高纯氯化镁

2024-05-10

高纯氯化镁（精选3篇）

高纯氯化镁篇1

摘要：通过将Mg (OH) 2为生产原料与高纯度的乙醇溶液充分混合, 通入过量HCl气体与Mg (OH) 2充分反应生成Mg Cl2。对于充分反应后的溶液进行蒸馏处理, , 直到形成乙醇和氯化镁的络合物CH3CH2OH?6Mg Cl2, 蒸干得到粉末状无水氯化镁晶体。经过实验可以进一步确定原料的最适宜投料比, 并且对于制备过程中的相关技术问题进行探讨。无水氯化镁是电解法制镁的基本原料, 而高纯度的无水氯化镁可以提高镁的纯度, 减少有毒气体的排放, 提高生产效率。

关键词：Mg (OH) 2,适宜投料比,无水氯化镁,制镁工艺

镁被称为现代国防金属, 其广泛应用于航天器基本结构以及电子电器设备, 这是因为镁本身的导电性能好, 且比重仅为不锈钢材料的25%。同时镁还具有较好的延展性、较好的比刚度以及电磁屏蔽等特性, 因此其将广泛应用于各种光学器材和精密电气、机械等领域。本研究提出了以乙醇溶液蒸馏为基础连续通入过量HCl气体蒸干得到无水Mg Cl2的方法, 从而为电解制镁工艺提供优质的原料。

1. 高纯无水氯化镁的实验室制备

1.1 实验器材

纯净的氢氧化镁粉末、无水乙醇、氯化钠、浓硫酸、玻璃搅拌棒、加热装置、温度计、烧杯。

1.2 实验原理

Mg (OH) 2在无水乙醇中与过量HCl气体充分反应生成Mg Cl2, 而生成的Mg Cl2与无水乙醇形成络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2。将反应后的溶液进行加热蒸馏, 溶解于乙醇溶液中的过量HCl气体就会因为受热而挥发到空气中, 而络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2在加热蒸馏过程中会部分分解成Mg O和C。当溶液中HCl气体处于饱和状态就会有效抑制这一过程, 从而使得反应后的混合溶液蒸干后得到高纯度的无水氯化镁晶体。相关反应方程式如下所示:

1.3 实验操作流程

在烧杯中将氢氧化镁粉末与足量无水乙醇充分混合, 使用玻璃搅拌棒进行搅拌, 保证两者混合均匀。在混合后的溶液中加入过量的氯化钠粉末以及浓硫酸反应生成的氯化氢气体, 保证氢氧化镁固体能够充分溶解。使用加热装置对反应后的溶液进行加热蒸馏, 形成CH3CH2OH∙6Mg Cl2溶液。在进行蒸馏的过程中, 使用搅拌棒进行充分的搅拌, 保证溶液各部分受热均匀。在搅拌过程中继续通入氯化氢气体保持溶液的氯化氢气体始终处于饱和状态, 抑制络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2在加热蒸馏过程中部分分解成Mg O和C这一化学变化, 降低杂质的生成。对蒸馏结束之后得到的CH3CH2OH∙6Mg Cl2进行脱乙醇蒸馏, 脱去无水氯化镁醇中的乙醇分子, 得到较为纯净的氯化镁晶体。

1.4 结果与讨论

称取一定质量的无水氯化镁样品完全溶于稀盐酸溶液中, 在混合溶液中加入过量的碳酸钠溶液进行反应, 使镁离子与碳酸根离子结合生成碳酸镁沉淀。对于反应后得到的沉淀进行过滤、洗涤, 晾干等操作, 之后进行称重, 计算得到无水氯化镁的纯度在超过了99%, 而氧化镁的质量分数则小于0.1%。原料氢氧化镁和乙醇的纯度越高, 那么该反应进行的越完全, 那么得到的无水氯化镁杂质越少, 无水氯化镁纯度也就越高。

2. 电解镁的制备工艺

目前运用较多的制镁工艺就是电解法, 通过电解法对于电解槽中的氯化镁进行电解反应, 生成镁和氯气。具体方程式为

2.1 具体工艺流程

将待反应的氯化镁固体粉末至于电解槽内, 然后通电升温进行电解无水氯化镁。由于该反应是在较高的温度下进行反应的, 因此生成的两种物质镁和氯气都是以气态形式存在的, 通过相应的镁蒸汽收集装置将镁蒸汽收集到真空受槽中, 这是因为镁蒸汽能够和空气中的氧气、二氧化碳以及氮气等成都能发生化学反应, 如果不进行真空收集的话, 那么得到的镁中就会包含氧化镁、碳以及氮化镁等杂志, 从而使得制备的镁纯度不高。电解得到的氯气则要先经过洗气槽B除去其中含有的氯化镁蒸汽, 从而得到较为纯净的氯气。将处理后得到的氯气在气体反应槽内与氢气在高温下发生化合反应生成粗制氯化氢气体, 在经过洗气槽A得到较为纯净的氯化氢气体。此时得到的纯净的氯化氢气体经过循环机输送到蒸馏釜内与Mg (OH) 2进行反应, 重复前面的反应, 进而制备出无水氯化镁。对于反应后的混合溶液蒸馏得到的乙醇溶液收集到馏液储槽, 使用脱水机脱去其中含有的水分仍可进行循环使用, 制备的无水氯化镁用于电解制镁。因此上述制镁工艺方案流程图形成了一个完善的循环系统, 通过氯循环将电解制镁工艺与无水氯化镁工艺有机地结合起来, 从而使制镁工艺更为优化。

2.2 污染气体的再利用

本工艺在进行电解氯化镁过程中将电解出来的Cl2经过洗气槽B进行除氯化镁蒸汽后, 将过滤后的氯气再引入到气体反应槽内与氢气反应制得粗制氯化氢气体。其后将粗制氯化氢气体引入到洗气槽A内, 将未完全反应的Cl2以及H2除去。而纯净的HCl气体经过HCl循环进入蒸馏釜内用于制备无水氯化镁。在这样一个大型的氯循环中, 氯气和氯化氢气体都被重复利用, 不但避免了多余的氯气和氯化氢气体逸散到空气中, 给空气来带严重污染, 同时也将反应中的氯气和氯化氢气进行充分合理的运用, 提高了氯循环的效率, 降低了企业的生产成本, 实现绿色环保生产。

3. 结语

制备高纯度的无水氯化镁是保证电解法制镁工艺中最重要的环节, 而无水氯化镁的纯度直接影响到电解法制镁工艺得到的镁的纯度。由于传统的制备工艺Mg Cl2溶液中Mg Cl2会和H2O形成络合物Mg Cl2∙6H2O, 因此如何简单、有效、经济地脱除Mg Cl2∙6H2O是镁生产工业首要问题。而通过本工艺可以直接由Mg (OH) 2得到Mg Cl2, 省去了脱水的步骤, 提高了生产效率。

参考文献

[1]陈忠华, 叶键.“镁”景诱人市场广阔我国镁产业发展前景分析[J].中国有色金属报.2008.

[2]许并社, 李明照.镁冶炼与镁合金熔炼工艺[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[3]周桓, 袁建军.高纯无水氯化镁制备技术的进展[J].过程工程学报, 2004.

高纯氯化镁篇2

高纯氯化氢是集成电路生产中硅片蚀刻,钝化和外延等工艺的重要材料,也可用于金属冶炼,光导通讯和科学研究等领域。随着大规模集成电路的发展,对氯化氢纯度的要求越来越高,对其中杂质的含量要求越来越苛刻,尤其要求严格限制碳氢化合物和碳氧化合物的含量,以防止硅片加工过程中C的形成。国内外对于制备高纯氯化氢的方法有很多。

1 解吸法。

20世纪70年代以前电子工业用高纯氯化氢的制备一直是将浓硫酸滴加到浓盐酸中,将其中的水吸收掉,使过饱和的氯化氢气体析出[1]。20世纪80年代以后制备方法发展到用浓硫酸与焙烘干的氯化钾反应,生成高纯氯化氢气体,用压缩机压入钢瓶中。即曼海姆法硫酸钾联产氯化氢气体[2]。此种方法生产的氯化氢气体纯度在99.9%(质量分数)以上。其工艺流程为[3]:以氯化钾与98%浓硫酸为原料,按2:1(摩尔比)的比例加入到曼海姆炉中,通过干气的燃烧间接加热使炉内物料在500-600℃的高温下,经耙齿不断搅拌混合使其反应充分,生成的硫酸钾经出料口进入密闭的冷却器,少量的游离硫酸用石灰中和后,经粉碎、冷却、筛分、包装即为成品。反应中产生的氯化氢气体被风机引至吸收工序。氯化氢气体经过空气冷却器和冷却洗涤塔,在洗涤塔用循环水间接冷却及浓盐酸洗涤后,使其降温并除去杂质,净化后的氯化氢气体在降膜吸收塔被来自解吸工序的21%稀盐酸吸收为35%浓盐酸,其中一部分浓盐酸作洗涤用,其余被送至解吸工序进行解吸。由吸收工序送来的35%浓盐酸经流量控制进入解吸塔顶部,与再沸器来的120℃的氯化氢气液混合物进行热量和质量交换,将浓盐酸中的HCL气体脱吸出来,直至塔底及再沸器处达到恒沸物的平衡态为止。脱吸出来的氯化氢由解吸塔顶部进入冷凝器、冷却器,除去大部分水后,进入浓盐酸分离器,进一步除去酸雾后,得到高纯的氯化氢气体。解吸塔底的21%稀盐酸一部分进入再沸器参与解吸作用,其余部分经冷却降温后送回吸收工序作为吸收液去吸收氯化氢气体。

2 盐酸脱析法。

将浓盐酸置于脱析塔中加热脱析制氯化氢气体。盐酸脱吸法制高纯氯化氢广泛应用于PVC、氯丁二烯和高纯盐酸等的生产中。此种方法生产的氯化氢气体纯度在99.9%(质量分数)以上。其工艺流程为:将浓盐酸贮槽之浓酸用浓酸泵打至脱吸塔,脱吸塔下部连接再沸器,浓酸自塔顶喷淋而下,与来自再沸器的稀酸蒸气逆流传质传热,使氯化氢脱吸。所得之恒沸酸一部分补充再沸器的循环,一部分则经板式冷却器后流入稀酸贮槽。由脱吸塔出来的含水蒸气氯化氢气体,进人石墨列管冷却器用水冷却后经过旋风分离器,分离出夹带酸雾。然后,经过一系列的常温、低温干燥、吸附除水及二氧化碳,压缩至1.2MPa,进行低温精馏,再经低温吸附除氮后压缩至4.2MPa,装瓶。

3 合成法[4,5]。

氢和氯在合成炉中进行燃烧反应生成氯化氢气体是八十年代初为适应我国电子工业的迅速发展而提出的,在技术上是较先进的方法。此种方法生产的氯化氢气体纯度在99.99%(质量分数)以上。其工艺流程为:原料氢气由氢气处理工序的氢压机送来,经氢气缓冲罐后由阻火器进入钢制合成炉底部的燃烧器(俗称石英灯头或钢套管灯头)点火燃烧。原料氯气由氯处理工序的氯压机加压后输送至缓冲罐,按一定的分子比进入合成炉灯头的内管,由下而上经由灯头上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。燃烧火焰温度达到2000℃左右,并放出热和光,正常火焰呈青白色。合成后的氯化氢气体利用合成炉夹套冷却水冷却,合成炉出口温度降到400~600℃时,经空气冷却器自然冷却,被冷却至100~150℃,经除铁器进入石墨冷却器冷却至40~50℃左右,再进入深冷石墨冷却器进一步冷却,冷却后的氯化氢气体从石墨冷却器下部排出,进入酸雾分离器进一步除去氯化氢气体中的盐酸雾滴。由合成炉出来的氯化氢气体经常温、低温干燥和吸附净化,在低温、低压下冷凝,排除不凝气体杂质,以液态装瓶。

4 工业副产酸脱析法[6]。

随着盐酸脱析法的逐步推广,副产酸脱析生产氯化氢的工艺已广泛应用于生产。它是通过稀酸在绝热吸收塔吸收有机氯化物生产中的副产氯化氢,提浓后,进入解吸塔脱析出高浓氯化氢气体。此种方法生产的氯化氢气体纯度在99.99%(质量分数)以上。其工艺流程为:副产氯化氢经填料式绝热吸收塔与稀酸泵送来的20%稀盐酸逆流接触,通过绝热吸收,将副产氯化氢制成盐酸。由塔底可获得31%以上的浓酸,经石墨换热器预热稀酸后进入浓酸槽,由浓酸泵送往填料式或板式解吸塔。解吸塔底排出的物料经与之相连的再沸器,借管外通入的蒸汽加热,使氯化氢和少量水蒸气蒸发,与塔顶向下流动的浓盐酸进行热量和质量交换,将酸中的氯化氢气脱吸出去。该氯化氢气体由塔顶进入石墨一级冷却器,被管外冷却水冷却至室温,再进入石墨二级冷却器,用冷冻盐水冷却到12~-18℃,并经酸雾捕集器除去夹带的酸雾。解析塔底部出来的稀酸是体积分数为20%~22%的氯化氢与水的恒沸物,经稀酸冷却器或与浓酸热交换后,冷却至40℃以下,进入稀酸槽,由稀酸泵送入吸收塔再吸收制取浓酸。

5 石油化工副产氯化氢提纯法。

目前电子级氯化氢出口国,如美国,主要是以石油化工副产氯化氢作为原料来制备高纯氯化氢。石油化工副产氯化氢气,其中水含量低,对不锈钢和碳钢基本无腐蚀,但其中通常含有达1000ppm甚至更多的乙炔和乙烯杂质。对于此种气体的净化通常采用精馏或吸附的方法,但由于其中乙炔和乙烯杂质的沸点与氯化氢沸点相近,很难采用精馏的方法脱除得较干净,而吸附的方法操作过程烦琐,需要频繁的更换吸附剂,生产成本高。美国的方法是在氢氯化反应催化剂存在的条件下,使乙炔与氯化氢反应转化为相应的相对氯化氢沸点较高的易于脱除的卤代烃,再进行分离和脱除反应产物。此种方法生产的氯化氢气体纯度在99.998%(质量分数)以上。反应过程:微量乙炔和氯化氢在以氯化汞为活性组分的催化剂上气相反应生成氯乙烯。

主反应:

副反应:

反应机理:

乙炔先与氯化汞发生加成反应,生成中间产物氯乙烯氯汞:

氯乙烯氯汞不稳定,和氯化氢反应生成氯乙烯:

工艺流程:

原料气经过滤、除水、压缩、蒸馏提纯等预处理过程后,制得3.0N化学纯氯化氢,即生产电子级氯化氢的原料。该原料闪蒸后,经催化反应脱除不饱和烃,并采用精馏法进一步脱除轻组分N2、O2、Ar、CH4及重组分H2O、C2HnClm等杂质,制得4.8N电子级氯化氢产品。再以该产品为原料,再经闪蒸、反应、精馏,生产制造5.0N氯化氢产品。

结束语

解吸法和盐酸脱析法制备氯化氢工艺简单可大规模生产,但制备的氯化氢气体纯度偏低,越来越不能满足电子工业尤其是集成电路的要求。合成法生产的氯化氢气体纯度较高,但其中水含量高,腐蚀严重,对设备要求高,生产成本高。考虑到环保及工业副产品回收利用等多方面因素,石油化工副产氯化氢提纯法生产高纯氯化氢确是大势所趋,而且用这个方法无须外加反应介质,从而避免了其他杂质的引入,而且操作简单,生产成本低。但是我国在这项技术上还不成熟。我国电子工业所用高纯氯化氢大多是从美、日等国进口,且价格昂贵[7],随着电子工业向着大尺寸、高集成化、高均匀性和高完整性方向的发展,高纯氯化氢已广泛地应用在大规模集成电路制备中,所以我们需要对高纯氯化氢的制备方法和生产工艺做进一步的研究和完善。

参考文献

[1]孔祥芝.工业氯化氢气体的生产[J].低温与特气,2002,20(1):14-16.

[2]李秀华,宋明霞,代罡.氯化氢生产工艺探讨[J].中国氯碱,2004.

[3]王正岩.曼海姆法硫酸钾联产氯化氢的精制工艺[J].无机盐工业,2003.

[4]窦明洪.高纯氯化氢气体的制备[J].低温与特气,1990.

[5]张英民,郎需霞,吴雅娟.氯化氢生产中新技术的应用[J].聚氯乙烯,2003(2):50-55.

[6]张凯鹏.副酸脱析法生产氯化氢工艺[J].中国氯碱,2008.

高纯氯化镁篇3

高纯高活性氧化镁广泛用于橡胶、高级塑料、高档陶瓷电子元件、高级电缆，油漆、高级造纸和医药行业等。也是生产高纯电熔镁砂的原料，是镁系列精细化工产品。目前国内生产氧化镁主要是碳酸化法、沉淀法、酸解法、微波辐射法，另还有以卤水为原料的铵法等。此种生产资源浪费大，成本高。利用热解法旋流动态煅烧炉煅烧出高纯氧化镁的生产工艺与传统生产方法相比具有工艺简单、无污染节省能源、自动化程度高操作简单方便、设备维护方便等优势，生产后经济、社会效益具佳。

2. 旋流动态煅烧炉及闪蒸干燥机设备特点

煅烧是改性、提纯、分解、氧化还原化工工艺过程。一般煅烧过程，物料呈静态和半动态运动。煅烧时物料比表面积越大，传热速度越快，煅烧时间越短。旋流动态煅烧是将粉状物料与加热的热介质充分混合后作同向旋转流态化流动，形成最大比表面热交换，达到瞬间煅烧，是保证充分吸热、分解，提高产品品质的全新工艺。

旋流动态煅烧炉主要由介质加热系统、加料系统、气固体混合装置、煅烧炉、气固分离收集装置组成。预煅烧物料经加料系统由气固混合器送入炉内，产生均匀的气固二相流，在管道处与高温热气体混合后进入旋流动态煅烧炉，同加热系统加热的热介质混合后呈旋流状流态化运动，并快速传质传热完成瞬间煅烧过程，进入气固分离器，物料与气体被引风机引入，分离后的固体与气体分别从排料口和排风口排出。该系统的技术特点：

1）连续操作、瞬间煅烧、多温、多压点监控，整个系统可实现自动化控制。

2）气固混合充分，煅烧温度、时间可控，产品品质稳定。

3）系统封闭，无环境污染，采用多层次回收，回收率高，文明生产。

4）煅烧尾气可配备冷却器、干燥器进行系统组合，有效利用热能。

旋流动态煅烧炉的基本配置：采用系统引风装置，系统处于负压状态；用直接或间接方式获得热介质，煅烧尾气采用冷却，旋风分离，袋式过滤器进行空气净化和产品回收。对煅烧有特殊工艺要求的物料如延长恒温时间，煅烧气体回收利用，惰性气体保护等，采取相应配置结构以实现工艺要求。其工艺流程及设备如上图1。

旋转闪蒸干燥是将固体完全流态化的一种干燥方式，干燥主机具有机械、气流分散、干燥物料的粒度调整功能，将高含湿膏糊状、滤饼状物料加入干燥主机后与被加热的热介质混合，物料在热风与机械分散力作用下形成双旋流颗粒状流态化状态，瞬间完成热质交换，干燥后的物料进入捕集器获得粉状产品。

工艺系统有三种方式：全正压系统，全负压系统，正负压系统。正负压系统通常采用鼓引风机装置，系统主机保持微正压或微负压状态，配备不同热源设备以直接或间接加热方式提供热介质，干燥后的废气由旋风分离器，布袋除尘器等装置净化。全正压系统和全负压系统主要针对特殊要求的干燥。正负压系统流程如下图2。

3. 高纯氧化镁煅烧工艺流程

高纯氧化镁的生产状况：热解法是以青海格尔木察尔汗盐湖出产的Mgcl2为原料，经溶解→干燥→分解（旋流动态煅烧炉）→洗涤→干燥→提纯后获得高纯氧化镁，并其中可产出副产品→高纯氢氧化镁。

该系统为氧化镁生产工艺流程的设备系统流水线，需要煅烧的物料，经加料系统通过气固混合进入煅烧炉旋转加速段，同加热系统加热的高温气体进行充分混合后，呈旋流状，作流态化运动，煅烧在16～28秒钟瞬间完成后，进入气固分离装置，分离后的固体和气体分别从排料口和排风口排出。高纯氧化镁煅烧工艺流程如上图3。

结束语

旋流动态煅烧炉及闪蒸干燥机设备主要为物料进行氧化、还原、分解以及改性等技术要求的产品技术先进，设计合理，结构紧凑，适用范围广，生产能力大，产品质量好，效率高，节能，在一个设备内干燥、粉碎、筛分一次完成，消除环境污染，整机性能达到国际先进技术