Электродные процессы. Катодные процессы.

Основной процесс– разряд ионов магния и выделение металлического магния на электроде из малоуглеродистой стали

Mg²⁺ + 2e  Mgº_(ж)

Так как температура электролита выше температуры плавления магния, то магний выделяется в жидком виде.

Побочный процесс – в расплавленном электролите присутствуют продукты гидролиза в виде гидрооксихлорида магния Mg(OH)Cl.

Mg(OH)⁺ +е  MgO + ½ H₂ 1,5 В

Даже при незначительном содержании водородсодержащих ионов в начальный период электролиза на катоде выделяется водород (выход водорода по току может достигать 80%).

Выделяющаяся также окись магния экранирует поверхность катода, что приводит к увеличению плотности тока, а это приводит к тому, что вместе с магнием осаждается натрий.

Na⁺ + e  Naº 3,2-3,3 В

Анодные процессы

Основной электрохимический процесс – это разряд ионов хлора с образованием молекулы хлора:

2Cl^- - 2e  Cl₂

Хлор лишь незначительно растворяется в электролите (около 0,007 г/л при 700ºС). В основном хлор выделяется в виде пузырьков и затем удаляется из ванны.

Побочные процессы: основной процесс связан с продуктами гидролиза

MgOHCl + C + Cl₂ = MgCl₂ + HCl + (CO₂)CO

хлорирование окиси магния это полезный процесс, так как происходит регенерация хлорида магния и уменьшение содержания окиси в электролите.

MgO + ½ C + 2Cl^- - 2e = MgCl₂ + ½ CO₂

Так же происходит хлорирование других окислов (железо, кремний и др) это вредные процессы, так как примеси переходят в растворимую форму и участвуют в катодном процессе.

Процессы в объеме электролита

Растворение магния в электролите. Растворение металлов в расплавленных солях – это преимущественно процесс образования металлов низшей валентности. В расплавах хлоридов магния, натрия и калия растворимость магния увеличивается с повышением температуры расплава и с ростом содержания хлорида магния в нем.

Так в системе 10%MgCl₂-KCl-NaCl-CaCl₂ при 800ºС растворимость Mg 0,02%. Но так как количество электролита большое, то общее количество растворенного металла может быть значительно, что приводит к существенным потерям, особенно при сильной циркуляции электролита.

Реакция магния с хлором. Хлор, проходя через электролит, вступает в реакцию с растворенным в нем магнием. Что смещает равновесие между магнием металлическим и магнием растворенным вправо.

Mg_м Mg_р

Создаются условия для дальнейшего перехода металлического магния в расплав и последующего соединения с хлором.

При непосредственном контакте хлора и жидкого металлического магния, плавающего в электролите, они реагируют между собой:

Mg_ж + Cl₂ = MgCl_2ж

Кроме того, возможно взаимодействие растворенного хлора с металлическим и растворенным магнием.

Окисление магния. Магний окисляется с кислородом воздуха.

Mg + ½ O₂ = MgO

Процесс идет особенно интенсивно, если магний на границе с воздухом плохо смачивается электролитом и растекается по поверхности тонким слоем.

Потери магния (% от общей потери):

1. окисление растворенного магния и горение жидкого магния на поверхности электролита 1,6 %

2. расход магния на контактное взаимодействие с примесями, осаждение магния в шлам 3,7 %

3. взаимодействие жидкого магния и газообразного хлора 80,5 %

4. взаимодействие растворенного магния и газообразного хлора 8,5 %

5. взаимодействие жидкого и растворенного магния с растворенным хлором 5,7 %

Выводы: для снижения потерь магния необходимо создавать в электролизере условия для хорошего разделения хлора и магния, а также уменьшение общей поверхности магния.