Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Процесс Даунса представляет собой электрохимический метод промышленного получения металлического магния , при котором расплавленный MgCl 2 подвергается электролизу в специальном аппарате, называемом ячейкой Дауна . Ячейка Даунса была изобретена в 1922 г. (запатентована: 1924 г.) американским химиком Джеймсом Клойдом Даунсом (1885–1957). [1] [2]

Как это работает [ править ]

В ячейке Дауна используются угольный анод и железный катод . Электролита является хлорид магния , который был нагрет до жидкого состояния. Хотя твердый хлорид магния является плохим проводником электричества, в расплавленном состоянии мобилизуются ионы магния и хлорида , которые становятся носителями заряда и позволяют проводить электрический ток.

Некоторые хлориды кальция , и / или хлориды из бария и стронция , а также , в некоторых процессах, магний фторид [3] добавляют в электролит для снижения температуры , необходимые для поддержания электролита жидкости. Хлорид натрия плавится при 801 ° C (1074 Кельвина), но смесь солей может оставаться жидкой при температуре до 600 ° C в смеси, содержащей по массе: 33,2% MgCl 2 и 66,8% CaCl 2 . Если используется чистый хлорид магния, в расплавленном MgCl образуется эмульсия металлического магния, которую невозможно отделить. Следовательно, одним из вариантов является смесь MgCl 2 (42%) и CaCl 2 (58%).

Анодная реакция:

2Cl - → Cl 2 (г) + 2e -

Катодная реакция:

Mg 2+ + 2e - → Mg (л)

для общей реакции

Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (г)

Кальций не вступает в реакцию, потому что его восстановительный потенциал -2,87 вольт ниже, чем у магния, который составляет -2,38 вольт. Следовательно, ионы магния восстанавливаются до металлической формы, а не кальция. [4] Если бы электролит содержал только ион кальция и не содержал магния, это был бы металлический кальций, полученный в качестве катодного продукта (именно так и производится металлический кальций).

Оба продукта электролиза, металлический магний и газообразный хлор , менее плотны, чем электролит, и поэтому всплывают на поверхность. В ячейке расположены перфорированные железные перегородки (см. Схему рядом), чтобы направлять продукты в отдельные камеры, не соприкасаясь друг с другом. [5]

Хотя теория предсказывает, что потенциал чуть более 4 вольт должен быть достаточным для того, чтобы реакция продолжилась, на практике используются потенциалы до 8 вольт. Это делается для того, чтобы достичь полезной плотности тока в электролите, несмотря на присущее ему электрическое сопротивление. Перенапряжение и последующий резистивный нагрев способствует выделению тепла, необходимому для поддержания электролита в жидком состоянии.

В процессе Даунса также образуется хлор в качестве побочного продукта, хотя полученный таким образом хлор составляет лишь небольшую часть хлора, производимого промышленно другими методами. [5]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Даунс, Джеймс Хамз "Электролитический процесс и ячейка", Патент США № 1 501 756 (подано 18 августа 1922 г .; выдано 15 июля 1924 г.).
  2. ^ Харди, DWF (1959). Электролитическое производство химикатов из соли . Оксфорд, Англия: Издательство Оксфордского университета. С. 14, 65.
  3. ^ Кепплер, Стивен Джон; Мессинг, Томас А .; Пру, Кевин Бернард; Джайн, Давендра Кумар (18 мая 2001 г.). «Электролиз расплавов солей щелочных металлов, Патент США 6669836» . Проверено 17 июля 2010 .
  4. ^ «Производство магния методом электрохимического извлечения» . коррозия-doctors.org . Проверено 20 декабря 2007 .
  5. ^ a b Полинг, Линус, Общая химия , изд. 1970 г. Dover Publications, стр. 539-540.