А Б В Г Д Е Є Ж З І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ю Я
Електроліз - розчин - хлорид - лужний метал
Електроліз розчинів хлоридів лужних металів ртутним способом відомий з 1935 р Він є типовим прикладом багатостороннього використання енергії та сировини в сучасній хімічній промисловості.
Процеси електролізу розчинів хлоридів лужних металів з іонообмінними мембранами досить добре вивчені в лабораторії і подальший розвиток цього методу в даний час лімітується відсутністю діафрагм, придатних для створення великих промислових електролізерів. Застосовувані для цієї мети іонообмінні мембрани не володіють 100% - ної селективність, що не дозволяє отримувати так само чисту каустичну соду, як і за методом електролізу з ртутним катодом.
Новий етап розвитку техніки електролізу розчинів хлоридів лужних металів з фільтруючою діафрагмою пов'язаний із застосуванням обложеної діафрагми.
Процеси, що відбуваються при електролізі розчинів хлоридів лужних металів, викладені в преамбулі до цього розділу (див. стор. У міру проходження струму на катоді утворюється розчин лугу і водень, вільно йде від електрода і не перемішують електроліт, а на аноді виділяється хлор. Лужний катодний розчин, що володіє великою питомою вагою, ніж вихідний розчин кухонної солі, поступово заповнює катодного простір (зовнішній резервуар) і проникає під дзвін, наближаючись до анода. Важкий лужний розчин, розташовуючись шаром під анодним розчином, утворює видиму кордон розділу. У безпосередній близькості анода розчин має кислу реакцію і насичений газоподібним хлором.
Застосування ртутного катода при електролізі розчинів хлоридів лужних металів вносить в цей процес ряд істотних особливостей. Внаслідок високого перенапруги, яке є на ртуті для виділення водню, і явищ деполяризації на ртутному катоді розряджаються НЕ іони водню, а іони натрію.
Поряд з отриманням хлору шляхом електролізу розчинів хлоридів лужних металів застосовується отримання хлору електролізом соляної кислоти. В електролізерах для електролізу соляної кислоти використовують аноди і катоди з графіту і полімерну діафрагму зазвичай з термостабильного полівінілхлориду.
Підготовляється монографії з приготування і очищенні розсолу, теорії електролізу розчинів хлоридів лужних металів в електролізерах з твердим катодом, по електролізу з ртутним катодом, автоматизації контролю і управління виробництвом хлору і каустичної соди, виробництва безводних хлоридів металів, хлоратов і ін. Готується до видання також довідковий посібник для інженерно-технічних працівників, пов'язаних з виробництвом і споживанням хлору і каустичної соди.
Реакція відбувається при пропущенні газоподібного хлору через розчин лугу або при електролізі розчинів хлоридів лужних металів в умовах, що забезпечують перемішування продуктів електролізу.
для запобігання або зменшення корозії деталей електролізерів при приготуванні електроліту застосовують тільки чисті КОН або NaOH, звичайно одержувані електролізом розчинів хлоридів лужних металів методом з ртутним катодом.
Освіта в часі всіх цих продуктів електролізу (гіпохлориту, хлората і кисню) зображено кривими на рис. 26 що дає повну картину електролізу розчинів хлоридів лужних металів в зазначених вище умовах.
Титанові електроди з активним Шаром із суміші оксидів рутенію і титану в чистому вигляді або з різними добавками (ОРТА) мають низький потенціал виділення хлору, високу корозійну стійкість і забезпечують великий вихід хлору по току при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
В даний час в Росії і за кордоном для потреб медицини, харчової та переробної промисловості, для боротьби з біообрастаніямі (в системах водообігового циклу), на об'єктах водопідготовки і водовідведення, в інших галузях знаходять широке застосування електрохімічні установки, призначені для періодичного або безперервного виробництва безпосередньо на місці споживання розчину гіпохлориту концентрацією 7 1 г /л NaCIO електролізом розчинів хлоридів лужних металів, як правило - розчинів кухонної солі концентрації 4010 г /л NaCl або морської води.
Він розвивається не як конкуруючий з електролізом розчинів хлоридів лужних металів, а як метод, що дозволяє утилізувати абгазного соляну кислоту, перетворюючи її в цінний продукт. У Радянському Союзі є промислові установки по отриманню хлору електролізом соляної кислоти, що працюють за технологією зарубіжних фірм. Наукові дослідження в цьому напрямку постійно ведуться. Викликає інтерес новий метод електролізу соляної кислоти з застосуванням твердого полімерного електроліту. Переробка абгазного хлориду водню в хлор по процесу Кел-хлор є одним з цікавих хімічних методів отримання хлору без одночасного отримання каустичної соди. В даний час за кордоном працює одна установка за цим методом. У Радянському Союзі цей метод не застосовується.
Електролізер для отримання хлористого метилу. Хімічний метод отримання окису пропілену, проміжною стадією в якому, як і в електрохімічному[см. уравнение ( 52) ], Є отримання пропіленхлоргідріна, пов'язаний з утворенням 40 т розведеного розчину хлористого кальцію на 1 т окису пропілену. Електрохімічний метод отримання окису пропілену заснований на електролізі розчину хлориду лужного металу.
Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом повинно бути виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування і електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Діаграма Пурбе для цинку. Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом повинно бути виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Спрощена діаграма Пурбе для цинку. Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом є виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом є виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
Однак електроліз соляної кислоти як метод, що дозволяє утилізувати абгазного НС1 є енергоємним виробництвом хлору (2500 кВт /т) і тому не може конкурувати з електролізом розчинів хлоридів лужних металів.
Для хімічної промисловості цікавий паливний елемент на амальгамі натрію. Оскільки виробництва, пов'язані з електролізом розчинів хлоридів лужних металів, споживають дуже багато електроенергії, задовільний рішення проблеми паливних елементів могло б принести значний економічний ефект.
Результати анодного процесу при електролізі (вихід по току і по речовині в розрахунку на перхлорат), як це показано Н. А. Ізгаришсвим і М. Г. Хачатурян[1], Істотно залежать від природи катіона електроліту. Чим менше іонний радіус катіона і більше енергія гідратації його, тим більше повинен бути вихід за струмом. Таке уявлення добре узгоджується з отриманим Н. А. Ізгаришсвим і М. Г. Хачатурян експериментальним матеріалом при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
Тут перш за все необхідно звернути увагу на використання біполярного принципу побудови електролізерів. Обмовимося, що термін біполярний включення електродів стосовно електролізер для отримання хлору і каустичної соди має дещо умовний характер. Внаслідок особливостей анодного і катодного процесів, застосування діафрагми і так званого проточного катода в таких електролізерах створюються умови, при яких один і той же матеріал, як правило, не може служити і в якості анода, і в якості катода. При електролізі розчинів хлоридів лужних металів з метою отримання хлору і NaOH біполярно включається електрод фактично складається з анодного елемента (графіт, платина, платинованим титан, магнетит) і катодного елемента (сталь або інший метал), що несе діафрагму. Два таких фактично незалежних електродних елемента з'єднують тим чи іншим способом в один складовий елемент, який в подальшому ми будемо називати біполярним електродом.
Звідси випливає необхідність зниження вологоємності-сти для збільшення виходу по току. Разом з тим зниження вологоємності призводить до зростання падіння напруги на мембрані. Тому на практиці застосовують мембрани з комбінацією шарів: тонкий шар (близько 5 - 10 мкм), який має низьку влагоемкостью і забезпечує високий вихід по току з катодного боку і щодо товстий шар (близько 100 мкм) з високою вологоємністю, що має низький електричний опір з анодної сторони. За цим принципом конструюють практично всі мембрани для електролізу розчинів хлоридів лужних металів. Наприклад, введення аминогрупп в сополимер перфторірованний ефіру і тетра-фторетилен і заміна його сульфогрупп карбоксильними знижує вологоємність мембрани в 2 - 5 рази.
Процеси електролізу розчинів хлоридів лужних металів з іонообмінними мембранами досить добре вивчені в лабораторії і подальший розвиток цього методу в даний час лімітується відсутністю діафрагм, придатних для створення великих промислових електролізерів. Застосовувані для цієї мети іонообмінні мембрани не володіють 100% - ної селективність, що не дозволяє отримувати так само чисту каустичну соду, як і за методом електролізу з ртутним катодом.
Новий етап розвитку техніки електролізу розчинів хлоридів лужних металів з фільтруючою діафрагмою пов'язаний із застосуванням обложеної діафрагми.
Процеси, що відбуваються при електролізі розчинів хлоридів лужних металів, викладені в преамбулі до цього розділу (див. стор. У міру проходження струму на катоді утворюється розчин лугу і водень, вільно йде від електрода і не перемішують електроліт, а на аноді виділяється хлор. Лужний катодний розчин, що володіє великою питомою вагою, ніж вихідний розчин кухонної солі, поступово заповнює катодного простір (зовнішній резервуар) і проникає під дзвін, наближаючись до анода. Важкий лужний розчин, розташовуючись шаром під анодним розчином, утворює видиму кордон розділу. У безпосередній близькості анода розчин має кислу реакцію і насичений газоподібним хлором.
Застосування ртутного катода при електролізі розчинів хлоридів лужних металів вносить в цей процес ряд істотних особливостей. Внаслідок високого перенапруги, яке є на ртуті для виділення водню, і явищ деполяризації на ртутному катоді розряджаються НЕ іони водню, а іони натрію.
Поряд з отриманням хлору шляхом електролізу розчинів хлоридів лужних металів застосовується отримання хлору електролізом соляної кислоти. В електролізерах для електролізу соляної кислоти використовують аноди і катоди з графіту і полімерну діафрагму зазвичай з термостабильного полівінілхлориду.
Підготовляється монографії з приготування і очищенні розсолу, теорії електролізу розчинів хлоридів лужних металів в електролізерах з твердим катодом, по електролізу з ртутним катодом, автоматизації контролю і управління виробництвом хлору і каустичної соди, виробництва безводних хлоридів металів, хлоратов і ін. Готується до видання також довідковий посібник для інженерно-технічних працівників, пов'язаних з виробництвом і споживанням хлору і каустичної соди.
Реакція відбувається при пропущенні газоподібного хлору через розчин лугу або при електролізі розчинів хлоридів лужних металів в умовах, що забезпечують перемішування продуктів електролізу.
для запобігання або зменшення корозії деталей електролізерів при приготуванні електроліту застосовують тільки чисті КОН або NaOH, звичайно одержувані електролізом розчинів хлоридів лужних металів методом з ртутним катодом.
Освіта в часі всіх цих продуктів електролізу (гіпохлориту, хлората і кисню) зображено кривими на рис. 26 що дає повну картину електролізу розчинів хлоридів лужних металів в зазначених вище умовах.
Титанові електроди з активним Шаром із суміші оксидів рутенію і титану в чистому вигляді або з різними добавками (ОРТА) мають низький потенціал виділення хлору, високу корозійну стійкість і забезпечують великий вихід хлору по току при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
В даний час в Росії і за кордоном для потреб медицини, харчової та переробної промисловості, для боротьби з біообрастаніямі (в системах водообігового циклу), на об'єктах водопідготовки і водовідведення, в інших галузях знаходять широке застосування електрохімічні установки, призначені для періодичного або безперервного виробництва безпосередньо на місці споживання розчину гіпохлориту концентрацією 7 1 г /л NaCIO електролізом розчинів хлоридів лужних металів, як правило - розчинів кухонної солі концентрації 4010 г /л NaCl або морської води.
Він розвивається не як конкуруючий з електролізом розчинів хлоридів лужних металів, а як метод, що дозволяє утилізувати абгазного соляну кислоту, перетворюючи її в цінний продукт. У Радянському Союзі є промислові установки по отриманню хлору електролізом соляної кислоти, що працюють за технологією зарубіжних фірм. Наукові дослідження в цьому напрямку постійно ведуться. Викликає інтерес новий метод електролізу соляної кислоти з застосуванням твердого полімерного електроліту. Переробка абгазного хлориду водню в хлор по процесу Кел-хлор є одним з цікавих хімічних методів отримання хлору без одночасного отримання каустичної соди. В даний час за кордоном працює одна установка за цим методом. У Радянському Союзі цей метод не застосовується.
Електролізер для отримання хлористого метилу. Хімічний метод отримання окису пропілену, проміжною стадією в якому, як і в електрохімічному[см. уравнение ( 52) ], Є отримання пропіленхлоргідріна, пов'язаний з утворенням 40 т розведеного розчину хлористого кальцію на 1 т окису пропілену. Електрохімічний метод отримання окису пропілену заснований на електролізі розчину хлориду лужного металу.
Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом повинно бути виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування і електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Діаграма Пурбе для цинку. Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом повинно бути виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Спрощена діаграма Пурбе для цинку. Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом є виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також електролізі розчинів хлоридів лужних металів. В останньому випадку, крім стійкості, анод повинен забезпечувати переважне виділення хлору і перешкоджати виділенню кисню.
Анод абсолютно не повинен розчинятися, і єдиним електродним процесом є виділення газу, найчастіше кисню. Ця вимога пред'являється до анодам при електролізі води, електроекстракціі цинку, хромування, а також при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
Однак електроліз соляної кислоти як метод, що дозволяє утилізувати абгазного НС1 є енергоємним виробництвом хлору (2500 кВт /т) і тому не може конкурувати з електролізом розчинів хлоридів лужних металів.
Для хімічної промисловості цікавий паливний елемент на амальгамі натрію. Оскільки виробництва, пов'язані з електролізом розчинів хлоридів лужних металів, споживають дуже багато електроенергії, задовільний рішення проблеми паливних елементів могло б принести значний економічний ефект.
Результати анодного процесу при електролізі (вихід по току і по речовині в розрахунку на перхлорат), як це показано Н. А. Ізгаришсвим і М. Г. Хачатурян[1], Істотно залежать від природи катіона електроліту. Чим менше іонний радіус катіона і більше енергія гідратації його, тим більше повинен бути вихід за струмом. Таке уявлення добре узгоджується з отриманим Н. А. Ізгаришсвим і М. Г. Хачатурян експериментальним матеріалом при електролізі розчинів хлоридів лужних металів.
Тут перш за все необхідно звернути увагу на використання біполярного принципу побудови електролізерів. Обмовимося, що термін біполярний включення електродів стосовно електролізер для отримання хлору і каустичної соди має дещо умовний характер. Внаслідок особливостей анодного і катодного процесів, застосування діафрагми і так званого проточного катода в таких електролізерах створюються умови, при яких один і той же матеріал, як правило, не може служити і в якості анода, і в якості катода. При електролізі розчинів хлоридів лужних металів з метою отримання хлору і NaOH біполярно включається електрод фактично складається з анодного елемента (графіт, платина, платинованим титан, магнетит) і катодного елемента (сталь або інший метал), що несе діафрагму. Два таких фактично незалежних електродних елемента з'єднують тим чи іншим способом в один складовий елемент, який в подальшому ми будемо називати біполярним електродом.
Звідси випливає необхідність зниження вологоємності-сти для збільшення виходу по току. Разом з тим зниження вологоємності призводить до зростання падіння напруги на мембрані. Тому на практиці застосовують мембрани з комбінацією шарів: тонкий шар (близько 5 - 10 мкм), який має низьку влагоемкостью і забезпечує високий вихід по току з катодного боку і щодо товстий шар (близько 100 мкм) з високою вологоємністю, що має низький електричний опір з анодної сторони. За цим принципом конструюють практично всі мембрани для електролізу розчинів хлоридів лужних металів. Наприклад, введення аминогрупп в сополимер перфторірованний ефіру і тетра-фторетилен і заміна його сульфогрупп карбоксильними знижує вологоємність мембрани в 2 - 5 рази.