Влияние температуры, плотности тока и расстояния между электродами на магний

30.01.2017

Температура электролита. Опытом установлено, что с повышением температуры электролита выход по току, как правило, понижается. Это объясняется повышением растворимости и скорости растворения металла в электролите с повышением температуры.
Согласно предложенному Р. Лоренцом механизму потерь металла при электролизе расплавленных солей, электролит насыщается растворенным металлом и переносит его путем конвекции и диффузии к аноду, на которой происходит вторичный процесс соединения металла с анодным продуктом, в нашем случае с хлором. Затем расплав возвращается к катоду, насыщается метал лом и снова диффундирует к аноду.
С повышением температуры уменьшается вязкость электролита, увеличивается скорость конвекции и диффузии, что способствует повышению интенсивности указанных процессов и связанных с ними потерь выхода по току. Одновременно повышается скорость окисления магния, плавающего на поверхности электролита, усиливается испарение магния в связи с повышением упругости его пара, ускоряется взаимодействие металла и электролита с влагой, содержащейся в воздухе.
Отсюда следует, что электролиз надо проводить при предельно возможной низкой температуре, с учетом необходимости вы деления магния в жидком состоянии.
Температура плавления трех- и четырехкомпонентного электролита находится в интервале 460—500°. Магний плавится при температуре 651°. Учитывая влияние температуры на выход по току, следовало бы проводить электролиз при температуре, немного превышающей температуру плавления магния. Однако при этом будет неблагоприятное соотношение плотностей электролита и магния; вязкость электролита будет настолько высока, что это будет препятствовать нормальной циркуляции электролита и отделению хлора из него. С учетом совокупного влияния всех перечисленных факторов оптимальная температура электролита, при которой при прочих одинаковых условиях достигается наиболее высокий выход по току, находится в пределах 690—730°.
Плотность тока и расстояние между электродами. Исследованиями, проведенными в лабораторных условиях, установлено, что с повышением плотности тока выход по току возрастает, приближаясь к максимальному значению при некоторой предельной плотности тока.
Эта закономерность может быть понята, если исходить из указанной выше схемы потерь металла при электролизе расплавленных солей.
Интенсивность вторичного процесса соединения металла с хлором находится в зависимости от плотности тока, так как с повышением последней увеличивается абсолютное количество хлора, которое выделяется на аноде в единицу времени. Абсолютная потеря выхода металла по току будет по этой причине возрастать с повышением плотности тока, но, однако, не будет ей прямо пропорциональна, так как два остальных фактора (растворимость металла и скорость диффузии) определяются только температурой электролита и конструктивными особенностями электролизера.
Количество металла, выделяющегося на катоде, пропорционально плотности (величине) тока; абсолютная потеря металла возрастает медленнее, чем плотность тока. В результате этого с повышением плотности тока относительные потери металла снижаются и выход по току повышается. Этот механизм потерь металла при электролизе расплавленных солей объясняет также установленный экспериментально в лабораторных и заводских условиях факт повышения выхода по току с увеличением расстояния между электродами. При неизменной плотности тока выход по току возрастает с увеличением межэлектродного расстояния, так как при этом уменьшается степень взаимодействия между металлом и анодным продуктом.
При одновременном изменении плотности тока и расстояния между электродами влияние этих факторов определенным образом накладывается друг на друга. Зависимость выхода по току ст плотности тока и расстояния между электродами изображена на рис. 138 и 139. Указанные общие закономерности проявляются, однако, различным образом в разных условиях.
Влияние температуры, плотности тока и расстояния между электродами на магний

Большое значение имеют конструктивнее особенности электролизера. Работами X.Л. Стрельца доказано, что характер и степень влияния плотности тока и расстояния между электродами на выход по току при электролизе безводного карналлита в диафрагменном электролизере с вертикальным расположением электродов зависит также от глубины погружения анода (высоты рабочей части анода). В интервале межэлектродных расстояний 2—12 см, анодной плотности тока 0,17—0,68 а/см2 и высоты анода 400—800 мм зависимость выхода по току от плотности тока и межэлектродного расстояния характеризуется следующим образом:
1) при неизменном межэлектродном расстоянии и высоте анода выход по току повышается с увеличением плотности тока и приближается к некоторому максимальному значению;
2) при неизменной плотности тока и высоте анода выход по току повышается с увеличением межэлектродного расстояния;
3) при увеличении высоты анода в определенных пределах (глубины электролизера), при прочих постоянных условиях, выход по току повышается. Изменение высоты рабочей части анода имеет большое значение для создания наивыгоднейшего характера циркуляции электролита.
Влияние высоты анода на выход по току тем сильнее, чем меньше межэлектродное расстояние и плотность тока. Следует иметь в виду, что эти выводы справедливы только в пределах значений плотностей тока, межэлектродных расстояний и высот анода, в которых производилось указанное исследование.
В практике оптимальные значения плотности тока, расстояния между электродами и высоты анода подбирают следующим образом. Сначала выбирают по опытным данным оптимальные значения высоты анода и плотности тока. Затем подбирают такое межэлектродное расстояние, при котором достигается максимальный выход по току при данной высоте анода.
При выборе межэлектродного расстояния следует исходить не только из выхода по току; одновременно необходимо учитывать величину падения напряжения в электролите (между электродами), с тем чтобы удельный расход электроэнергии не превышал приемлемой величины.
Практикой работы отечественных и зарубежных заводов установлены следующие оптимальные условия электролиза: анодная плотность тока 0,5—0,7 а/см2; расстояние между электродами 7—9 см при рабочей высоте анода 800—1000 мм.
В заключение необходимо указать, что температура, плотность тока и межэлектродное расстояние являются факторами, легко поддающимися непосредственному измерению и количественной оценке. Однако имеется еще один фактор, который трудно количественно охарактеризовать, но он имеет важнейшее значение. Этим фактором является характер циркуляции электролита в ванне. При наивыгоднейшем соотношении температуры, плотности тока и геометрических параметров ванны (в частности, высоты анода) циркуляция обеспечивает быстрейший вынос магния из межэлектродного пространства.