다운셀

Downs cell
다운셀의 용융 NaCl을 염소가스와 나트륨 금속으로 전해하는 그림

다운스 공정은 금속 마그네슘 또는 나트륨을 상업적으로 제조하기 위한 전기화학적 방법으로, 다운스 [1]: 11 셀이라고 불리는 특수 장치에서 용융 염화 마그네슘(MgCl2) 또는 염화나트륨(NaCl)을 전해 처리한다.다운스 세포는 1922년 미국 화학자 제임스 클로이드 다운스 (1885–1957)[2][3]에 의해 발명되었습니다.

작동

다운스 셀은 카본 양극과 철 캐소드를 사용합니다.전해질은 액체 상태로 가열된 염화 마그네슘입니다.고체 염화 마그네슘은 전도성이 떨어지지만 녹으면 마그네슘과 염화물 이온이 동원돼 전하 운반체가 돼 전류가 흐를 수 있다.

전해액에 염화칼슘 및/또는 바륨(BaCl) 및 스트론튬(SrCl)의 염화칼슘 및/또는 염화물 및/또는 일부 프로세스에서는 전해액에 플루오르화마그네슘(MgF2)[4]을 첨가하여 전해액 유지에 필요한 온도를 낮춘다.염화나트륨(NaCl)은 801°C(1074Kelvin)에서 녹지만, 소금 혼합물은 33.2% MgCl2 및 66.8% CaCl을2 함유한 혼합물의 경우 600°C까지 낮은 온도로 액체를 유지할 수 있습니다.순수한 염화마그네슘을 사용하면 용융 MgCl에 금속 마그네슘 에멀젼이 형성되어 분리가 불가능하다.따라서2 한 가지 방법은 MgCl(42%)과2 CaCl(58%) 혼합물을 사용하는 것입니다.

양극 반응은 다음과 같습니다.

2Cl− → Cl2 (g) + 2e−

음극 반응은 다음과 같습니다.

Mg2+ + 2e− → Mg (l)

전체적인 반응을 위해서

Mg2+ + 2Cl− → Mg (l) + Cl2 (g)

칼슘의 환원전위 -2.87V는 마그네슘의 환원전위 -2.38V보다 낮기 때문에 칼슘은 반응하지 않습니다.따라서 마그네슘 이온은 [5]칼슘 이온보다 금속 형태로 환원된다.전해액이 칼슘 이온만 포함하고 마그네슘이 없는 경우, 칼슘 금속이 음극 생성물로 생성될 것입니다(이것이 실제로 금속 칼슘이 생성되는 방법입니다).

전기 분해의 생성물인 마그네슘 금속과 염소 가스는 모두 전해질보다 밀도가 낮기 때문에 표면으로 떠오릅니다.다공성 철제 배플은 셀 내에 배치되어 제품이 서로 [6]접촉하지 않고 별도의 챔버로 유도됩니다.

이론상으로는 4.07V를 조금 넘는 전위가 반응을 진행시키기에 충분하다고 예측하지만, 실제로는 최대 8V의 전위가 사용됩니다.이는 전해액의 고유한 전기 저항에도 불구하고 유용한 전류 밀도를 달성하기 위해 수행됩니다.과전압과 그에 따른 저항 가열은 전해질을 액체 상태로 유지하는 데 필요한 열에 기여합니다.

더 다운스 공정은 또한 부산물로 염소를 생산하지만, 이러한 방식으로 생산된 염소는 다른 [6]방법으로 산업적으로 생산된 염소의 극히 일부에 불과합니다.

레퍼런스

  1. ^ O'Daly, Anne (2002). Sodium. New York: Benchmark Books. ISBN 0-7614-1271-9. OCLC 46456353.
  2. ^ 다운스, 제임스 햄즈 "전기분해 과정과 세포", 미국 특허 번호 1,501,756 (파일: 1922년 8월 18일, 발행: 1924년 7월 15일).
  3. ^ Hardie, D. W. F. (1959). Electrolytic Manufacture of Chemicals from Salt. Oxford, England: Oxford University Press. pp. 14, 65.
  4. ^ Keppler, Stephen John; Messing, Thomas A.; Proulx, Kevin Bernard; Jain, Davendra Kumar (2001-05-18). "Molten salt electrolysis of alkali metals, U.S. Patent 6669836". Retrieved 2010-07-17.
  5. ^ "Magnesium Production by Electrowinning". corrosion-doctors.org. Retrieved 2007-12-20.
  6. ^ a b 폴링, 라이너스, 종합화학, 1970년판도버 출판물, 페이지 539-540