Исследование кинетики катодного выделения магния с целью разработки методики оперативного определения концентрации хлорида магния в электролите действующих электролизеров Выступов, Сергей Иванович

Введение к работе

.-,

Актуальность темы.

Одним из основных путей интенсификации процесса электролитического получения магния является совершенствование автоматизированных систем управления состоянием технологического режима. Главная задача, выполняемая такого рода системами, состоит в поддержании оптимальных значений основных технологических показателей процесса.

Для нормальной- работы электролизера необходимо поддерживать состав электролита в заданных пределах, причем в первую очередь содержание в нем хлорида магния. В настоящее время отсутствуют промышленные способы ^оперативного автоматического контроля концентрации хлорида магния в электролите действующих электролизеров-.

В связи с этим возникает вопрос о постоянном оперативном контроле содержания хлорида, магния в электролите действующих электролизеров. Решение проблемы разработки датчика для определения концентрации MgCb открывает широкие возможности для автоматизации процесса загрузки сырья, диагностики работы электролизеров, сокращения расхода сырья и для увеличения выхода по току магния.

Целью работы являлось изучение кинетики катодного процесса выделения магния; разработка методики определения концентрации MgCh и конструкции датчика для оперативного определения содержания хлорида магния непосредственно в электролите действующих магниевых электролизеров.

Методы исследования. В работе использовался комплекс современных методов, нпгроко применяемых при исследовании кинетики и механизма электродных реакций: хронопотенциометрия, вольтамперометрия и импедансные исследования.

Научная новизна. Впервые выполнены комплексные

исследования кинетики процесса катодного восстановления ионов магния в хлоридных расплавах. Установлено наличие предшествующей разряду гомогенной химической реакции распада магнийсодержащего комплекса MgCh²".

Определены кинетические характеристики стадий электродного процесса в зависимости от температуры и состава расплава. Показано, что лимитирующей стадией катодного процесса является стадия диффузии магнийсодержащего комплекса к поверхности электрода.

Предложен способ расчета константы диссоциации комплексного аниона на основе модели идеального ассоциированного раствора. Рассчитаны величины констант диссоциации и констант скорости диссоциации комплекса. Определена степень влияния на эти

параметры катионного состава расплава и температуры. Прочность комплекса MgCU^2- уменьшается с повышением температуры и увеличением содержания хлорида натрия в фоновом электролите.

Практическая ценность. Разработанная методика определения концентрации MgCh открывает широкие возможности для автоматизации процесса загрузки сырья, диагностики работы электролизеров, сокращения расхода сырья и для увеличения выхода по току магния.

Полученная эмпирическая зависимость предельной плотности тока разряда ионов магния от температуры и состава расплава может быть использована при выборе рабочей плотности тока при переходе к новому составу электролита, или для определения площади катода при разработке (проектировании) новых конструкций электролизеров.

С точки зрения увеличения мощности действующих электролизеров и снижения удельного расхода электроэнергии на электролиз более благоприятны электролиты с повышенным содержанием хлорида натрия по отношению к хлориду калия.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных работ по изучению кинетики процесса катодного восстановления ионов магния и природы лимитирующей стадии данного процесса.

2. Метод расчета константы диссоциации комплексного аниона MgCU²-.

3. Методика электрохимического определения концентрации
хлорида магния в электролите.

4. Конструкция датчика для определения концентрации хлорида
магния в электролите. Материалы для электродов датчика.

5. Результаты испытаний работы датчика в условиях
лабораторного электролиза. Рекомендации по использованию датчика.

Апробация работы. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались на Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", СПбГТУ, С.Петербург, 1995, на научно-методических семинарах кафедры "Теоретические основы металлургии цветных металлов", СПбГТУ.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех научных статьях и тезисах докладов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, основных выводов и приложения, изложена на 177 страницах текста, включая 27 таблиц, 48 рисунков и списка цитируемой литературы 156 наименований.