Процессы, протекающие в электролизере

Процессы, протекающие в электролизере можно разделить:

1. По месту их протекания: катодный; анодный; в объеме электролита.

2.По существу процессов:

 - электрохимические (катодные и анодные),

 -химические (взаимодействие продуктов электролиза Мд и С1 и примесями)

 -физические (осаждение взвешенных частиц в электролите, формирование шлама, циркуляция и «кипение» электролита, испарение компонентов электролита и конденсация их паров и др.

Хлорид магния в расплаве диссоциирует:     МдС1₂  ==Мд⁺² + 2 С1^-

1.Катодный процесс - основным является процесс разряда ионов магния на катоде

Катод: Мд⁺² + 2е = Мд⁰    

При условиях электролиза магний выделяется в жидком виде и хорошо смачивает поверхность катода, покрывая ее пленкой жидкого металла и дальнейшее осаждение Мд происходит на поверхности жидкого Мд. При накоплении на рабочей поверхности катода крупные капли магния отрываются от нее и всплывают на поверхность электролита и собирается между двумя нерабочими поверхностями катодов

Побочный процесс – совместный разряд ионов магния и других ионов на катоде. В расплавленном карналлите всегда находятся водородсодержащие ионы МдОН⁺ Для выделения водорода на катоде требуется всего 1,5 В, поэтому наличие таких ионов приводит к разряду водорода на катоде. Это приводит к снижению выхода по току и непроизводительным затратам тока                   МдОН⁺ + 2е^- = 2МдО_ТВ + Н₂

Оксид МдО в виде пленки остается на катоде, ухудшая смачивание его магнием, вызывая потери металла (качественное обезвоживание).

Возможен разряд на катоде и других ионов, находящихся в электролите при:

- резком снижении концентрации МдС1₂  в электролите по мере его разряжения;

- пассивации катода, которая приводит к тому, что часть катода покрыта пассивной пленкой, площадь рабочей поверхности катода уменьшается, плотность тока при этом увеличивает, что приводит к разряду других ионов.

2.Анодный процесс – основной электрохимический процесс разряда ионов хлора с образованием атомов и затем молекул хлора: Анод: 2 С1^-  - 2е = 2С1⁰= С1

Хлор разряжается на всей поверхности анода в виде пузырьков газа и уходит из электролизера.

Хлорирование МдО, которая вносится с сырьем, образуется в электролите в следствии гидролиза хлорида является хорошим процессом, т.к. частично регенерируется хлорид магния и уменьшается содержание МдО в электролите. Однако хлорируются и примеси, которые могут быть в расплаве (ТiО₂, А1₂О_3, SiO₂,Fe₂O₃ др.)- вредный процесс, т.к. примеси переходят в растворимую форму (А1С1₃, SiС1₄, FeС1₃) и могут участвовать в катодном процессе (выделяясь на катоде), снижая выход по току и ухудшая качества металла.

3.Процессы, протекающие в объеме электролита. К ним относят процессы, связанные с потерями магния.

- растворение магния в электролите связано с тем, что магний контактирует с электролитом до установления равновесия Мд_р-р---Мд_ме., устанавливается равновесие между металлическим и растворенным магнием. Чем больше циркуляция электролита и поверхность соприкосновения металла и электролита,тем больше потери Мд;

- реакция магния с хлором (обратный процесс) может протекать, если хлор проходящий через электролит, вступает в реакцию с магнием, растворенным в электролите. При этом равновесие Мд_р-р---Мд_ме сдвигается влево и создаются условия для перехода магния в расплав и последующего соединения с хлором, что приводит к потерям Мд;

- окисление магния, плавающего в электролите, кислородом воздуха: Мд + ½ О₂= МдО_ТВ протекает интенсивно, если Мд на границе с воздухом плохо смачивается электролитом и растекается тонким слоем на его поверхности.

Для уменьшения потерь магния необходимо создавать в электролизере условия для хорошего разделения продуктов электролиза магния и хлора; уменьшения общей поверхности магния; использование качественного сырья; проведение полного обезвоживания исходных материалов.