Выход по току и удельный расход энергии

Данные показатели зависят от величины потерь магния и хлора в результате побочных химических реакций и электрохимических процессов, происходящих в объеме электролита и на электродах, а также от величины потерь магния со шламом и обработанным электролитом и степени уноса хлора с газами.

На выход по току влияет концентрация хлорида магния и состав электролита.

Максимального значения 90 % выход магния по току достигает при концентрации хлорида магния - 20% . Понижение выхода по току при уменьшении концентрации хлорида магния (<20%) вызвано концентрационной поляризацией ионов Мg и началом разряда ионов щелочных металлов. При концентрации хлорида магния < 3 - 4 % выход по току резко уменьшается, увеличивается удельный расход электроэнергии, а на катоде идет процесс восстановления ионов натрия и калия.

Понижение выхода по току при концентрации хлорида магния > 20 % объясняется сдвигом равновесия реакции вправо, в результате в электролите повышается концентрация одновалентных ионов магния, возрастает скорость окисления этих ионов хлором и растворенными в электролите кислородом и водой.

Оптимальная концентрация хлорида магния в электролите зависит от плотности тока, состава электролита, качества сырья, конструкции электролизера и
подбирается опытным путем (на практике концентрация МgС1₂ не выше 15-18%).

Перед заливкой хлорида магния в ванну концентрация его в электролите должна быть не ниже 5-7 %. Для получения стабильных и высоких выходов по току необходимо осуществлять более частую загрузку сырья в электролизер, еще лучше – непрерывную. При тиком режиме питания электролизера снижается количество образующегося шлама за счет улучшения условий хлорирования оксида магния анодным хлором.

Состав электролита. В случае использования для питания электролитов возвратного хлорида магния соотношение компонентов в электролите можно изменять, добавляя их непосредственно в электролит. Введение в электролит некоторого количества хлорида бария и хлорида кальция приводит к повышению выхода по току. Концентрацию добавок и основных компонентов устанавливают с учетом влияния их на выход по току, электропроводимость, смачиваемость и др.

При питании ванны возвратным хлоридом магния температура электролиза составляет 670 - 700 ⁰С, обезвоженным карналлитом – 700 – 720 ⁰С. При температурах выше 720 – 730 ⁰С увеличивается скорость окисления магния хлором и кислородом воздуха, усиливается интенсивность побочных реакций, снижается разность плотностей магния и электролита.

Расстояние между анодом и катодом (МПР). При уменьшении МПР увеличиваются потери магния за счет большого числа капель магния, попадающих в прианодное пространство и окисляющихся там хлором. Особенно сильно евлияние оказывает МПР < 6 см. На практике составляет 6 – 8 см. При МПР > 8 см влияния на электролиз не ощущается.

Высота анодов. Влияние высоты анодов (погруженной в электролит части анода) является следствием изменения интенсивности циркуляции электролита, которая зависит от количества выделяемого на аноде газа при неизменной анодной плотности тока. Количество газа, проходящего через единицу поверхности электролита в МПР прямо пропорционально высоте анода. При малой высоте анода снижается интенсивность циркуляции электролита, сила восходящего потока электролита уже не в состоянии увлечь с собой магний в катодное пространство диафрагменного электролизера. При большой высоте анодов скорость подъема электролита возрастает, в пространстве за диафрагмой не происходит полного отделения капель магния. Мелкие капли магния захватываются движущимся с большой скоростью потоком электролита и снова выносятся в межэлектродное пространство. Это приводит к тому, что часть магния оказываясь в анодном пространстве, попадает под прямое воздействие выделяющегося на аноде хлора.

Тип электролизера. Для каждого типа электролизера и состава электролита существуют свои параметры: анодная и катодная плотность тока, мсжэлектродное расстояние, высота анода, глубина ванны, высота диафрагмы и др. На выход по току влияет скорость и характер циркуляции электролита в электролизере. Особенно большое значение циркуляция электролита имеет в бездиафрагменных электролизерах. Выход по току в бездиафрагменных электролизерах ниже, чем в диафрагменных. Выход по току снижается на 5 - 6 % из-за вредного влияния примесей.

ВОПРОСЫ

1. Как влияет на выход по току концентрация хлорида магния?

2. Как влияет добавка хлоридов бария и кальция на выход по току?

3. Влияет ли температура на выход по току?

4. Как зависят выход по току от междуполюсного расстояния и почему?

5. Почему в бездиафрагменных электролизерах выход по току ниже, чем в диафрагменных?

6. Какой должна быть концентрация хлорида магния в электролите перед заливкой его в ванну?

Потери магния

Длительный контакт капель магния с хлором приводит к потерям магния. В верхнем и среднем слоях электролита в рабочих ячейках бездиафрагменных электролизеров при большой ширине анода и недостаточно интенсивном "выталкивании" верхней части электролита возникают зоны замкнутой циркуляции электролита с капельками магния. Увеличение плотности тока и использование более высоких анодов благоприятствует выносу магния в сборную ячейку.

В промышленных электролизерах потери магния составляют 15-30%. Эти потерн возникают по следующим причинам:

- взаимодействие продуктов электролиза - хлора и магния,

- окисление магния кислородом и влагой воздуха,

- разряд ионов примесей на катоде и их взаимодействие с магнием,

- потери со шламом, особенно в результате пассивации катода.

Растворимость магния в хлоридных расплавах определяется обратимой реакцией:

MgCl₂ + Mg = 2MgCl

Растворимость магния в расплавленных хлоридах мало зависит от их состава, понижается с уменьшением содержания МgС1₂ в расплаве и не превышает 0,02% (по массе). При нормальном процессе электролиза потери магния в шламе не велики— 03 - 0,5% , если считать, что выход шлама составляет 0,1 кг на 1кг магния с содержанием 4% Мg. Содержание магния в шламе увеличивается при повышенных концентрациях примесей в электролите и при пассивации катода.

Соединения железа, марганца, титана, никеля и другие восстанавливаются на капельках магния, которые утяжеляются и оседают на подину ванны в шлам. Мелкодисперсные Мg0, Si0₂, Аl₂O₃ и другие адсорбируются капельками магния. Это также способствует их погружению на подину и попаданию в шлам.

Потери магния от окисления кислородом воздуха составляют всего 2-3 % , т. к. пленка электролита хорошо защищает поверхность металла от соприкосновения с воздухом. Но если пленка нарушается, то магний начинает интенсивно окисляться - гореть. При этом на поверхности магния образуется оксидная пленка, не защищающая металл от дальнейшего взаимодействия с воздухом. Это происходит, когда магний плохо смачивается расплавом или когда разница в плотностях магния и электролита велика.

При больших скоплениях металла защитная пленка электролита разрывается, и магний начинает гореть. Потери магния вследствие окисления могут быть существенными.

Потери магния от вышеперечисленных факторов не превышают 5-6 % и мало зависят от основных условий процесса. На практике бывают случаи, когда потери магния достигают 25-30 %. Наибольшие потери магния - от взаимодействия магния с хлором.

Потери металла при электролизе расплавленных солей происходят из-за переноса растворенного металла к аноду и окисления его анодными газами. Потери металла лимитируются скоростью переноса его от катода к аноду. Процесс переноса растворенного металла осуществляется диффузией его через прикатодный слой и конвекцией через толщу электролита. Высокая скорость циркуляции электролита вредна. Но заводская практика показывает, что определенное повышение скорости циркуляции электролита способствует уменьшению потерь металла. Это объясняется более быстрым выносом капелек магния в сборную или катодную ячейку, где металл сливается в компактную массу и изолируется от воздействия хлора. При этом следует иметь в виду, что выделение магния в сильно диспергированной форме вызывает резкое снижение выхода по току.

В электролитах с высоким поверхностным натяжением на границе с катодом магний осаждается на поверхности катода в виде сплошного слоя, при этом в расплаве отсутствует диспергированный магний и выход по току достигает высоких значений.

ВОПРОСЫ

1. Какой механизм потерь магния?

2. От чего зависит растворимость магния?

3. Как влияет циркуляция электролита на потери магния?

4. По практическим данным увеличение скорости циркуляции электролита увеличивает выход по току. Почему?

5. Как влияет поверхностное натяжение на потери магния?

6. Как влияет плотность и вязкость электролита на потери магния?

7. Чем обусловлены наибольшие потери магния?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: