Влияние различных факторов на выход по току.

1) Температура. С ростом температуры выход по току снижается, из-за: увеличения скорости окисления магния, усиления побочных процессов, увеличения растворимости в электролите, увеличения летучести, уменьшения разности плотностей электролита и жидкого магния.

Увеличение температуры на 10ºС приводит к снижению выхода по току на 2-3 %.

2) Межэлектродное расстояние. Чем больше расстояние между катодом и анодом тем меньше обратное взаимодействие. Оптимальная величина 6-7 см.

Рис.3.11. Зависимость выхода по току от МПР.

3. Плотность тока. До определенного предела рост плотности тока ведет к увеличению выхода по току. Спад связан с усилением перемешивания межэлектродного пространства хлором.

Рис.3.12. Зависимость выхода по току от плотности тока.

4) Примеси.

1) Содержание влаги 0,1 % снижает выход по току на 10 %.

Катод покрывается пассивной пленкой окиси магния, образующейся в результате разряда водородсодержащих ионов, что резко ухудшает условия выделения на нем магния.

Также происходит взаимодействие:

Mg + 2 MgOH⁺ = 2MgO + Mg²⁺ +H₂

Кроме того образовавшаяся окись магния обволакивает мелкие капли магния, и будучи тяжелее его, увлекает магний на дно ванны.

Хлорид магния взаимодействует с влагой воздуха c образованием окиси магния и хлористого водорода.

2) Сульфаты.

2SO₄^2- - 4e + 3C = 2SO₂ + 2CO + CO₂

приводит к разрушению анода.

MgSO₄ + Mg = 2 MgO + SO₂

MgSO₄ + 3Mg = 4MgO + S

MgSO₄ + 4Mg = 4MgO + MgS

В результате всех реакций сера быстро удаляется из электролита в виде SO₂ с газами и в виде сульфида магния в шлам.

Если SO₄^2- более 0,05 % , то электролит находится в состоянии, напоминающем бурное кипение, которое прекращается при содержании SO₄^2- 0,01-0,04 %. При кипении нарушается нормальная циркуляция электролита, магний разбивается на мелкие капли, что снижает выход по току.

Но главная причина снижения выхода по току – образование на катоде пассивной пленки из сульфидов, окиси магния и др. веществ.

3) Железо.

Влияет на выход по току по трем механизмам

1. К Fe³⁺ + e = Fe²⁺

A Fe²⁺ - e = Fe³⁺

2. Fe²⁺ + 2e = Fe (тв)

На катоде осаждается губчатое железо, которое абсорбирует окись магния из электролита и катод пассивируется.

3. Fe²⁺ + Mg = Fe (Mg)

За счет железа магний утяжеляется и оседает в шламовую фазу.

При содержании Fe = 1% имеем _т=0.

Регламентированное содержание железа менее 0,03%.

Такое же влияние оказывают Mn и Ti. Особенно хорошо растворимы TiCl₂ и TiCl₃. В расчете на TiO₂ содержание должно быть менее 0,015%.

Окислы железа, титана и др практически не растворимы в электролите, и осаждаются в шлам, не влияя существенно на ход электролиза.

4) Мелкодисперсный углерод. Образуется в результате разрушения анода по реакции Mg + CO₂ = 2MgO + C

Наряду с тонкодисперсными MgO и SiO₂ является одной из причин образования пены на поверхности электролита. Пена уменьшает выход хлора и забивает отверстия для выхода газов из электролизера. Также резко снижается электропроводность электролита, что ведет к перегреву.

Углерод, накапливаясь в шламе, приводит к тому, что шлам становится электропроводным, это может привести к замыканию катода и анода.

5) Соединения бора. Растворенные в электролите способствуют выделению магния в мелкодисперсной форме, уменьшая выход по току. Допустимое содержание 0,001%.

6) Окись магния. Всегда присутствует в питающих расплавах и образуется в ряде побочных процессов. Присутствие некоторого количества окиси полезно, т.к. переводит растворенные примеси железа титана кремния и др. в неактивную, легко осаждаемую из электролита фазу

2FeCl₃ + 3MgO = Fe₂O₃ + 3MgCl₂

Но при осаждении увлекает за собой в шлам капли магния. Сильное шламообразование нарушает нормальную работу электролизера.

Рис.3.13. Взаимосвязь выхода магния пот току и содержания MgO в электролизере.