Влияние факторов на выход по току

  По закону Фарадея каждые 96500 кулонов электричества, прошедшие через электролит, должны выделить 1 г-экв вещества Мд и С1. Отклонения от закона Фарадея – это результат потерь. Потери могут быть: 1) прямые (утечки хлора в окружающую среду или потери Мд из – за осаждения его в шлам и потери с ним). 2) в следствии протекания реакции Мд с С1 и др. веществами; возможны косвенные потери продуктов в следствии утечек тока, не производительного его расхода на выделение других катионов и др.

На выход магния по току влияют факторы:

Температура Оптимальной считается 700 – 720⁰С – для карналлита и 670-700⁰С – для чистого МдС1₂. Ниже 660⁰С опускаться нельзя т.к. Мд будет выделяться в твердом состоянии. Выше 720⁰С возрастает летучесть Мд и компонентов расплава, усиливаются вторичные процессы, осложняется обслуживание.

Межэлектродное расстояние (МПР) В практике работы в магниевых электролизерах мпр составляет 7 – 8 см. При малых расстояниях между электродами (2-3 см) выход по току резко уменьшается из- за усиленного взаимодействия Мд и С1. С увеличением расстояния между анодом и катодом выход по току увеличивается, но и растет расход электрической энергии.

Конструкция электролизера  Диафрагменные электролизеры имеют больший выход по току, чем без диафрагменные. Это объясняется тем, что у последних более длительный контакт капель магния с пузырьками хлора.

Плотность тока ЕЕ повышение приводит к увеличению выхода по току до определенного предела, при превышении которого усиливается перенос магния к аноду и наблюдается обратный процесс, приводящий к снижению выхода потоку.

Производительность магниевого электролизера и удельный расход эл.энергии в нем зависят от многих параметров: плотности тока, МПР, высоты анода, конструкции ванны и состава электролита. Обычно принимают МПР =5-7 см, высота рабочей части анода - 90-120 см, выход по току составляет80 – 85 %, удельный расход энергии 15500 кВт ч/т. Анализ этих показателей показывает, что 1/3 энергии используется на сам процесс электролиза, остальные 2/3 расходуются на компенсацию тепловых потерь ванны в окружающую среду при поддержании температуры электролита 700-720⁰С.

Влияние примесей Виды примесей:

- водосодержащие растворимые компоненты электролита, причина их образование гидролиз и образование (МдОНС1);

- серосодержащие компонент (SO₄^-2);

- МдО – тонкодисперсный продукт разложения МдОНС1 или окисления металла;

- частицы разрушения футеровки ванны (алюмосиликаты);

- ионы электроотрицательных элементов.

Источники: все примеси поступают с сырье (SO₄^-2); или из-за взаимодействия и разрушения футеровки и элементов конструкции электролизера Fe. Все примеси нежелательны, т.к. вызывают перерасход электроэнергии, ухудшают состояние поверхности катода, образуя пленку или ускоряют окисление анода, что приводит к увеличению МПР и потерям энергии и выхода по току; способствует увеличению выхода шлама, снижению выхода хлор газа.

Вода – попадает с сырьем или при взаимодействии с влагой воздуха. Одна из самых вредных примесей, снижающих выход по току по причинам:

1)разряд водородсодержащих ионов на катоде на что расходуется часть тока, катод покрывается пассивной пленкой МдО_ТВ это ухудшает процесс слияния мелких капель Мд и приводит к его потерям;

2) взаимодействие с магнием: Мд + Н₂О = МдОНС1 = МдО + НС1

согласно этой реакции Мд⁰ переходит в Мд⁺² и образует твердый МдО, который обволакивает капли магния ти будучи тяжелея его увлекает Мд на дно в шлам, а это потери. Качественное обезвоживание исходных продуктов залог достижения высокого выхода по току.

3)гидролиз: МдС1₂ + Н₂О = МдО + НС1

Сульфаты MgSO₄ может присутствовать в карналлите и с ним происходят реакции:

MgSO₄ + 3 Mg = 4MgO + S

MgSO₄ + 4Mg = MgS + 4MgO

MgSO₄ + Mg = 2MgO + SO₂

MgSO₄  + 2 MgS = 2MgO + Mg + SO₂ + 2S

Сера удаляется из электролита в виде газа SO₂, со шламом (MgS). Если в электролите содержание сульфат иона (SO₄^-2) составляет 0,05 %, то электролит находится в состоянии «кипения», это нарушает нормальную циркуляцию электролита, вызывает пассивацию катода, магний разбивается на мелкие капли, что снижает выход по току.

Соединения Fe попадают в электролит с исходным сырьем или в результате взаимодействия с выступающими из электролита частями железных катодов с хлором или коррозии конструктивных элементов ванны (осыпание окалины со стальных катодных штанг). Поведение его: 1) железо будет выделятся на катоде снижая выход по току; 2) на катоде Fe выделяется в виде губчатого металла и способствует адсорбции им МдО из электролита, это пассивирует катод и приводит к образованию Мд в мелкодисперсной форме. 3) Мд + Fe⁺² = Mg⁺²  + Fe это жедезо образуется на каплях магния и увлекает его в шлам. Аналогично ведут себя и другие примеси металлов Mn Al Ni Cr.

МдО всегда содержится во взвешенном состоянии в расплаве. Определенное ее количество в электролите играет положительную роль, т.к. может способствовать переводу растворенного железа в неактивную форму, легко осаждая его в шлам

МдО + FeCl₃ (SiCl₄ TiCl₄ AlCl₃) = F₂O_3тв + МдС1₂

МдО находится в расплаве в виде мелкодисперсного продукта плохо отстаивается, осаждается на дно в шлам, увлекает магний вызывая его потери. Сильное шламообразование нарушает процесс электролиза. Уменьшить количества МдО в расплаве можно качественным обезвоживание исходного сырья или введением в электролит КС1, СаС1₂,ВаС1_2. Увеличение температуры процесса способствует большему количеству шлама.