Взаимодействие магния с водными растворами электролитов

• Автор: Яковлев, Святослав Андреевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Физикохимические свойства магния

1.2 Производство и потребление магния

1.3 Альтернативные способы получения магния

1.4 Электрохимические закономерности выделения металлов из

водных растворов

1.5 Кинетические закономерности растворения металлов

1.5.1 Кинетические особенности

1.5.2 Анализ участия воды в процессе растворения

1.6 Характеристика взаимодействия металлов с растворами.

1.6.1 Общие представления.
1.6.2 Строение металлической поверхности
1.6.3 Адсорбция на поверхности металлов.
1.6.4 Особенности взаимодействия металлов с растворами
1.6.5 Количественные характеристики процессов растворения металлов
1.6.6 Электрохимическое описание системы магний вода
ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1 Кинетические исследования.
2.2 Седиментационный анализ.
2.3 Термохимический анализ
2.4 Гидродинамические исследования
2.5 Математическая оценка достоверности.
ГЛАВА 3 ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Термодинамическая оценка некоторых реакций магния.
3.2 Характеристика тепловых эффектов при растворении
металлического магния.
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 КИНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Кинетические закономерности растворения магния.
4.2 Математическое описание закономерностей
растворения магния в водных электролитах.
4.2.1 Создание модели для описания процесса.
4.2.2 Отражение природы растворителя в системе
магний раствор
4.3 Выводы.
ГЛАВА 5 НАХОЖДЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА.
5.1 Влияние перемешивания на скорость растворения магния.
5.2 Изменение дисперсного состава магниевого порошка
при его растворении
5.3 Нахождение области протекания процесса при растворении магниевого порошка
5.4 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Потери тока или металла складываются из электрохимического разряда примесей и контактного выделения их на каплях магния с последующим увлечением магния в шлам выделившейся примесыо, взаимодействия капель магния и растворенного магния с газообразным и с растворенным хлором, окисления капель магния и растворенного магния на поверхности электролита кислородом и влагой воздуха, взаимодействия капель магния и растворенного магния с футеровкой электролизера, потерь мелких капель магния с отработанным электролитом, выделения щелочных металлов при обеднении электролита хлористым магнием т. При этом от суммы всех потерь приходится на долю реакций взаимодействия магния и хлора. Весьма существенны потери металла вследствие контакта дисперсных магниевых включений с пузырьками хлора. Применение магния. На кафедре химии ИрГТУ экспериментально установлена возможность выделения магния на капающем галлиевом катоде совместно с водородом . Установка по проведению электролиза включала электролитическую ячейку, источник питания, амперметр, вольтметр, медный кулонометр и термостат. Основной частью термостатируемой электролитической ячейки был медицинский шприц. В шприц помещали навеску предварительно очищенного галлия. Катодный токоподвод осуществляли платиновой проволочкой, вмонтированной в поршень через отверстие. Анодом служила спираль из платиновой проволоки, подводимая к нижней части шприца в месте формирования капель галлия. Опыты проводили при температуре С. Количество прошедшего через электролитическую ячейку электричества определяли по привесу катода кулонометра. Навеска галлия в различных опытах составляла от до г, что обеспечивало массовый расход галлия через капилляр порядка 4 Юктс1. В процессе электролиза на поверхности галлиевой капли выделялся магний и водород, на аноде кислород. Сплав, собранный на дне ячейки, повторно помещали в шприц, постепенно увеличивая концентрацию в нем металла. Полный цикл накопления металла в галлии составлял от 5 до операций единичного электролиза. При этом выдерживались постоянными сила тока, температура и концентрация электролита, скорость истечения галлия из капилляра. Количество полученного магния определяли по увеличению массы катодного металла и по данным атомноабсорбционного анализа. Таблица 1. Изме массы катода куло номет ра, г Время, час Сила тока, А Колво элек триче ства, Ач Изме массы катод ного осадка, г Выделено М г Содержа ние масс Выход по току м Выход ПОТОК Н2. Исходный галлий по результатам атомноабсорбционного анализа содержал менее 0,2 масс. Было установлено, что в катодном сплаве выделяемый магний может быть идентифицирован как интерметаллические соединения вида Маь или Муаг при их крайне неравномерном распределении. Вместе с тем, из результатов опытов следует, что магний совместно с водородом удается выделять из водного раствора его хлорида. Выход по току магния, рассчитанный по изменению массы, составляет , а выход по току водорода по разности от 0 соответственно . Теоретическое обоснование данного способа связано с тем, что жидкометаллические электроды обладают очень высокими значениями плотности тока обмена, как в растворах, так и в ионных расплавах. Благодаря этому, электродные реакции разряда и ионизации металлов на ртутном и амальгамном электродах в растворах и на жидкометаллических электродах в расплавах протекают практически без химической активационной поляризации. В то же время водород выделяется на жидко металлических электродах в растворах с большим перенапряжением. Тогда при использовании высоких плотностей тока на таких электродах должны существовать режимы, при которых удастся выделять из водного раствора одновременно магний и водород. Электрохимическое выделение металлов чаще всего проводят из растворов их простых солей сульфатов, хлоридов, нитратов. Электрохимическое выделение металлов из водных растворов происходит при более отрицательном потенциале, чем равновесный потенциал соответствующего металла в данных условиях, в результате возникает перенапряжение металла . Характер зависимости перенапряжения металла от плотности тока часто оказывается очень сложным, поэтому экспериментальное исследование кинетики катодного выделения металлов затруднено.