СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ Советский патент 1934 года по МПК C25C3/04 

Известно, что при электролизе расплавленных хлоридов магния и калия или натрия магний, выделяющийся на катоде при обычных условиях электролиза, в частности при температуре 710-750°, оказывается легче электролита и всплывает на поверхность последнего.

Это обстоятельство заставляет на практике стремиться к разделению тем или иным путем хлора, выделяющегося на аноде, от магния, что осложняет конструкцию магниевых электролизеров и делает их относительно весьма громоздкими аппаратами.

В то же время в практике работы магниевых ванн наблюдались явления погружения металла па дно ванны, например, при случайных понижениях температуры электролита.

Посредством предлагаемого способа на основании детального изучения удельного веса расплавленных смесей хлоридов магния и щелочных металлов предлагаются такие условия ведения электролиза этих смесей, при которых жидкий магний, будучи тяжелее электролита, располагается на дне электролизера и служит в то же время катодом.

Это позволяет расположить аноды выше лежащего на дне ванны слоя расплавленного металла, и, следовательно, выделяющийся хлор, естественным образом, отделяется от магния. Расстояние между анодами и катодом (поверхностью жидкого металла) может быть значительно меньшим, чем в обычных электролизерах, в результате чего размеры ванны, напряжение в ней и удельный расход электроэнергии могут быть сильно уменьшены.

На чертеже изображен участок тройной диаграммы расплавленной системы.

Предлагаемый способ получения магния состоит в том, что, с целью получения электролита, более легкого, чем жидкий магний и для осаждения его на дно ванны температуру и пределы концентрации MgCl₂ поддерживает в зависимости от соотношения хлоридов калия и натрия, согласно следующей таблице:

1) 650-660°, 35-15% MgCl₂ при весовом

отношении от 3-5,5 или

2) 650-670°, 36-19% MgCl₂

при или

3) 650-680°, 37-21% MgCl₂

при или

4) 650-690°, 37-229 MgCl₂

при

По наблюдениям авторами точных удельных весов электролитов магниевой ванны разного состава и при различных температурах следует, что имеющиеся в литературе данные не соответствуют действительности.

На прилагаемом чертеже изображен участок тройной диаграммы расплавленной системы MgCl₂-KCl-NaCl в молекулярных процентах, с нанесенными на нем участками составов электролитов, в которых металлический магний удельно тяжелее электролита и, следовательно, опускается на дно ванны. Участки нанесены для температур 650°, 660°, 670° и 680° и ограничены с одной стороны изотермой застывания смеси солей для данной температуры, с другой стороны изоденсой удельного веса смеси солей, равного удельному весу расплавленного металлического магния при той же температуре.

Как видно из чертежа, область, в которой металлический магний тонет в электролите, очень значительная при 650°, сокращается с повышением температуры и исчезает при 685° и составе электролита MgCl₂-30-20% Mol NaCl-0%, KCl-70-80% Mol.

Из приводимого чертежа видно, что электролит с находящимися на дне ванны жидким магниевым катодом может вестись, например, при следующих условиях:

Интервалы температур в таблице указаны таким образом, что позволяют еще снизить температуру на 5° ниже предела без застывания электролита или повысить на 5° выше верхнего предела без всплывания магния. К этому нужно прибавить, что температуры плавления, указываемые S. Molich, повидимому, выше истинных и, следовательно, степень обеднения электролита хлормагнием может быть допущена еще ниже, чем это указано в таблице, при одновременном снижении нижнего предела допускаемых температур, без опасности застывания электролита.

Понятно, что небольшие добавки хлористого лития значительно расширят область, в которой магний тонет в электролите, с одной стороны, за счет снижения температур плавления электролита, что позволит сильно понизить допускаемую степень обеднения электролита хлормагнием в конце процесса (сдвиг изотерм плавления на диаграмме вниз), с другой стороны, - за счет уменьшения удельного веса электролита, что позволит повысить концентрацию хлормагния в начале процесса (сдвиг изоденс вверх и вправо).

Понятно также, что к тому же результату приведет добавка к жидкому катоду другого металла, например, алюминия с одной стороны, за счет снижения температуры плавления катодного сплава, с другой - за счет повышения его удельного веса. Одновременно верхний предел допускаемых температур несколько повысится, а нижний понизится до температуры застывания катодного сплава.

1. Способ получения магния электролизом расплавленного хлористого магния в смеси с хлоридами калия и натрия, отличающийся тем, что с целью получения электролита, более легкого чем жидкий магний и для осаждения его на дно ванны температуру и пределы концентрации MgCl₂ поддерживают в зависимости от соотношения хлоридов калия и натрия согласно нижеследующей таблице:
а) 650-660°, 35-15% MgCl₂ при весовом
отношении от 3 до 5,5 или
б) 650-670°, 36-19% MgCl₂
при или
с) 650-680°, 37-21% MgCl₂
при или
д) 650-690°, 37-22% MgCl₂
при

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения верхнего предела температуры процесса примерно на 20° и расширения пределов концентрации хлористого магния на ± 5% по сравнению с указанными в п. 1 добавляют к электролиту хлористый литий в количестве не более 10%.

3. Прием выполнения способа по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью понижения нижнего предела температуры процесса до температуры плавления катодного сплава и повышения верхнего предела температуры на 20° против указанного в пп. 1 и 2 и дальнейшего понижения пределов концентрации хлористого магния на + 5%, добавляют к электролиту алюминия в количестве не более 8% или цинка не более 4% или меди не более 4%.