Спосіб електролітичного отримання магнію

Спосіб електролітичного отримання магнію в електроліті, що містить хлорид магнію, який включає завантажування твердої сировини в аноліт, що містить гідроксихлорид магнію, який відрізняється тим, що масову частку гідроксихлориду магнію підтримують у межах 0,01-0,1 при масовій частці хлориду магнію 0,5-1,0 та відокремленні аноліту від католіту. (19) (21) 98073572 (22) 07.07.1998 (24) 16.07.2001 (46) 16.07.2001, Бюл. № 6, 2001 р. (72) Проценко Віктор Максимович (73) Державний науково-дослідний та проектний інститут титану, UA (56) US 4076602, C25C3/04, 3/12, 3/08, 28 Feb., 1978. US 4409083, C25C3/04, 7/02, 7/04, 11 Oсt., 1983. US 9531401, C01F5/34, C25C3/04, 23 Nov., 1995. 39995 довж всього процесу електролізу. Масова частка гідроксихлориду магнію в аноліті складає 0,01-0,1. Процес електролітичного отримання магнію з твердої недозневоденої хлормагнієвої або оксидвміщуючої сировини в розплавленому хлоридному електроліті йде за такою сумарною реакцією: 2MgOHCl+С=2Mg+СO2­+2НСl­. (3) При зниженні масової частки гідроксихлориду магнію в аноліті менше 0,01, в анодних газах з'являється хлор. Збільшення масової частки гідроксихлориду магнію більше 0,1 приводить до підвищення шламоутворення за рахунок його дисоціації за реакцією (2). Гідроксихлорид магнію при розчиненні в розплаві хлориду магнію дисоціює на іони: MgOHCl=Mg2++ОН-+СІ-, (4) причому розчинність MgOHCl прямопропорційна концентрації хлориду магнію. При зменшенні масової частки хлориду магнію в електроліті менше 0,5, масова частка розчиненого в аноліті гідроксихлориду магнію складає менше 0,01, що приводить до появи хлору в анодних газах. Електроліз розплавленого електроліту, в який вводять тверду магнійвмісну сировину, завантажуючи її в анодний простір, необхідно вести при відокремленні аноліту і католіту, наприклад, пористою діафрагмою, яка перешкоджає проникненню гідроксихлориду магнію у катодний простір. В протилежному випадку на катоді посилюється реакція, яка приводить до зниження виходу магнію за струмом за рахунок попутного виділення водню і пасивації катоду: 2Mg2++2OН-+2ē=2MgO+Н2­. (5) Технічне рішення, що пропонується, здійснюється таким чином. Тверду магнійвміщуючу сировину завантажують в аноліт, який відокремлений від католіту пористою діафрагмою, на поверхню розплавленого електроліту. Швидкість подачі сировини (в перерахунку на магній) з невеликим надлишком, викликаним неминучими збитками електроліту, складає 0,46-0,47 г/А×год., що забезпечує постійний рівень і склад електроліту. У якості сировини використовують або хлорид магнію з різним рівнем зневоднення MgCl2×(0,5-2,5)H2O, або оксихлорид магнію з таким складом: mMgO·MgCI2·nH2O, де m=0,5-5, n=0,5-12. Більш переважними є відповідно наступні сполуки: MgCI2×0,9H2O та 0,8MgO×MgCl2×0,8H2O. При завантаженні сировини, у розплав в розчиненому вигляді переходить гідроксихлорид магнію MgOHCl, масову частку якого в аноліті підтримують у межах 0,01-0,1. Така розчинність гідроксихлориду магнію забезпечується підтримкою масової частки хлориду магнію в електроліті в межах 0,5-1,0. Розчинений в аноліті гідроксихлорид магнію за участю вуглецю аноду вступає в електрохімічну реакцію: 2OH-+2СI-+С-4ē=СO2­+2НСI­. (6) При цьому анодний процес здійснюється без виділення хлору. Катіони магнію з аноліту через пористу діафрагму переносяться до збідненого по 2Mg2+ католіту, де на катоді виділяється рідкий магній. Приклади виконання способу В електролізер, який містить хлоридний розплав, нагрітий до 700-800°С в анодний простір завантажують сировину MgCI2×0,9H2O, або 0,8MgO×MgCl2×0,8H2O, або їх суміш із швидкістю 0,47 г/А×год у перерахунку на магній. Електроліт готують з хлориду магнію титанового виробництва, який майже не має домішок, та хлоридів лужних металів в молярному відношенні NaCI:КСI=1:1. Змінюючи масову частку гідроксихлориду магнію в аноліті, хлориду магнію в електроліті, температуру електроліту та анодну густину струму, одержали показники, які наведені у таблиці. При масовій частці гідроксихлориду магнію в аноліті менше 0,01 та більше 0,1 у відходячих газах виявлено наявність хлору та значно збільшився вихід шламу. При масовій частці хлориду магнію в електроліті менше 0,5, розчинність гідроксихлориду магнію зменшується, збільшується його дисоціація за реакцією (2), внаслідок чого у відходячих газах з'являється хлор та збільшується вихід шламу. Температура процесу електролізу в залежності від концентрації хлориду магнію змінювалась від 700 до 800°С. Анодну густину струму підтримували у межах 0,2-1,0 А/см2, причому чим вище концентрація гідроксихлориду магнію в аноліті, тим вище може бути густина струму. При масовій частці гідроксихлориду магнію в аноліті 0,010,1 та хлориду магнію в електроліті 0,5-1,0 кількість шламу значно зменшується і хлор в анодних газах відсутній. Таким чином, спосіб, що пропонується, дозволяє виключити виділення хлору, покращити екологічний стан, зменшити утворення хлоридних відходів і шламу, а також використовувати значно дешевшу недозневоднену хлор магнієву та оксидвміщуючу сировину, знизити витрати на її зневоднення та хлорування, спростити процес виробництва магнію. 2 39995 Таблиця Умови та показники процесу електролітичного отримання магнію № п/п 1 2 3 4 5 6 7* 8** Масова частка гідроксихлориду магнію в аноліті 0,005 0,01 0,05 0,07 0,10 0,12 0,002 0,07 Масова частка хлориду магнію в електроліті 0,45 0,50 0,80 1,00 1,00 1,00 0,25 1,00 Температура процесу, °С Анодна густина струму, А/см2 700 700 700 800 740 740 700 800 0,2 0,2 0,5 0,7 1,0 1,0 0,2 0,2 Вихід магнію за струмом, % 80 81 84 83 85 80 77 45 Вихід шламу, кг/т Mg 90 50 50 60 50 100 270 130 * - за способом-прототипом; ** - без відокремлення аноліоту від католіту діафрагмою. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3 Вміст хлору у відходячих газах, % (об’єм) 4 відсутній відсутній відсутній відсутній відсутній 10 відсутній