» » Механизм потери магния при электролизе
26.04.2015

Электролиз расплавленных солей происходит при высоких температурах, когда процессы растворения металла в электролите и взаимодействие растворенного металла с анодными газами протекают со значительной скоростью. На этом основании Лоренц и ряд других авторов сделали вывод, что потери металла при электролизе расплавленных солей определяются главным образом скоростью процесса переноса металла к аноду. Для ряда случаев электролиза расплавленных солей эта точка зрения подтверждается.
В практике работы промышленных магниевых электролизеров часто бывают случаи, когда выход по току на отдельных электролизерах резко падает, хотя они продолжают работать на установленном режиме и при таких же условиях, при которых работают другие электролизеры серии без снижения выхода по току. Выход по току. снижается при неизменных температуре электролита, расстоянии между электродами, плотности тока и составе электролита по основным компонентам, т. е. при постоянстве всех факторов, которые могут оказывать влияние на величину потерь магния согласно приведенной выше точке зрения. Подобное снижение выхода по току не может быть объяснено и не укладывается в рамки механизма потерь магния, предложенного Лоренцом и др. He могут быть объяснены и другие факторы, с которыми встречаются в практике. Вопреки теории Лоренца, согласно которой всякое усиление циркуляции электролита должно привести к увеличению потерь металла, установлены факты, когда увеличение циркуляции электролита приводило к уменьшению потерь металла.
Из приведенных выше данных о влиянии состава электролита на выход по току видно, что при примерно одинаковых растворимости и скорости растворения магния в электролитах системы MgCb—NaCl—KCl—CaCl2 различного состава с постоянной [10% (вес )] концентрацией MgCl2 и постоянными другими параметрами электролиза выход по току (а следовательно, и потери магния) существенно изменяется (см рис. 37), что также находится в противоречии с механизмом потерь по Лоренцу. Поэтому предложенные рядом авторов эмпирические уравнения, связывающие выход по току при электролизе расплавленных солей с параметрами электролиза, оказались неприемлемыми для данного случая, так как они исходили из взгляда Лоренца на механизм потерь металла. Чтобы сделать этот механизм приемлемым для электролитического получения магния, его необходимо дополнить.
При электролитическом получении магния снижение выхода по току сопровождается обычно образованием на катоде пассивирующей пленки и диспергированием магния в электролите.
Последнее связано с появлением в электролите незначительных примесей (Fe, MgO, В и др ), существенно влияющих на поведение магния при электролизе Установлено, что чем лучше катод смачивается (облуживается) магнием, тем выше выход по току.
Анализируя данные промышленной практики и результаты исследований зависимости выхода по току от различных факторов, X.Л. Стрелец развил следующий взгляд на механизм потерь металла применительно к случаю электролитического получения магния из хлоридов Потери магния определяются главным образом растворением его с поверхности капель магния, циркулирующих в электролите, а не растворением с поверхности катода и переносом растворенного металла из прикатодного диффузионного слоя к аноду. Мелкие капли магния появляются в электролите, если поверхность катода плохо смачивается магнием. Потери магния также могут быть за счет непосредственного взаимодействия хлора, выделяющегося на аноде, с мелкими каплями магния в циркулирующем электролите.
Такой механизм потерь подтверждается общеизвестным фактом резкого уменьшения потерь магния при его выделении на жидком катоде или в условиях, когда железный катод хорошо смачивается магнием, что наблюдается как в заводской практике, так и в специально проведенных исследованиях.
Результаты электролиза в электролитах различного состава показали, что выход по току в очень сильной степени зависит от поверхностных свойств электролита, в частности от краевого угла смачивания железной (катодной) поверхности электролитом.
На основании этого влияние состава электролита на выход по току можно объяснить изменением характера покрытия катода магнием с изменением состава электролита и содержания в нем примесей Изменение характера покрытия катода магнием в зависимости от состава электролита и содержания в нем примесей подтверждено опытами А.И. Беляева и E.А. Жемчужиной, а также и другими.
Показано, что в электролитах, которые хорошо смачивают поверхность катода, хорошо смачивается и жидкий магний, и это способствует образованию большого количества мелких шариков магния в электролите.
Таким образом, результаты ряда исследований влияния параметров процесса электролиза, состава электролита и его физико-химических свойств на выход по току, а также данные заводской практики позволяют высказать следующие соображения о механизме потерь металла при электролизе хлористого магния
1. Как и в случае электролиза других расплавленных солей, потери металла при электролизе MgCl2 частично определяются скоростью растворения магния на катоде и переносом растворенного металла через прикатодный диффузионный слой и циркулирующий поток электролита к аноду, где он соединяется с хлором. Однако потери магния из-за его растворения с катода в прикатодиом диффузионном слое относительно невелики.
2. Потери магния определяются главным образом его растворением с поверхности отдельных капель металла, циркулирующих с электролитом, а также взаимодействием этих капель с хлором, если условия циркуляции электролита и конструкция электролизера способствуют попаданию мелких капель магния в область электролита, через которую проходит хлор. Чем хуже условия смачивания катода магнием и чем больше количество магния, циркулирующего в электролите в виде мелких шариков, тем больше потери магния.
3. В магниевых электролизерах современных конструкций, в которых потери металла в сильной степени зависят от условий циркуляции электролита и выноса металла в пространство, защищенное от воздействия хлора, наряду с конструктивными параметрами решающее значение имеют поверхностные свойства электролита. Последние определяют условия выделения магния на катоде и дальнейшее поведение капель металла в электролите. На потерях металла существенно сказывается плотность электролита, поскольку от нее зависит отделение металла от электролита и всплывание его на поверхность в пространстве, защищенном от воздействия хлора.
4. Влияние на потери металла расстояния между электродами, плотности тока, высоты электродов и температуры электролита (в пределах 680—800°) зависит от свойств электролита. При большом поверхностном натяжении электролита на границе с катодом, т. е. при хорошем омачивании катода магнием, и при высокой плотности электролита, обеспечивающей хорошее отделение металла от электролита и удаление его в пространство, защищенное от хлора, влияние этих параметров на потери металла незначительно. Наоборот, при неудовлетворительных свойствах электролита, приводящих к диспергированию металла и затрудняющих его отделение от электролита, влияние указанных факторов возрастает и становится весьма существенным.