Электролитическое получение магния.

Магний электролитическим способом получают в электролизёрах с верхним вводом анодов. Электролизер (рис.2) имеет стальной корпус прямоугольной формы, изнутри покрытый теплоизоляцией и футерованный шамотным кирпичом.

Ванну заполняют расплавленным электролитом (расплав обезвоженного карналлита и возвратный хлористый магний) температуру которого поддерживают в пределах 720 10 ⁰С. В верхней части электролизера имеется несколько электролитических ячеек. Каждая ячейка имеет вертикально опущенный в электролит графитовый анод 3 и два стальных катода 2 по сторонам. В верхней части между анодом и катодом установлены диафрагмы 5 (перегородки из шамотного кирпича, снизу углубленные в электролит), сверху служащие опорой для анодного перекрытия 4. В торце анодного пространства имеется отверстие 1, через которое отсасывается хлор. Диафрагмы отделяют пространство, где выделяется хлор, от пространства в печи, где выделяется магний, во избежание их взаимодействия. Электролизер полностью изолирован от атмосферы. Электролит содержит МgCl₂, KCl, NaCl и примеси других солей и окислов.

Рис. 2. Схема ячейки электролизёра

Целью процесса является электролитическое разложение хлористого магния для получения магния и хлора. Для этого через электролит пропускают постоянный электрический ток напряжением, близким к напряжению, требуемому для разложения хлористого магния при данной температуре (2,7-2,8 В). Напряжение, необходимое для разложения других соединений, содержащихся в электролите, выше, чем для хлористого магния. Образующиеся в результате электролитического разложения хлористого магния ионы хлора двигаются к аноду и после их разряда на аноде образуются пузырьки хлора, которые, поднимаясь, выходят из электролита и отсасываются из электролизера. Ионы магния двигаются к катоду и после разряда на рабочей поверхности катодов выделяются капельки металлического магния. Магний легче электролита, поэтому он легко всплывает в катодном пространстве на поверхность электролита, откуда периодически удаляется при помощи вакуумного ковша. Электролиз идет непрерывно и в электролизере непрерывно получается хлор и магний-сырец. Содержание хлористого магния в электролите постепенно уменьшается и доходит до 3 %. Тогда из ванны частично удаляют обработанный электролит и заливают богатый расплав безводного карналлита или хлористого магния, можно также добавлять кусковой карналлит. На подине электролизера образуется шлам - осадок окиси магния и других примесей электролита и продуктов побочных реакций (железо, сульфиды, кремнезем и др.). Шлам регулярно удаляют из ванны.

Технико-экономическими показателями работы электролизера являются:

- выход по току, который вычисляют, как отношение практически полученного количества магния и хлора к количеству, рассчитанному теоретически. На современных электролизерах он достигает по магнию 86 %, а по хлору 73 %;

- расход электроэнергии в кВт·ч. на 1 кг магния и хлора. Расход электроэнергии составляет 15000-17000 кВт·ч. на 1т магния. Кроме того, подсчитывают выход по энергии, т.е. отношение количества энергии, затраченной на получение магния или хлора, ко всему затраченному количеству электроэнергии. Выход по энергии (по магнию) составляет не более 40 %, следовательно, 60 % энергии расходуется на поддержание температуры электролита и теряется в окружающую среду. На 1 т металлического магния расходуется около 4,5 т хлористого магния или 10 т карналлита и выделяется 2,9 т хлора.