[发明专利]无水氯化镁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备基本上无水的氯化镁的方法、由该方法制备的基本上无水的氯化镁以及基本上无水的氯化镁本身。

背景技术

可以用电解法由氯化镁通过放出氯气来生产基本上纯的镁金属。但是，如果用水合氯化镁加到电解池中，由于形成腐蚀电极的氧化镁并且氧化镁产生必须定期从电解池中除去的残渣，因此在短期内就会显著地降低电解池的效率。氯化镁原料一般还含有杂质，例如烃、硼和其它的金属盐，这些杂质也会显著地降低电解池的效率。因此，最好是生产出基本上纯的无水氯化镁，这种氯化镁适合于用电解法生产镁金属。

随温度的变化，从水溶液中分离出来的氯化镁含有不同数量的结晶水分子。通过加热，可以使水合形式的氯化镁脱水到某一程度。但是，水合氯化镁会溶解在其自身所带的结晶水中，形成稠化了的部分脱水产品，该产品很难通过加热进一步脱水。此外，由于含有少于2个结晶水的氯化镁进行放出氯化氢的水解而不是脱水，所以不能通过在空气中的加热使氯化镁完全脱水。因此，提出了生产无水氯化镁的另外一些方法。

通过使镁直接氯化和通过用氯化氢气体进行干燥，可以制备无水氯化镁。对于用于电解法生产镁金属的无水氯化镁的生产，前者的方法显然是不可行的。在后来的方法中，将水合氯化镁制成颗粒，将这些颗粒置于一个塔中并用热的氯化氢清洗这些颗粒以除去所有的痕量水。由于在该方法结束时通常存在水合形式的氯化镁，这种氯化镁在后来的使用中可能转变为不希望的氧化镁，因此不能证明这后一种方法是很有效的。此外，这种方法需要使用大量的氯化氢气体，这就有与氯化氢气体的储存和使用有关的许多问题。

另一种生产无水氯化镁的方法包括：在溶剂中形成水合氯化镁溶液；从该溶液中除去水；通过该无水溶液与沉淀剂反应形成氯化镁配合物；加热这种氯化镁配合物产生无水氯化镁。这些年来在专利文献中已经提出了对这种一般方法的一些改进，一般性能的改进是用氨作沉淀剂。此后将这样的方法称为“氨化法”。随着氨化法的采用，已经产生了各种问题。本申请人并不知道工业上已用氨化法生产过无水氯化镁。

想要的氯化镁配合物是氯化镁六氨合物(MgCl₂·6NH₃)，在氨化法中加热这种配合物产生无水氯化镁。为形成水合氯化镁溶液而将甘醇用作溶剂时，本发明人确定，在氨化法过程中除了氯化镁六氨合物外或者代替它的，可以形成氯化镁乙醇酸盐化合物。氯化镁乙醇酸盐化合物包括氯化镁三甘醇酸盐(MgCl₂·3(HOCH₂·CH₂OH))和氯化镁二甘醇酸盐二氨合物(MgCl₂·2(HOCH₂·CH₂OH)·2NH₃)。本发明人已经确认了氯化镁乙醇酸盐化合物的特征X射线衍射(XRD)图形和傅里叶变换红外光谱图(FTIR)。通过这些图形可以确定这样的化合物的存在。表1-4中提供了与此有关的详细内容。由于认为氯化镁乙醇酸盐化合物受热分解形成污染想要的无水氯化镁产物的含氧化合物，因此在氨化法中氯化镁乙醇酸盐化合物是不希望有的。将氧引入到在生产镁金属中向其中加入无水氯化镁产物的电解池中，会降低一般用于这样的电解池的碳阳极的寿命和该电解池的效率。

1942年中请的和授予M W Kellogg公司的US 2381995提出了一种氨化法，该方法优选用异戊醇作为用于形成水合氯化镁溶液的溶剂，用氨作为沉淀剂，氯化镁六氨合物作为氯化镁配合物，受热时形成无水氯化镁。US 2381995还指出，在将氯化镁的无水溶液和氨引入到所说的使氯化镁六氨合物发生沉淀的冷却器中之前，使它们充分混合。

1975年中请的和授予Nalco化学公司的US 3966888也讲授了一种氨化法。该专利在对US 2381995的讨论中指出：“依靠将水合氯化镁溶解在单羟基的饱和脂族醇中。然后将这种溶液加热一段时间足以除去存在的水。用氨处理该所谓的无水溶液，沉淀出氯化镁的氨配合物，然后从醇中分离出该配合物并进行热处理，由此从配合物中除去氨。

在实际应用US 2381995的方法中经历的困难已经向该技术中技术熟练人员表明，该方法本来就不适合于大规模的工业化操作。