7.5％的卤水。此卤水再经二级热气流蒸发浓缩，得到含Mg 10.8％，K 0.21％，Na 0.26％，Cl^– 31.5％，SO₄^2–  0.16％，Ca、Li、B各0.59％、H₂O 55.5％的浓缩卤水。浓缩卤水在直径12m、高30m的喷雾干燥器中进行一次喷雾脱水。一次喷雾脱水是将热卤水用泵打至喷雾干燥器顶部的回转喷嘴内喷射，并以783K温度的热风(透平发电机的废热气)干燥。从喷雾干燥器底部经旋风分离器获得一次脱水产物(含MgCl₂ 82.1％、MgO 5％、H₂O 5％、HCl 1％、NaCl 1.6％、CaCl₂ 2.9％、LiCl 1.9％、B 0.1％，其他0.4％)。将一次脱水产物加于熔化槽内，加热熔化，产出夹带有氧化镁悬浮物的氯化镁熔体。熔化槽槽壳用钢板焊成，内为耐火内衬，用熔体泵将氯化镁熔体送至氯化器的上部，流经加热(约1083K)的炭素层，并与从底部通入的氯气接触产生如下反应：

MgO+Cl₂+C=MgCl₂+CO

熔融氯化脱水产出的无水氯化镁熔体含MgCl₂ 91.6％、KCI 1.07％、NaCl 1.75％、LiCl 1.84％、CaCl₂ 3.44％、MgO 0.29％，从氯化器底部放入熔池备用。氯化器外壳用钢板焊成，内为耐火内衬，中间填充有用电阻加热的炭素层，底部通入氯气。

无水氯化镁熔体电解   罗莱镁厂初期采用有隔板电解槽系列的电解连动线进行镁的生产，即电解槽与熔料槽、母槽、净化槽相连接，能连续加料、连续出镁。较为理想的电解质组成为MgCl₂ 15％、NaCl 5％、KCl 10％、CaCl₂ 20％、LiCl 50％，这种电解质的电导性较好。该厂于1976年停产，由挪威诺斯克希德罗公司协助改造，仍以卤水熔融氯化法制取的无水氯化镁为电解原料，于1977年再度开动。采用10.5～11万A有隔板电解槽，电解质组成为MgCl₂ 12％～20％、NaCl₂ 5％～35％、CaCl₂ 15％～20％、KCl 10％～18％、LiCl 10％～18％，电解温度1023K，电流效率80％～85％。无水氯化镁熔体电解产出的粗镁经氯盐熔剂于坩埚炉中精炼，连续铸成镁锭。将阳极产出的氯气液化成液氯后出售。