Тема 1.3 Теоретические основы электролитического получения магния

Электролиз магния - 1808 г Дэви.

Является основным промышленным способом получения магния.

Кроме электролиза некоторая часть магния получается термическими способами:

- силикотермическим;

- карботермическим;

- карбидотермическим.

Электролиз - получение на электродах продуктов электролиза при протекании через электрохимическую систему электрического тока. Электрохимическая система состоит из двух электродов (анода и катода) и среды – электролита. Под действием электрического тока происходит распад электролита на ионы, которые затем движется к противоположно заряженному электроду. Различают электролиз водных растворов и расплавленных солей. Магний получают только электролизом расплавленных солей (ряд напряжений металлов). Главная проблема электролиза – получение безводных хлоридов. Продуктами электролиза являются жидкий магний и газообразный хлор.

Электрохимическая сущность электролиза магния – в хлоридном расплаве в результате электролитической диссоциации образуются катионы металлов Mg⁺², Na⁺, K⁺ и анионы Cl^-. Под воздействием постоянного тока на катоде разряжаются только катионы магния. Продуктами электролиза являются жидкий магний и газообразный хлор.

§ 1 Виды магниевых электролитов. Состав электролитов.

Физико-химические свойства хлорида магния: высокая температура плавления, малая электропроводность, склонность к гидролизу, большая летучесть и вязкость не позволяют использовать его как электролит для получения магния. Электролитом для получения магния электролизом может служить чистый расплавленный безводный хлорид натрия. Но из – за ряда причин это нецелесообразно (высокая температура плавления, низкая электропроводность, сильная склонность к гидролизу, большая вязкость и летучесть).

Поэтому в качестве электролита для электролитического производства магния обычно используются расплавленные тройные или четверные смеси хлоридов магния, калия, натрия, кальция, бария. Температура плавления смеси солей ниже, чем каждой соли в отдельности. Ведутся исследования по использованию электролитов, содержащих значительное количество хлорида лития. Состав и свойства применяемого электролита оказывают сильное влияние на технологические показатели процесса электролиза магния.

Выбор состава электролита определяется составом исходного сырья, технологией его подготовки и качеством получаемого конечного продукта. В каждом конкретном случае необходимо выбирать оптимальный состав электролита, т. е. такое сочетание компонентов, при которых достигаются хорошие технологические показатели процесса.

Требования к магниевым электролитам:

1) хорошо растворять хлорид магния;

2) иметь плотность при температуре электролиза выше плотности расплавленного магния;

3) обладать малой вязкостью и летучестью;

4) не взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха,с футеровкой ванны;

5) хорошо смачивать расплавленный магний;

6) обладать хорошей электропроводимостью;

7) не иметь ионов металлов с более положительными потенциалами выделения, чем магний.

В магниевой промышленности используются четыре типа электролита, состав которых представлен в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Характеристики электролитов магниевых электролизеров

Химический состав электролита, % масс.	Электролит
	калиевый	натриево-калиевый	натриево-кальциевый	натриево-бариевый
MgCl2	5 - 10	10 - 15	7 - 13	10 - 15
NаС1	10-20	45-50	48-50	48-55
КС1	65-85	30-45	4-8	10-12
СаС12	1-5	до 10	35	-
ВаСl2	-	до 5	-	15-30
Т кристаллизации, 0С	650 - 660	625 - 650	575-625	675-700
Плотность, г/см3	1,56	1,63	1,73	1.85
Разность плотностей при 700^С, г/см3	0,03	0.1	0,20	0,32
Выход по току ,%	76-80	80-84	80-84	80-84
Вязкость, мПа*с	1,65	1,85	2,1	1,45
Поверхностное натяжение при 700"С	120	110	113	113
Удельное кол-во шлама, кг/ 1кг Мg	0,15-0,25	0,03 - 0,06	0,2 - 0,3	0,12
Удельная электропроводимость, см/м	1,7*10-2	2,2 * 10-2	2,1 * 10-2	2,3 * 10-2

Калиевый электролит применяют при питании электролизера безводным карналлитом, где содержание хлоридов натрия и калия определяется составом заливаемого расплава и частотой извлечения отработанного электролита.

Натрнево - калиевый электролит применяют при питания электролизера безводным хлоридом магния любого происхождения. Преимущества этого электролита заключается в его хорошей электропроводимости, в образовании малых количеств шламов и в относительной дешевизне данных хлоридов

Натриево - кальциевый электролит используется при питании электролизера обезвоженным хлоридом магния, содержащим примеси кальция.

Натриево – бариевый электролит используется при питании электролизера хлоридом магния, полученным в титановом производстве.

В качестве добавок применяются:

- CaF, NaF – для лучшего слияния капель магния;

- CaCl₂, BaCl₂ – для утяжеления электролита, увеличения вязкости и плотности;

- NaCl, LiCl - увеличивает электропроводность, уменьшает вязкость.