Magnesium, một kim loại có độ phổ biến xếp thứ ba trong nước biển, thứ chín trong lớp vỏ Trái Đất, thứ mười một trong cơ thể người [đã giải]

Magnesium, một kim loại có độ phổ biến xếp thứ ba trong nước biển, thứ chín trong lớp vỏ Trái Đất, thứ mười một trong cơ thể người. Ion Mg2+ rất cần thiết cho tế bào, các enzym, AND và ARN trong cơ thể sinh vật còn kim loại Mg rất cần thiết trong công nghệ luyện kim. Do đó, sản xuất magie để phục vụ cho con người luôn được quan tâm.
Người ta sản xuất magnesium chủ yếu từ nước biển, một nguồn nguyên liệu chứa khoảng 0,13% Mg về khối lượng. Các công đoạn sản xuất có thể được tóm tắt như sau:
1. Nung đá vôi hoặc vỏ sò biển, thành phần chính là CaCO3 đến khối lượng không đổi để thu lấy CaO.
2. Cho CaO vào nước biển, khuấy đều rồi lọc lấy kết tủa Mg(OH)2 tạo ra cho vào dung dịch HCl để hòa tan Mg(OH)2. Cô cạn dung dịch sau phản ứng để thu lấy muối clorua khan.
3. Tạo hỗn hợp rắn cho điện phân gồm 25% MgCl2, 15% CaCl2, và 60% NaCl về khối lượng. Tiến hành điện phân nóng chảy hỗn hợp tại một điện thế thích hợp ở nhiệt độ 700 – 725°C với hai điện cực là than chì và thép (hợp kim của iron), thu được magnesium với độ tinh khiết là 99,9% và khí chlorine. Chlorine sinh ra tác dụng với hydrogen để tạo ra HCl phục vụ lại cho giai đoạn hai.
a) Trong phương pháp trên, ion Mg2+ bị khử tại cathode.
b) Điện cực anode được là bằng thép.
c) Sản lượng magnesium toàn thế giới năm 2006 ước tính khoảng 7.10^9 tấn. Nếu giả sử toàn bộ lượng magnesium này được khai thác từ nước biển có d = 1030 kg/m3; hàm lượng magnesium là 0,13% về khối lượng thì cần 522,778.10^10 m3 nước biển.
d) Giả thiết rằng một nhà máy sản xuất 100 tấn magnesium bằng phương pháp điện phân nóng chảy với dòng điện cường độ 100.000 A với hiệu suất điện phân là 100% thì thời gian là 1116,9 giờ