References

cvmet

Известия вузов. Цветная металлургия

Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy

0021-34382412-8783

НИТУ МИСИС

10.17073/0021-3438-2019-2-13-25

cvmet-916

Research Article

Металлургия цветных металлов

Metallurgy of Non-Ferrous Metals

Взаимодействие солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом

Interaction of magnesium production salt melts with atmospheric air

Комелин

И. М.

Komelin

I. M.

Ведущий инженер кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Leading engineer, Department of non-ferrous metals and gold, NUST «MISIS».

119049, Moscow, Leninskii pr., 4

komelin@mail.ru

Лысенко

А. П.

Lysenko

A. P.

Кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Cand. Sci. (Tech.), Associate professor, Department of non-ferrous metals and gold, NUST «MISIS».

119049, Moscow, Leninskii pr., 4

reikis@yandex.ru

Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»РоссияNUST «MISIS»Russian Federation

2019

12042019

021325

2019

Комелин И.М., Лысенко А.П.

Komelin I.M., Lysenko A.P.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/916

Приводится обзор литературы по взаимодействию солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом. Описана методика измерений массы продуктов взаимодействия солевых расплавов с воздухом. Представлены результаты исследования интенсивности выделения хлористого водорода и хлора солевыми расплавами систем MgCl2-KCl-NaCl, MgCl2-KCl-NaCl-BaCl2 и MgCl2—KCl—NaCl—CaCl2, а также интенсивность выделения газов HCl + HBr и CI2 + Br2 солевыми расплавами системы MgCl2-KCl-NaCl-NaBr. Выполнен термодинамический анализ реакций взаимодействия солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом. Выявлено, что хлорид магния в солевом расплаве наиболее интенсивно взаимодействует с атмосферным воздухом с выделением хлора и хлорида водорода. Измерены удельные скорости образования галогенсодержащих газов с единицы поверхности солевого расплава систем MgCl2-KCl-NaCl, Mga2-KCl-NaCl-BaCl2, MgCl2-KCl-NaCl-CaCl2 и MgCl2-KCl-NaCl-NaBr. Изучено влияние хлорида кальция, бромида натрия и фторида магния на интенсивность выделения поверхностью солевых расплавов галогенсодержащих газов. Определено, что добавление фторида магния в состав хлоридных расплавов снижает интенсивность выделения хлора и хлорида водорода.

The paper provides a review of the literature on the interaction of magnesium production salt melts with atmospheric air. The method for measuring the mass of reaction products of the molten salt with air is described. The results of investigation of hydrogen chloride and chlorine emission intensity by salt melts of MgCl2-KCl-NaCl, MgCl2-KCl-NaCl-BaCl2, MgCl2—KCl—NaCl—CaCl2 systems, as well as the intensity of HCl + HBr and Cl2 + Br2 gas emission by MgCl2—KCl—NaCl—NaBr system salt melts are presented. Thermodynamic analysis of reactions of interaction of magnesium salt melts with atmospheric air is carried out. It is determined that magnesium chloride in salt melt interacts with atmospheric air most intensively with the release of chlorine and hydrogen chloride. Specific rates of halogen-containing gases formation per unit surface area of the MgCl2-KCl-NaCl, Mga2-KCl-NaCl-BaCl2, MgCl2-KCl-NaCl-CaCl2, MgCl2-KCl-NaCl-NaBr systems are measured. The influence of calcium chloride, sodium bromide and magnesium fluoride on the intensity of halogen-containing gases emission by the surface of salt melts is studied. It is found that the addition of magnesium fluoride in the composition of chloride melts reduces the intensity of chlorine and hydrogen chloride emission.

солевой расплавсистемы MgCl2—KCl—NaClMgCl2—KCl—NaCl—BaCl2MgCl2—KCl—NaCl—CaCl2MgCl2—KCl—NaCl—NaBrфторид магнияатмосферный воздуххлорид водородахлорбромид водородаброминтенсивность выделения газов поверхностью

salt meltMgCl2—KCl—NaClMgCl2—KCl—NaCl—BaCl2MgCl2—KCl—NaCl—CaCl2MgCl2—KCl—NaCl—NaBr systemsmagnesium fluorideatmospheric airhydrogen chloridechlorinehydrogen bromidebromineintensity of gas emission by the surface

References1

Лебедев В.А., Седых В.И. Металлургия магния: Учеб. пос. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2010.

Lebedev V.A., Sedykh V.I. Magnesium metallurgy: Manual. Yekaterinburg: UGTU-UPI, 2010 (In Russ.).

Баранник И.А., Комелин И.М., Петрив М.И., Журов В.В. Флюс для плавки и рафинирования магния и его сплавов: Пат. 36141 А (Украина). 1999.

Barannik I.A., Komelin I.M., Petriv M.I., Zhurov V.V. Flux for melting and refining of magnesium and its alloys: Pat. 36141 А (Ukraine). 1999 (In Russ.).

Журов В.В., Комелин И.М., Баранник И.А., Сикорская И.Л. Способ непрерывного рафинирования магния: Пат. 41575 (Украина). 2009.

Zhurov V.V., Komelin I.M., Barannik I.A., Sikorskaya I.L. Method for the continuous refining of magnesium: Pat. 41575 (Ukraine). 2009 (In Russ.).

Комелин И.М., Баранник И.А., Герб А.П., Петрив М.И. Способ приготовления флюса для плавки и рафинирования магния и его сплавов: Пат. 12704 (Украина). 2005.

Komelin I.M., Barannik I.A., Gerb A.P., Petriv M.I. A method for preparing flux for melting and refining magnesium and its alloys: Pat. 12704 (Ukraine). 2005 (In Russ.).

Тетерин В.Д., Бездоля И.Н., Шундиков Н.А., Михайлов ЭФ, Падерина Н.С. Способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов: Пат. 2407813 (Россия). 2009.

Teterin V.D., Bezdolya I.N., Shundikov N.A., Mihajlov E.F., Paderina N.S. A method of obtaining a flux for smelting and refining of magnesium or its alloys: Pat. 2407813 (Russia). 2009 (In Russ.).

Грищенко Р.В. Усовершенствование технологии и интенсификация электролитического производства магния: Автореф. дисс. СПб.: ОАО «ВАМИ», 2003. http://tekhnosfera.com/usovershenstvovanie-tehnologii-i-intensifikatsiya-elektroliticheskogo-proizvodstva-magniya.

Gryshchenko R.V. Improvement of technology and intensification of the electrolytic production of a magnesium: Abstr. of dissertation of PhD. St. Petersburg: JSC VAMI, 2003. http://tekhnosfera.com/usovershenstvovanie-tehnologii-i-intensifikatsiya-elektroliticheskogo-proizvodstva-magniya (In Russ.).

Zuca S, Olteanu M, Borcan R., Popescu A. M, Ciochina M. Electrical conductivity, density, and viscosity of molten MgCl2—CaCl2—NaCl—KCl quaternary system. Chem. Papers. 1991. Vol. 45 (5). Р 585-592.

Kashani-Nejad S. Oxides in the dehydration of magnesium chloride hexahydrate. Montreal: McGill University, 2005. http://digitool.library.mcgill.ca/webclient/StreamGate?folder_id=0&dvs=1542009118739~643.

Skar R.A. Chemical and electrochemical characterization of oxide/hydroxide impurities in the electrolyte for magnesium production. Avhandling: Norges Teknisk-naturvitenskapelige Universitet, 2001. No. 104. Р. 2122. https://brage.bibsys.no/xmlui/bitstream/handle/11250/244438/121627_FULLTEXT01.pdf?sequence=1.

Bakker J.S-C. The recovery of magnesium oxide and hudrogen chloride from magnesium chloride brines and molten salt hydrates. Canada, Ontario, Kingston: Queen’s University, 2011. P. 290. https://qspace.library.queensu.ca/bitstream/handle/1974/6337/de%20Bakker_Jan_S_C_201103_PhD.pdf?sequence=1.

Smeets B., Iype E., Nedea S.V, Zondag H.A., Rindt C.C.M. A DFT based equilibrium study on the hydrolysis and the dehydration reactions of MgCl2 hydrates. J. Chem. Phys. 2013. Vol. 139. P. 124312. DOI:dx.doi/org/10.1063/1.4822001.

Huang Q., Lu G., Wang J., Yu J. Thermal decomposition mechanisms of MgCl2'6H2O and MgCl2•H2O. J. Anal. Appl. Pyrol. 2011. Vol. 91. Р.159-164.

Ozcan H. Experimental and theoretical investigations of magnesium chlorine cycle and its integrated systems: A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy. Canada, Ontario, Oshawa: University of Ontario, Institute of Technology, 2015. Р. 106-114.

Pathak A.D., Tranca I., Nedea S.V, Zondag H.A., M. Rindt C.C., Smeulders D.M.J. First-principles study of chemical mixtures of CaCl2 and MgCl2 hydrates for optimized seasonal heat storage. J. Phys. Chem. 2017. Vol. 121. Р. 20576-20590. DOI: dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b05245.

Lai G.Y. High-temperature corrosion and materials applications. Ohio: ASM International, 2007. Р. 409-421. DOI:dx.doi.org/10.1361/hcma2007p001.

Sotelo-Mazon O., Cuevas-Arteagal.C., Porcayo-Calderon J., Salinas Bravo V.M., Izquierdo-Montalvo G. Corrosion behavior of pure Cr, Ni, and Fe exposed to molten salts at high temperature. Ad. Mater. Sci. Eng. 2014. Article ID 923271. DOI: dx.doi.org/10.1155/2014/923271.

Стрелец Х.Л., Бондаренко Н.В. Влияние состава электролита и некоторых других факторов на образование окиси магния при электролизе. Труды ВАМИ. 1965. No. 54-55. С. 321-330.

Strelets Kh. L., Bondarenko N.V. The effect of electrolyte composition and other factors on the formation of magnesium oxide by electrolysis. Trudy VAMI. 1965. No. 54-55. P. 321-330 (In Russ.).

Резников И.Л., Мокрова Л.Н. Термодинамические свойства MgCl2 в расплавах, получаемых из искусственного карналлита. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 1970. No. 6. C. 64-68.

Reznikov I.L., Mokrova L.N. Thermodynamic properties of MgCl2 in the melts derived from the artificial carnallite. Izv. vuzov. Tsvet. metallurgiya. 1970. No. 6. P. 64-68 (In Russ.).

Мужжавлев К.Д. Влияние влажности воздуха на скорость реакции гидролиза хлористого магния. Труды ВАМИ. 1971. No. 75. C. 38-42.

Muzhzhavlev K.D. Effect of air humidity on the reaction rate of magnesium chloride hydrolysis. Trudy VAMI. 1971. No. 75. P. 38-42 (In Russ.).

Иванов А.Б., Зуев Н.М. Равновесия гидролиза хлористого магния в электролите. ЖПХ. 1968. No. 8. С. 1693.

Ivanov A.B., Zuev N.M. Equilibrium hydrolysis of magnesium chloride in the electrolyte. Zhurnal Prikladnoi Khimii. 1968. No. 8. P. 1693 (In Russ.).

Мужжавлев К.Д., Иванов А.Б. О влиянии влажности воздуха и добавок хлористого лития на гидролиз хлористого магния в различных электролитах. ЖПХ. 1972. Т. XLV No. 6. C. 1211-1215.

Muzhzhavlev K.D., Ivanov A.B. Influence of humidity and lithium chloride additives on the hydrolysis of magnesium chloride in various electrolytes. Zhurnal Prikladnoi Khimii. 1972. Vol. XLV. No. 6. P. 1211-1215 (In Russ.).

Савинкова Е.И., Лелекова Р.П., Ефремова Т.В. Равновесие гидролиза хлористого магния в расплаве хлоридов калия и натрия. Электрохимические и термодинамические свойства ионных расплавов. Под ред. Делимарского Ю.К. Киев: Наук. думка, 1977. C. 98-100.

Savinkova E.I., Lelekova R.P., Efremova T.V. Equilibrium of hydrolysis of magnesium chloride in melt of potassium and sodium chlorides. In: Electrochemical and thermodynamic properties of ionic melts (Ed. Delamarsky Yu.K.). Kiev: Naukova dumka, 1977. P. 98-100 (In Russ.).

Muzhzhavlev K.D. Influence of humidity on the rate of reaction of hydrolysis of magnesium chloride. Trudy VAMI. 1971. No. 75. P. 38-42 (In Russ.).

Vindstad J.E., Mediaas H., 0stvold T., Rosendahl C.N. Hydrolysis of MgCl2-containing melts. Acta Chem. Scandinavica. 1997. No. 51 (12). Р. 1192-1200. DOI:dx.doi.org/10.3891/acta.chem.scand.51-1192.

Kaur H., Gray M.R., Eaton P.E. Kinetics & inhibition of chloride hydrolysis in Canadian bitumens. Petrol. Sci. Technol. 2012. No. 30(10). P. 993-1003. DOI:dx.doi.org/10.1080/10916466.2010.497787/

Allal K.M., Dolignier J.C., Martin G. Determination of thermodynamical data of calcium hydroxichloride. Revue de l’Institut Frangais Du Petrole. 1997. Vol. 52. No. 3. Р. 361-368.

Pathak A. D., Nedea S., Zondag H., Rindt C., Smeulders D. A DFT-based comparative equilibrium study of thermal dehydration and hydrolysis of CaCl2 hydrates and MgCl2 hydrates for seasonal heat storage. Phys.Chem. Chem. Phys. 2016. Vol. 18. P 10059. DOI: dx.doi.org/10.1039/c6cp00926c.

Kashani-Nejad S., Ng K-W, Harris R. Properties of magnesium hydroxychloride (MgOHCl). Metal. Trans. B. 2004. Vol. 35B(2). Р 406-408.

KreuhM., Kashani-NejadS, NgK.W, HarrisR. Behaviour of magnesium hydroxylchlorides in fused salt electrolyte. Magnesium technology: Proc. of Conf. Metallurgists. Miner., Metal. Mater. Soc. Canada, Ontario, Hamilton.

Mediaas H., Vinstad J. E., Ostvold T. Solubility of MgO in mixed chloride fluoride melts containing MgCi2. Acta Chem. Scandinavica. 1997. Vol. 51. P. 504-514.

Rao G.M. Effect of fluorspar on electrowinning of magnesium. J. Appl. Electrochem. 1986. Vol. 16. P 62628.

Щёголев В.И., Лебедев О.А. Электролитическое получение магния. М.: ИД «Руда и металлы», 2002.

Shchegolev V.I., Lebedev O.A. Electrolytic receiving magnesium. Moscow: Ruda i metally, 2002 (In Russ.).

Стрелец Х.Л., Десятников О.Г. Плотность расплавленных солей изоконцентрационного разреза (10% (вес.) MgCl2) системы MgCl2-CaCl2-NaCl-KCl. Труды ВАМИ. 1957. No. 39. C. 401-412.

Strelets Kh.L., Desyatnikov O.G. The Density of molten salts isoconcentration cut (10% (wt.) MgCy of the system MgCl2-CaCl2-NaCl-KCl. Trudy VAMI. 1957. No. 39. P. 401-412 (In Russ.).

Крестовников А.Н., Владимиров Л.П., Гуляницкий Б.С., Фишер А.Я. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций. М.: Металлургиздат, 1963.

Krestovnikov A.N., Vladimirov L.P., Gulyanitskii B.S., Fisher A.Ya. Handbook for calculations of equilibrium in metallurgical reactions. Moscow: Metallurgizdat, 1963 (In Russ.).

Химическая энциклопедия. Под ред. Кнунянц И.Л. М.: Советская энциклопедия. 1988. Т. 1.

Knunyants I.L. (Ed.). Chemical encyclopedia. Moscow: Sovetskaya entsiklopediya, 1988. Vol. 1 (In Russ.).

Химическая энциклопедия. Под ред. Кнунянц И.Л. М.: Советская энциклопедия. 1990. Т. 2.

Knunyants I.L. (Ed.). Chemical encyclopedia. Moscow: Sovetskaya entsiklopediya, 1990. Vol. 2 (In Russ.).

Химическая энциклопедия. Под ред. Кнунянц И.Л. М.: Большая русская энциклопедия, 1992. Т. 3.

Knunyants I.L. (Ed.). Chemical encyclopedia. Moscow: Bolshaya russkaya encyclopediya, 1992. Vol. 3 (In Russ.).

Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. М.: Металлургия, 1964. C. 83-85.

Zhukhovitskii A.A., Shvartsman L.A. Physical chemistry. Moscow: Metallurgiya. 1964. P. 83-84 (In Russ.).

Shoval S., Yariv S., Kirsh Y., Peled H. The effect of alkali halides on the thermal hydrolysis of magnesium chloride and magnesium bromide. Thermochim. Acta. 1986. Vol. 109. P. 207-226.

Комелин И.М. О растворимости фторидов магния и кальция в солевых расплавах магниевого производства. Сообщение 1. Сб. науч. тр. Запорожской инженерной академии. 2011. Вып. 24. C. 52-59. http://www.twirpx.com/file/1183546/.

Komelin I.M. On the solubility of magnesium and calcium fluorides in salt melts of magnesium production. Message 1. In: Sbornik nauchnyh trudov Zaporozhskoj inzhener-noj akademii. 2011. Iss. 24. P 52-59. http://www.twirpx.com/file/1183546/ (In Russ.).

Комелин И.М. О растворимости фторидов магния и кальция в солевых расплавах магниевого производства. Сообщение 2. Сб. науч. тр. Запорожской инженерной академии. 2011. Вып. 25. C. 52-63. http://www.twirpx.com/file/1183548/.

Komelin I.M. On the solubility of magnesium and calcium fluorides in salt melts of magnesium production. Message 2. In: Sbornik nauchnyh trudov Zaporozhskoj inzhener-noj akademii. 2011. Iss. 25. P. 52—63. http://www.twirpx.com/file/1183548/ (In Russ.).

Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений. М.: Высш. шк., 1991. C. 178, 179.

Kudryavtsev A.A. Preparation of chemical equations. Moscow: Vysshaya shkola, 1991. P. 178, 179 (In Russ.).

Кочубей В.Ф, Моин Ф.Б. Термодинамика и кинетика процесса термического окисления хлористого водорода кислородом. ЖПХ. 1976. No.10. C. 2220—2225.

Kochubei V.F., Moin F.B. Thermodynamics and kinetics of thermal oxidation of hydrogen chloride with oxygen. Zhurnal Prikladnoi Khimii. 1976. No. 10. P. 2220—2225 (In Russ.).

Орехова А.И. О перспективах расширения сырьевой базы магниевой промышленности. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. No. 5. С. 61—65.

Orekhova A.I. About the prospects of expansion of a source of raw materials of the magnesian industry. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2011. Vol. 54. No. 5. P. 61—65 (In Russ.).

Фурман А.А. Неорганические хлориды. М.: Химия, 1980. C. 34, 35.

Furman A.A. Inorganic chlorides. Moscow: Khimiya, 1980. P. 34, 35 (In Russ.).

Крицкая Е.Б., Бурылев Б.П., Мойсов Л.П., Мироев-ский Г.П. Исследование физико-химических свойств расплавов хлоридов марганца и кальция. Расплавы. 2003. No. 2. C. 75—81.

Kritskaya E.B., Burylev B.P., Moisov L.P., Miroevskii G.P. The Study of physic-chemical properties of melts of chlorides of manganese and calcium. Rasplavy. 2003. No. 2. P. 75—81 (In Russ.).

Старовойтов Е.М. Определение теплоты сублимации дихлоридов бария и кальция и сечений диффузии в системах BaCl2-Ar, CaCl2-Ar. Теплофизика высоких температур. 1989. Т. 27. No. 1. C. 68—73.

Starovoitov E.M. Determination of heat of sublimation of the chlorides of barium and calcium and diffusion cross sections in the systems BaCl2-Ar, CaCl2-Ar. Teplofizi-ka vysokih temperatur. 1989. Vol. 27. No. 1. P. 68—73 (In Russ.).

Таблицы физических величин: Справочник. Под ред. Кикоина И.К. М.: Атомиздат, 1976.

Kikoin I.K. Еd.). Tables of physical quantities: Handbook. Moscow: Atomizdat, 1976 (In Russ.).

Table vapor pressure data for about 1800 inorganic and organic substances. http://www.physics.nyu.edu/kentlab/How_to/ChemicalInfo/VaporPressure/morepressure.pdf.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.