Cellule Downs - Downs cell

Le procédé Downs est une méthode électrochimique pour la préparation commerciale de magnésium métallique , dans laquelle le MgCl 2 fondu est électrolysé dans un appareil spécial appelé cellule Downs . La cellule Downs a été inventée en 1922 (brevetée: 1924) par le chimiste américain James Cloyd Downs (1885–1957).

Comment ça fonctionne

La cellule Downs utilise une anode en carbone et une cathode en fer . L' électrolyte est du chlorure de magnésium qui a été chauffé à l'état liquide. Bien que le chlorure de magnésium solide soit un mauvais conducteur d'électricité, une fois fondu, les ions magnésium et chlorure sont mobilisés, qui deviennent des porteurs de charge et permettent la conduction du courant électrique.

Certains chlorure de calcium et / ou des chlorures de baryum et de strontium , et, dans certains procédés, le fluorure de magnésium sont ajoutés à l'électrolyte pour réduire la température requise pour maintenir le liquide d'électrolyte. Le chlorure de sodium fond à 801 ° C (1074 Kelvin), mais un mélange de sel peut être maintenu liquide à une température aussi basse que 600 ° C au mélange contenant, en poids: 33,2% de MgCl 2 et 66,8% de CaCl 2 . Si du chlorure de magnésium pur est utilisé, une émulsion de magnésium métallique se forme dans le MgCl fondu qu'il est impossible de séparer. Par conséquent, une option consiste à avoir un mélange MgCl 2 (42%) et CaCl 2 (58%).

La réaction anodique est:

2Cl - → Cl 2 (g) + 2e -

La réaction cathodique est:

Mg 2+ + 2e - → Mg (l)

pour une réaction globale de

Mg 2+ + 2Cl - → Mg (l) + Cl 2 (g)

Le calcium n'entre pas dans la réaction car son potentiel de réduction de -2,87 volts est inférieur à celui du magnésium, qui est de -2,38 volts. Par conséquent, les ions magnésium sont réduits en forme métallique de préférence à ceux du calcium. Si l'électrolyte ne contenait que des ions calcium et pas de magnésium, ce serait du calcium métal produit comme produit cathodique (ce qui est en fait la manière dont le calcium métallique est produit).

Les deux produits de l'électrolyse, le magnésium métallique et le chlore gazeux, sont moins denses que l'électrolyte et flottent donc à la surface. Des chicanes en fer perforé sont disposées dans la cellule pour diriger les produits dans des chambres séparées sans qu'ils n'entrent jamais en contact les uns avec les autres.

Bien que la théorie prédit qu'un potentiel d'un peu plus de 4 volts devrait être suffisant pour faire avancer la réaction, en pratique, des potentiels allant jusqu'à 8 volts sont utilisés. Ceci est fait afin d'obtenir des densités de courant utiles dans l'électrolyte malgré sa résistance électrique inhérente. La surtension et le chauffage résistif qui en résulte contribuent à la chaleur nécessaire pour maintenir l'électrolyte à l'état liquide.

Le procédé Downs produit également du chlore comme sous-produit, bien que le chlore produit de cette manière ne représente qu'une petite fraction du chlore produit industriellement par d'autres méthodes.

Les références