Взаимодействие солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом

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.

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

2. 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.

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

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

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

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

21. 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.

22. 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.

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

24. 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.

25. 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/

26. 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.

27. 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.

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

29. 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.

30. 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.

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

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

33. 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.

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

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

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

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

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

39. 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.

40. 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/.

41. 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/.

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

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

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

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

46. 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.

47. 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.

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

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