Prediction of hydrogen chloride pressure to avoid hydrolysis in dehydration of dysprosium trichloride hexahydrate (DyCl3.6H2O)

Abstract

The prevalent metal extraction processes for most reactive metals and their alloys are fused salt electrolysis and metallothermic reduction. The feed material for both of these processes is the anhydrous chloride of the metal under consideration. Dehydration of the feed material is then a critical step in the production of most reactive metals and requires rigorous thermodynamic analysis. Thermodynamic data for most of the reactive metal chloride hydrates have not been measured. Improper dehydration of the metal chloride may lead to a prohibitive amount of hydroxychloride, oxychloride, and finally oxide. To prevent hydrolysis a certain pressure of hydrogen chloride is required to be maintained to supress hydrolysis. An estimation and prediction model is presented for the vapour pressures of reactive metal chloride hydrates in an attempt to deduce the conditions necessary for dehydration to proceed without hydrolysis. Thermodynamic data including heat capacities, standard entropies, and standard enthalpies are estimated/predicted for all conceivable intermediate hydrate compounds. Estimations are based on published data as well as trends proven in similar systems. The thermodynamic estimations and predictions are presented for dysprosium chloride hydrates.

Les procédés courants d’extraction de métal des métaux les plus réactifs et de leurs alliages sont l’électrolyse en bain de sel fondu et la réduction métallo-thermique. Le matériel d’alimentation de ces deux procédés est le chlorure anhydre du métal considéré. La déshydratation du matériel d’alimentation est donc une étape critique dans la production des métaux les plus réactifs et requiert une analyse thermodynamique rigoureuse. Les données thermodynamiques de la plupart des hydrates de chlorure du métal réactif n’ont pas été mesurées. Une déshydratation inappropriée du chlorure de métal peut produire une quantité excessive d’hydroxychlorure, d’oxychlorure et finalement d’oxyde. Afin d’empêcher l’hydrolyse, on doit maintenir une certaine pression de chlorure d’hydrogène. On présente un modèle d’estimation et de prédiction des pressions de vapeur des hydrates de chlorure de métal réactif, dans une tentative de déduire les conditions nécessaires pour que la déshydratation se produise sans hydrolyse. On a estimé ou prédit les données thermodynamiques incluant les capacités calorifiques, les entropies standards et les enthalpies standards de tous les composés hydrates intermédiaires concevables. Les estimations sont basées sur les données publiées ainsi que sur les tendances démontrées dans des systèmes similaires. On présente les estimations et les prédictions thermodynamiques des hydrates de dysprosium chlorure.