Разработка новых методов получения легких металлов на основе изучения физико-химических свойств электролитов

• Автор: Рыбникова, Вероника Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Способы получения алюминия и магния .

1.1.1 Существующие способы получения алюминия .

1.1.2 Существующие способы получения магния

1.2 О возможности создания нового метода получения

алюминия и магния

1.3 Особенности жидкометаллических катодов

1.4 Восстановление водорода на жидкометаллических электродах.

1.5 Использование галлия в качестве жидкого катода

1.6 Диаграммы состояния А1Са и МСа
1.7 Физикохимические свойства электролитов
1.7.1 Структура водных растворов и гидратация ионов
1.7.2 Вязкость водных растворов электролитов
1.7.3 Плотность водных растворов электролитов
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Приготовление рабочих растворов .
2.2 Определение плотности растворов .
2.3 Определение вязкости растворов.
2.3.1 Определение энергии активации вязкого течения.
2.4 Измерение растворов.
2.5 Определение электропроводности
2.6 Оценка ошибок эксперимента.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ
3.1 Плотность и вязкость тройной системы ННС1А1С6Н.
I 3.1.1 Концентрационные зависимости плотности и вязкости
3.1.2 Влияние температуры на плотность и вязкость .
3.1.3 Энергия активации вязкого течения .
3.1.4 Определение констант ионизации
3.2 Плотность и вязкость тройной системы
ННА4зН .
3.2.1 Концентрационные зависимости плотности и вязкости .
3.2.2 Влияние температуры на плотность и вязкость.
3.2.3 Энергия активации вязкого течения.
3.3 Плотность и вязкость тройной системы ННС1С6Н .
3.3.1 Концентрационные зависимости плотности и вязкости
3.3.2 Влияние температуры на плотность и вязкость
3.3.3 Энергия активации вязкого течения .
3.4 Выводы .
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
4.1 Конструкция ячейки и методика эксперимента
4.2 Методика обработки экспериментальных данных.
4.3 Методика расчета термодинамических характеристик процессов .
4.4 Оценка термодинамической возможности выделения
алюминия и магния .
4.5 Электролитическое выделение алюминия из его хлорида.
4.6 Электролитическое выделение магния из его хлорида.
4.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Преимуществами этого метода перед существующим электролизом жидкого криолитоглиноземного расплава считают: экономию до % энергии, возможность применения окиси алюминия, которая не годится для традиционного электролиза (например, А0з с высоким содержанием кремния); замену дорогостоящего криолита более дешевыми солями; исчезновение опасности выделения фтора. При получении алюминия Toth - методом происходит восстановление хлорида алюминия марганцем. При восстановлении марганцем из хлорида алюминия освобождается алюминий. Посредством управляемой конденсации из потока хлорида марганца выделяются связанные с хлором загрязнения. При освобождении хлора хлорид марганца окисляется в окись марганца, которая затем восстанавливается до марганца, пригодного к вторичному применению. Сведения в имеющихся публикациях весьма неточны, так что в данном случае придется отказаться от оценки метода. Был предложен способ получения алюминия путем восстановления его щелочным металлом из хлорида алюминия [4]. Этот способ отличается тем, что, с целью обеспечения высокой единичной производительности агрегата за счет достижения максимальной полноты восстановления, процесс осуществляется в герметичном реакторе, который заполняют расплавом из t хлоридов щелочных и щелочно - земельных металлов и хлоридом алюминия, далее одновременно вводят в расплав диспергированный металл - восстановитель и хлорид алюминия, после этого удаляют образующийся алюминий из нижней части реактора. Также в литературе имеются некоторые сведения и о других способах производства алюминия: карботсрмическом, Кувахара. Магний является одним из наиболее распространенных элементов земной коры, его содержание составляет 2, % от ее массы. Наиболее часто встречающиеся минералы магния: магнезит MgCOj, кизерит MgS0. H, доломит MgCO3 CaC, змеевик MgSi Н, бишофит MgClv6H, оливин Mg2Si, карналлит KCl'MgCl2'6Il,6pycHT Mg(OH)2. Примерно 3,7 % магния от общего его количества в земной коре содержится в виде растворимых соединений в морской воде. Магний находит широкое применение в качестве конструкционного материала в автомобилестроении и авиационной промышленности, а также используется для легирования алюминиевых сплавов, в качестве восстановителя в металлургии и химического реагента. Широко применяются протекторы из магния для защиты от коррозии погруженной в воду части морских судов и размещенных в земле стальных трубопроводов и др. В последние годы стали применять магний для десульфурации чугуна [9]. Преобладающим способом получения магния является электролиз хлористого магния из расплавленных солей магния (более % магния, выпускаемого за рубежом и все 0 % магния, выпускаемого в России, получают электролизом). Главную массу магния при этом получают из карналлита (MgCh КСН). Технологическая схема получения безводного хлорида магния определяется видом и химическим составом исходного сырья, но в конечном счете для электролиза получают безводные либо карналлит, либо хлористый магний, так как электролизеры могут питаться каждым из этих хлоридов или их смесью. Известны три способа питания электролизеров - карналлитовый, хлормагниевый и смешанный. При питании карналлитом электролизу подвергается хлористый магний безводного карналлита, который получают после окончательного обезвоживания в виде расплава или в твердом виде. В результате электролиза получают магний, хлор и отработанный электролит. При питании только хлористым магнием исходным сырьем может служить либо хлористый магний, полученный из природных растворов и отходов химических производств, либо хлорированная окись магния, либо ^С титанового производства. Известен способ извлечения магния из морской воды или озерной рапы в виде окиси магния с ее последующим хлорированием. Смешанная схема заключается в том, что для электролиза применяют безводный хлористый магний, полученный хлорированием магнезита, и карналлит. Оба вида сырья можно загружать в электролизеры вместе или для I электролиза только карналлита можно выделять специальные ванны. Смешанная схема более громоздка, чем карналлитовая или хлормагниевая. Из термических способов получения магния промышленное применение получили силикотермический, карбидотермический и карботермический. По первым двум восстановление N^0 производится соответственно кремнием и кальцием (1. МёО + 2 СаО + (0,7 Ре) = 2 СаОЗЮ2 + (0,7 Ре) + 2 Мё (1.