Двухслойная диафрагма для хлорного электролиза Советский патент 1992 года по МПК C25B13/06 

Изобретение относится к области производства хлора и щелочи в электролизёрах с фильтрующей диафрагмой.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при электролизе.:

В двухслойной диафрагме из. асбеста или из асбеста и полимерного вещества на перфорированной основе наружный кислотостойкий слой диафрагмы выполнен из хризотиласбеста, обработанного неорганической кислотой при массовом соотношении содержания оксидов кремния .и магния от 1,07 : 1 до 1,3 : 1, или его смеси с фторсодержащим полимером, количество которого может быть равно 5-10%, при этом толщина кислотостойкого слоя составляет 3-30%.рт общей толщины слоев асбеста.

Диафрагма выполнена на сетчатрм или перфорированном листовом катоде, на котором расположен основной слой

диафрагмы из хризотиласбеста или из хризотиласбеста с фторсодержащим полимером и наружный слой из хризотиласбеста, обработанного неорганической кислотой, без фторсодержащего полимера или с полимером.

В первом варианте первый слой состоит из хризотиласбеста, второй слой - из обработанного кислотой хризотил.асбеста. Такая диафрагма может найти применение там, где используют обычную асбестовую диафрагму и отсутствует специальное оборудование, нужное для изготовления асбополимерной диафрагмы. Во втором варианте в виде ненабухающей при электролизе асбополимерной двухслойной диафрагмы первый слой состоит из хризотиласбеста с фторопластом, второй слой из обработанного кислотой хризотиласбеста и фторопласта. После изготовления диафрагма подвергается термообработке до плавления фторопласта.

При работе электролизера с предлагаемой диафрагмой раствор хлорида щелочного металла пода1рт в анодное пространство электролизера и он фильтруется через диафрагму к катоду. На катоде выделяется водород и получается электрическая щелочьсме.шанный раствор гидроксида и хлорида щелочного металла, на аноде выделяется хлор с примесью кислорода, благодаря чему анолит подкисляется.

Первый слой диафрагмы со стороны катода из щелочестойкого хризотиласбеста пропитывается щелочью, вто время как кислотостойкое покрытие из предварительно обработанного кислотой хризотиласбеста находится в кислом анолите.

Пример 1. Производят изготовление предлагаемой двухслойной асбестовой диафрагмы. Обрабатывают в ролле в течение 30 мин водную суспензию 60 г/л хризотиласб ста (смесь сортов П-3-50 и П-4-20 1:1), обезвоживают его в течение 1 сут. Затем асбест сушат в сушильном шкафу до постоянного веса.

Часть этого асбеста загружают в 1 н. раствор соляной кислоты. Через 30 мин асбест отделяют от кислоты, промывают водой и сушат до постоянного веса.

Готовят пульпу I из асбеста, обработанного в ролле, следующего состава, г/л: асбест 15, NaOH 120, NaCI 170.

Готовят пульпу II из асбеста, обработанного кислотой, следующего состава, г/л: асбест 10, NaOH 120, NaCI 170.

Сетчатый катод погружают в пульпу I и производят насасывание на катод первого слоя диафрагмы при вакууме от О до 400 мм рт.ст. до просасывания через катод расчетного количества пульпы для получения слоя массой 2 кг/м.

Вынимают катод из пульпы и погружают его в пульпу II и при вакууме 400450 мм рт.ст. насасывают второй слой с массой 0,2 кг/м.

После насасывания второго слоя катод из пульпы вынимают и просасывают через диафрагму воздух при вакууме 400 мм рт.ст. Затем катод с диафрагмой сушат при 90°С под вакуум.

Изготовленную диафрагму испытывают в лабораторном электролизере с анодами ОРТА и с сетчатым катодом.

Изготавливают известную двухслойную рсбестовую диафрагму, как описано выше, с тем отличием, что насасывание второго слоя производят из пульпы обработанного в ролле в течение 30 мин антофилитасбеста при концентрации водной суспензии 60 г/л.

Состав пульпы для насасывания второго слоя следующий, г/л: антофилитасбест 10, NaOH 120, NaCI 170 + 3% латекса ДММА-65ГП (в расчете на сухое вещество

от массы асбеста).

Масса первогр слоя 2 кг/м , масса второго слоя 0,2 кг/м ,

Монтируют с изготовленной диафрагмой такой же электролизер.

Полученные диафрагмы испытывают при электролизе водного раствора 310 г/л NaCI при 90°С в течение 10 сут (плотность тока 2000 А/м),

В табл.1 приведены сравнительные данные такого испытания, а также данные по работе электролизера с диафрагмой, изготовленной из хризотиласбеста, обработанного 1 н. соляной кислотой в течение 6 ч по известному способу, при плотности тока

1290А/м.

Из табл.1 видно, что предлагаемая двухслойная асбестовая диафрагма с вторым слоем из хризотиласбеста, обработанного соляной кислотой, обеспечивает получение

практически таких же показателей электролиза, как известная двухслойная диафрагма, однако при замене дефицитного антифилитасбеста на недефицитный и дешевый хризотиласбест. При этом полностью сохраняются преимущества такой диафрагмы перед обычной асбестовой диафрагмой - повышение выхода щелочи по току и снижение содержания хлората в щелочи.

П р и м е р 2. Изготавливают предлагаемую асбополимерную диафрагму.

Для насасывания первого слоя диафрагмы готовят пульпу 1 из обработанного в ролле асбеста следующего состава, г/л: асбест 15,

NaOH 120, NaCI 170, фторопласт Ф-4МБ 1,5, смачиватель ОП-10 0,15. Такая пульпа обеспечивает содержание фторопласта в слое 9 %. В ведение фторопласта л роизводят в виде водной суспензии с добавлением

фторопласта, как описано выше, следующего состава, г/л: асбест 10, NaOH 120, NaCI 170; фторопласт Ф-4МБ 0,44-1,2: смачиватель ОП-10 0,044-0,12 (обеспечивает содержание фторопласта во втором слое 4-11).

Насасывают диафрагму, как описано в примере 1.

Изготовленную диафрагму сушат при 90°С и затем подвергают термообработке при320°С.

Варьируя время обработки асбеста соляной кислотой, изменяют соотношение содержания оксидов кремния и магния в асбесте, также изменяют содержание фторопласта во втором слое путем изменения

его концентрации в пульпе для насасывания.

Результаты испытания изготовленных диафрагм при электролизе даны в табл.2.

Пример 3. Готовят пульпу для наса-. сывания первого слоя диафрагмы, как в примере 2., ,

Используя обработанный кислотой асбест и фторопласт, готовят пульпу для Haqaсывания второго слоя и производят 1 acacывaниe, как в примере 2. с тем отличием, что изменяя объем 1ульпы, расходуемой на насасывание первого и второго слоев диафрагмы, варьируют толщину второго слоя диафрагмы и тем самым соотношение толщины второго и первого слоев. Содержание фторопласта в обоих слоях диафрагмы 9%.

Производят сушку и термообработку изготовленных диафрагм, а также их испытание при электролизе, как в примере 2.

В табл.3 приведены показатели работы электролизеров с диафрагмой в зависимости от толщины второго слоя без фторопласта, в табл.4 - то же, с фторопластом.

Достаточно высокий выход щелочи по току и низкий расход электроэнергии сохраняется при толщине второго слоя 3-30% от общей толщины. При дальнейшем увеличении толщины второго слоя происходит снижение выхода щелочи по току, рост напряжения на электролизере и, соответственно, расхода электроэнергии.

Таким образом, поставленная цель достигается при толщине второго слоя 3-30% от общей толщины диафрагмы.

Предлагаемая двухслойная диафрагма имеет на порядок ниже расход кислоты на обработку хризотиласбеста по сравнению с известным способом изготовления диафрагмы из асбеста, обработанного кислотой, так как кислота в данном случае тратится только на обработку асбеста, расходуемого на тонкий второй слой.

Предлагаемая диафрагма может быть

0 применена также при получении гидроксидов других щелочных металлов электролизом их хлоридов.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

5

1.Двухслойная диафрагма для хлорного электролиза выполненная на основе щелочностойкого асбеста на перфорированной или сетчатой основе и наружного

кислотостойкого слоя на основе асбеста, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат при электролизе, в качестве щелочиостойкого асбеста она содержит хризотиласбест, а в качестве асбеста в кислотостойком слое содержит хризотиласбест, обработанный неорганической кислотой до соотношения оксидов кремния и магния (1,07-1,3):1, и толщина кислотостойкого слоя составляет 3-30% от

толщины слоев асбеста.

2.Диафрагма по п.1, о т л и ча ю щ а яс я тем, что диафрагма дополнительно содержит фторопласт в основе и кислотостойком слое, причем содержание фторопласта

в кислотостойком слое составляет 5-10% от массы слоя.

Таблица 1

Двухслойная диафрагма из асбеста 1^лй асбеста и-полимерного вещества с кислотостойким наружным слоем,выполненным из хризотиласбеста, обработанного кислотой, при массовом соотношении оксидов кремния и магния от 1,07 : 1 до 1,30 : 1 или ег'о смеси с фторсодержащим полимером в количестве 5-10%, при этом толщина кислотостойкого слоя составляет 5-30% от общей толщины слоев асбеста. Применение такой диафрагмы в хлорном электролизере позволяет улучшить эксплуатационные характеристики электролизера. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Предлагаемая двухслойная асбестовая диафрагма с первым слоем из хризотиласбеста и вторым слоем из хризотиласг беста, обработанного кислотой с массовым соотношением 1220,08 3,65 36,1 SiOj и MgO,равным ,17:1 Известная двухслойная асбестовая пиафрагк1Эс вторым слоем из антифилитасбеста 12lf .. 0,12 3,796,0 с 3% латекса ДММА:-65ГП Примечание,

Значения показателей при толщине второго слоя дийфрагмы, (общая толщина 2,0 мм),

Примечание. Условия работы: аноды ОРТА; плотность ток . 2000 А/м2, длительность испытания при электролизе 10 сут.

Таблица2

ТаблицаЗ мм Условия работы: аноды ОРТА, плотность тока 2000 А/м, 90°С, межэлектродноё расстояние 12 мм, толщина диафрагмы 1,8 мм, тощина второго слоя 0,17 мм. Содержание фторопласта Ф-4МБ в обоих слоях одинаково ZSk5 101,89,1 2582 102,010

- - - - - --- - - - --р -- --- - --- - - г - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -- - .

Показатели электролизера j Значения показателей при толщине второго

слоя дйзфрагмы, мм (общая толщина 1,8 мм)

0x05 I . I РЛ j.OJZ ioj5. 2.7 I 3,0 j 5, } 9,4 1,4 J 30,0 j 47,2 Напряжение, В Католит, г/л: NaOH NaClOj Выход щелочи пс току, Расход электроэнергии, КВТ ч/т,NaOH Прим ечание

Таблица 3,26 3,25 3,243,24 3,25 3,343,43 no 115 120125 130 131150 0,15 0,12 0,100,11 0,13 0,l40,19 95,4 9б,0 9б,09б,2 9б,0 9б,295,0 2290 2268 22б122572268 23262419 Условия работы: анодыОРТА; плотность тока2000 А/м 90°С, длительность испытания при электролизе 10 сут, рассол 310 г/л NaCl