Состав используемых электролитов

Получаются естественным путем в зависимости от используемого сырья.

1-карналлитовый (калиевый). Состав устанавливается самопроизвольно в зависимости отчастоты извлечения отработанного электролита и заливки безводного карналлита в ванну. Используется только в России.

2-магнезитовый или натриево-кальциевый целесообразно применять, когда в сырье содержится значительная примесь хлорида кальция. Когда содержание CaCl₂ достигает предельной величины, часть электролита удаляют и добавляют хлорид натрия. Применяли на немецких заводах, и в СССР до прекращения производства безводного MgCl₂ в ШЕП. Сейчас применяют в Норвегии, КНР, Японии и США.

3-электролит на основе MgCl₂ с титанового производства.

4-универсальный, для работы по любой схеме. Натрий-калиевый электролит. Целесообразно применять при питании электролизера чистым безводным хлоридом магния, например возвратным MgCl₂ с титанового производства.

Таблица 3.5 Свойства электролитов.

Состав электролита	1	2	3	4
MgCl2	5-12	7-12	10-15	10-15
NaCl	10-20	48-55	48-55	45-60
KCl	65-85	4-8	10-15	30-45
CaCl2	1-5	35	-	До 10
BaCl2	-	-	15-30	До 5
Тпл,С	650-660	575-625	675-700	625-650
Плотн, г/см3	1,56-1,57	1,73	1,83-1,85	1,63
Разн плотн, г/см3	0,03-0,04	0,2	0,3-0,32	0,1
Эл-пров, 1/ом·см	1,7-2,1	2,05-2,3	2,3-2,5	2,1-2,2
, спз	1,6-1,8	2,1	1,5-1,6	1,6-1,8
Кол-во шлама, кг/т	30-60	200-300	120	80-100

Предложен электролит состава 13%-MgCl₂, 87%-LiCl. Это дает уменьшение удельного веса до 1,47 г/см³ и увеличение электропроводности до ~6 (1/ом·см).

Магний собирается на подине, поэтому хорошо защищен от окисления.

Рис.3.10. Зависимость плотности электролитов от температуры.

Показатели электролиза

1 Напряжение разложения наименьшая величина приложенной извне электродвижущей силы, при которой начинается процесс электролитического выделения вещества на электродах.

Енр=3,125-0,65·10^-3Т

Е₇₀₀=2,50,02 В

E_нр= -G/nF (чистое вещество, плотность тока близка к нулю)

Е_нр= Е+RT/nF·ln a_Mg2+ (для реальных условий)

Пример 1)калиевый электролит а=3,2·10^-4  Енр=2,868 В

2)Na-Ca электролит а=4,3·10^-4  Енр=2,670 В

2 Обратная ЭДС – ЭДС, которая будет на электролизере после откл. тока.

* E_обр=Е_нр + _к + _а

_к=RT/(nF)·ln(1-i_k/i_пр.к)

10% мас ~1 А/см² (в начале) , 4% - 0,4 а/см² (в конце), 0,35 а/см² (ведут)

_к = 8,314·973/2·96484 ln (1-0,35/0,4) = 0,087 B

* фазовая поляризация связана с выделением хлора, достигает 0,3 В, Подчинена уравнению Таффеля  = а + b·lg i . В реальных усл. 0,15 В.

K-ый эл-лит Е_обр=3 В

Na-эл-лит Е_обр=2,8 В

E_обр=U_p - IR

IR=IR_кат + IR_эллит + IR_ан

В момент отключения тока величина поляризации показывает, нормально ли идет процесс.

3 Выход по току. Отношение кол-ва вещества полученного при электролизе к количеству вещества, которое должно выделится по закону Фарадея.

М теор =q·I·τ

q_Mg= 24,3/(2·26,8) = 0,454 г/(А·ч)

q_Cl = 71/(2·26,8) = 1,323 г/(А·ч)

Различают катодный и анодный выхода по току. _к=80-93%, _а на 2-3% больше.

4 Удельный расход эл. Энергии. Отношение фактически затраченной энергии к массе выделившегося металла.

W = IU_cpτ / q_MgIτ_т = U_ср / q_Mg_т

U_ср = 4,7 В; q_Mg = 0,454; _т = 0,9  W = 12 кВт·ч/кг

Лучшие конструкции электролизеров хар-ся

U_ср = 4,2-4,3 В; _т = 0,93-0,94  W ~ 10 кВт·ч/кг

5 Выход по энергии Отношение минимально возможного уд расхода эл эн к фактическому

W = W_min/W_факт = (E_нр/q_Mg·1) / W_факт = E_нр·_т / U_ср

(На лучших 54%) E_нр=2,85 В.