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用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液。待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁。它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁。
氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水。
Mg(OH)2----MgO+H2O
石灰乳 盐酸
↓ ↓
海水→沉淀池→氢氧化镁→六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)无水MgCl2Mg
从海水中提镁,可按如下步骤进行:(1)将贝壳煅烧后制成石灰乳 CaCO3=高温=CaO+CO2↑ CaO+H2O==Ca(OH)2
(2)在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤得到Mg(OH)2MgCl2+ Ca(OH)2==Mg(OH)2↓+ CaCl2
(3)将沉淀物与盐酸反应、反应后的溶液结晶、过滤、干燥得MgCl2·6H2O产物(4)将MgCl2·6H2O产物 在一定的条件下加热失去结晶水 Mg(OH)2 + 2HCl==MgCl2 + 2H2O
(5)熔融MgCl2进行电解的镁和氯气MgCl2(熔融)=通电=Mg+Cl2↑
要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的。如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度。例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁。这样得到的镁常含有较多的杂质。
MgO+C----Mg+CO↑
因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁。用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液。在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁。氧化镁的熔点太高(2800℃),而氯化镁的熔点要低得多(714℃)。所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料。
用盐酸溶解氢氧化镁(或氧化镁),再使溶液浓缩,就得到氯化镁。
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O
在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子。通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子;镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,还原成单质镁。两个电极上发生的反应是
阳极:2Cl-―2e=Cl2↑
阴极:Mg2﹢+2e=Mg
总的电解反应方程式可以表示如下:
MgCl2(熔融)---通电---Mg+Cl2↑
为了防止生成的镁在高温下被空气中的氧气氧化,电解时需要在特殊的真空环境下进行。
海水盐分中镁的占有量仅次于氯和钠,位居第三。镁具有重量轻、强度高等特点。镁合金可用来制造飞机、舰艇;镁锂合金的重量最轻,又最耐热,因而在军事工业和民用企业上具有极其重要的意义。同时它被广泛应用于火箭、导弹、飞机制造业,以及汽车、精密机器等各个领域。各国钢铁工业的迅速发展,不仅对镁砂(氧化镁)的数量要求日益增多,而且也对炼钢所需的优质镁砂要求其杂质含量在2%~4%以下。这个要求用陆上天然菱镁矿烧结后制的镁砂是无法达到的。而且海水提取,早在20世纪60年代其纯度就已达到96%~98%,目前纯度又升至99.7%。如此超高纯度的镁砂,无疑最能满足冶金工业的特殊需要。
目前,从卤水中提取的产品主要是氯化镁、硫酸镁、氧化镁和氢氧化镁等。
海水倒灌是指引在海滨或是淡水河于大海交接附近,因涨潮或是淡水流量变化引起的海水回流,使得水中含盐量增加的现象 海水腐蚀是因为海水中的氯离子引起钢铁加速腐蚀的现象
海水倒灌是指的是海水经地表到达陆地;海水顶托指河流水位低,被海水的高水位所阻,形成的壅水现象。很明显,海水倒灌使得海水到了陆地上,而海水顶托并没有。
海水比重与盐度换算表比重 盐度(‰) 比重 盐度(‰) 比重 盐度(‰)1.0015 2 1.0141 18.44 1.0239 31.261.0016 2.03 1.0152 19.89 1...
发电机组海水脱硫系统提效改造研究
介绍了某公司1-4号机组烟气海水脱硫工艺,通过分析影响海水脱硫效率的因素,对1-4号机组烟气海水脱硫系统进行了提效改造,改造后SO2排放在35 mg/m3以下,烟尘排放在5 mg/m3以下,达到了超洁净排放标准,改造效果良好.
稀土铝镁合金纱网耐海水腐蚀性能的研究
采用浸泡试验、盐雾试验、经典的重量法、电极电位法以及金相分析等实验手段, 对不同材料制成的纱网, 诸如:AlMgRE合金纱网、AlMg 合金纱网、铁丝纱网和塑料纱网的耐腐蚀性能了研究和比较。实验结果表明, 在自来水、天然海水、不同浓度的NaCl 溶液以及0-05 mol·L- 1 的Na2SO4 溶液及10 % H2SO4 溶液等的介质中,AlMgRE合金纱网的耐腐蚀性能优于国产的和从美国进口的AlMg 合金纱网, 并且大大优于铁丝和塑料纱网的耐腐蚀性能。AlMgRE合金在天然海水和0-05 mol·L- 1 的Na2SO4 介质中的电极电位随RE含量的增加而呈直线增加。加RE的铝合金比未加RE的铝合金铸态晶粒细, 化合物多呈球状, 而未加RE的化合物多呈棒状。这些微结构的变化有利于合金的耐腐蚀性能的提高。AlMgRE合金纱网可直接用于海水、海洋大气以及工业用水和工业大气等环境, 在高温、严寒、潮湿、多雨的环境中, 是易氧化腐蚀的铁丝纱网和易老化的塑料纱网的新型代用材料。
这种电池以镁为阳极 ,炭材为阴极 ,海水作电解质 ,海水中溶解的氧气为氧化剂 ,一般为开放式结构该类镁海水电池的电化学反应 如右图 :
与自腐蚀相共轭的是镁阳极表面的析氢过程 ,即自放电过程 ,是影响其有效使用的主要因素。电极理想的过程控制应该是尽量控制自腐蚀过程 ,增加镁 阳极的有效放电效率。由于电解质和氧气直接取自海水,唯一消耗的是镁 ,因而具有很高的比能量,且结构简单 、造价低廉、安全可靠 、干存储时间无限长。由于受海水中溶解氧气浓度限制 (约 0.3moL/m ,对应 电量 28A ·h/m ),输出功率较小 ,适用于长期在海下工作的小功率电子仪器,如水下通讯设备、海下导航仪 、航标灯等。以镁合金 AZ61为燃料制备了海水溶解氧电池 :阳极镁合金尺寸为 618.4cm×110.0cm,阴极为碳纤维 ,绑束在铁丝上形成试管刷式结构 ,管刷直径 9cm,l4个碳纤维刷式阴极被焊接到 4,80em 的铁圈上 ,铁圈被固定在 1个 1m×1m×1m 的铁框架内,而镁合金则固定在铁框架中心 ;此电池的初始电压为 1.2V(2w 负载),20h后增加并稳定在 1.6V,总输出功率 已达 55kW ·h。2008年 ,日本开发了深海地震探测仪 :电池 的阳极为 4,0.184m×2.200m的镁合金棒 ,阴极为碳纤维和铁集流体 ;使用4组SWB1200海水电池连续对 5577m深海地床供电,5年运行结果表明,电池组的平均输出功率为13W,能量密度能够达到 318W ·h/kg,大大高于碱锰电池的 150W ·h/kg。法国和挪威合作研制的名叫“CLIPPER”的 自动水下航行器 (AUV)所用的电源也是该类海水电池 ,预计可在 2m/s航 速下行驶1600海里。可见 ,其具有巨大的应用前景。以氧化处理的碳纤维刷作阴极材料 ,镁合金作阳极材料制作3台样机作连续实海放电测试 ,运行2个月表明,与商品化的海水电池 SWB1200初步相比,该海水超级电容溶解氧电池具有更高的体积比功率密度 。
该类电池主要以 Mg/H2O2半燃料海水电池为主。与铝电极相比,采用镁电极可不添加 NaOH等碱性电解质 ,能较大幅度提高比能量 。但能承载的电流密度较 Al/H2O2 低 ,一般在 50mA/c㎡ 以下。
中性(碱性 )Mg/H2O2 半燃料电池一般可 表示为(一)MglNaCl(NaOH)lH2O2( ),其电极反应 :
美国海军水下作战中心 (NUWC)为无人水下航行器 (UUV)设计的 Mg/H2O2电池 阳极为 AZ61镁合金 ,阴极为碳载 Pd—Ir催化 ,阴极和 阳极之间用甘油处理过 的 Nafion 115隔离 ,采用双极性堆式结构 ,电极面积 1000cm ,通过延长导流板流道来减小漏电电流 ,研制初期这种电池存在的问题是生成的Mg(OH)2和MgCO3沉淀覆盖电极表面,向电解液中加入 0.1moVL硫酸后 ,25mA/cm放电时 ,电压 由 1.1~1.2V(50℃)提升至 1.3~1.5V-6;优化工艺参数后 ,电压达到 1.7V ,25℃时 H202的利用率达到 86%,电池本体比能量达 500—520W ·h/kg。
一: Mg/CuCI
Mg/CuCl系列海水电池负极 为镁合金 ,正极为氯化亚铜 ,电池采用双极性结构 。电极反应原理如下 :
为增加负极的负电位 ,使反应产物易于脱落 ,美国在镁合金中添加了 Pb和 Ti;而俄罗斯 由于缺 Pb及 Ti,将Mg3Hg加人其 中并获得了成功。该 Mg/CuCl系列海水电池于20世纪80年代末期就用作鱼雷动力电池,其比能量可达 150W ·h/kg,价格为同容量银锌电池的 1/3。
二:Mg/AgCl
Mg/AgCl海水电池也是目前鱼雷中应用比较广泛的一种一次 电池,其负极是镁合金 ,正极是氯化银 ,采用双极性结构。电极反应原理如下 :
海水是镁阳极很好的活化溶液 ,其在海水中能长期保持活性 ;同时由于镁的极化较大 ,对电极反应的热效应也较大 ,保证了该电池具有 良好 的低温性能 ,无需辅助加热装置就可适应 一6O℃低温 ,以溶解度很低 的AgCl作正极。Ag/AgCl电极电位非常稳定 ,能作为中性溶液中的参比电极 ,其放电后转化为导电性良好 的Ag,电池内阻很小 ,适用于大电流密度下工作 。因此 ,该 电池系统放 电电压平稳 ,比能量可高达 88W ·h/kg左右 ,耐高温 、低温性 能均 良好 ,可进行大电流放 电。这种电池靠海水激活 ,平时处于干态保存 ,搁置时间可长达5年,但这一体 系需要消耗贵金属 Ag,造价高 ,其总功率有待提高。
镁海水燃料电池具有能量密度高、安全性好、可全海深工作的优点,在深海着陆器、深海原位实验站等海洋装备领域具有很好的应用前景 。2100433B
在海水溶液中,镁合金作为电池阳极材料需要克服自腐蚀速率大、阳极利用率低、阳极极化 、电位滞后等问题。镁合金放电后 ,表面的氧化膜受到不可修复的破坏,随着自腐蚀持续进行 ,存储性能下降。给镁合金负极施加 阳极极化电流或电位 ,随阳极极化电流或电位的增加 ,镁合金阳极材料的自腐蚀电流密度反而增加 ,此现象称为“负差数效应”。此效应是镁 、铝等金属阳极溶解时存在的现象 ,是其放电电流效率降低的主要原因。