Способ электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов с ионнообменной диафрагмой Советский патент 1975 года по МПК C25B1/46 

Изобретение относится к технологии процесса электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов с ионообменной диафрагмой с получением щелочи, хлора и водорода.

Известен способ электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов с ионообменной диафрагмой, по которому раствор хлорида полают в анодное пространство электролизера. В результате электролиза в катодом пространстве электролизера образуется щелочь, на катоде выделяется водород, а на аноде - хлор.

Иедостатками известного способа являются забивание мембраны нерастворимыми соединениями нолнвалентных металлов, например кальция или магния, что приводит к иовыщенпю напряжения на электролизере, а при значительном росте осадков - к полному разрущению мембраны, а также низкий выход по току.

С целью предотвращения забивания мембраны нерастворимыми соединениями поливалентных металлов, например кальция или магния, снижения расхода электроэнергии и повыщения выхода по току по предлагаемому способу в раствор хлорида вводят соединения, содержащие фосфат - ион, например свободнуро фосфорсодержащую кислоту, фосфаты щелочных, щелочноземельных и иереходных металлов.

Соединения, содержащие фосфат-ион, образ}ют с поливалентными катионами при велнчнне рИ выще 5.5 нерастзори.мый гель, который при значе) рН менее 3.0 растворяется.

Гель образуется ;5близи мембраны, в зоне высоких значений рИ, все анодное нрострапство электролизера остается при этом свободным, так как около анода значение рН электролита имеет низкую величину.

Фосфатный гель служит дополнительным сеиаратором, нредотвранииощим миграцию гидрокснльиых ионов из катодного пространства электролизера в анодюе и миграцию ионов .хлора в обратном зишразлеинн.

В качестве соединсннн, содержаишх фосфат-ион, предпочтительно использовать свободные кислоты и фосфаты щелочных металлов, их орто- и метафосфаты. Очевидно, что иредиочтительно добавлять фосфаты в виде солей щелочных металлов, соответствующих щелочным металлам галогенидов, которые подвергаются электролизу. Согласно предлагаемому способу предусматривается введение от 1 до 500 вес. ч. гелеобразуюпиьх ио)юв на 1.000.000 вес. ч. раствора хлорида.

3

В том случае, когда раствор хлорида, подвергаемый электролизу, отличается высокой степенью чистоты, в раствор могут быть введоиы фосфаты щелочноземельиого металла или других иоливалеытпых металлов, иаиример переходиых, в частиости титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, медн, цинка и, в особенпости алюминия, дающих гели амфотерной природы.

Удаленно геля с поверхности мембраны быть осуществлено за счет пониже ня величины рН в анолите или промы;л ой анодной камеры раствором киелоты.

Практическое осуществление нредложенного способа иллюстрирует следующий пример.

Пример. В анодную камеру электролизера, соде|ржащего стальной ячеистый катод и иористый титановый анод, покрытый слоем смеси двуокиси титана и двуокиси рутения в молярном соотношении соответственно 2:1, н катионообменной мембраной сорта Дюпон XR, толщ.иной 0,254 мм и со средним содержаиием гелевой воды 25%, вводят насыщенный рассол (водный раствор хлорида натрия), величина рН которого составляет 2,6, а иоказатель жесткости (выраженный в нересчете на содержание ионов кальция) приблизительно равен 20 вес. ч. на 1.000.000 вес. ч. раствора. Первоначально католит содержит 36%-ный раствор гидрата окиси натрия. После начала п)оцесса ириток воды в католнтную камеру осуществляют только через мембрану.

Плотность анодного тока составляет 0,15 а/см, температуру в электролизере поддерживают в пределах от 85 до 95°С, причем расход потока хлорида, иодаваемого в анодное иростраиство электролизера, составляет 1 мл/а-мин. После достижения равповесня в электролизере процесс ведут в течеиие многих дией. Выход по току составляет 59% при концентрации каустической соды - 46,5%.

JM начинают вводить в 5ассол первичный кислый фосфат натрия в количестве 0,02 г/л (20 вес. ч. на 1.000.000 вее. ч. раствора). В течение 8 ч выход по току повышается до 70% при той же коицентрацни каустической соды. Через семь дней выход но току постигает 76%.

При демонтаже электролизера установлено, что мембрана покрыта гелеобразным слоем (содержащим в основном соединение Са5(РО4)з), легко удаляемым промывкой разбавлеиным раствором соляной кислоты. В случае, если нроцесс ведут без добавки фосфора, мембрана иокрывается и ироиитывается кристаллическим осадком, препятствующим нормальному проведению процесса, вызывающим забивание и разрущение мембраны. Такую мембрану невозможно восстановить до первоначального состояння; невозможно также восстановить ее первоначальные свойства даже после длительного промывания кислыми растворами.

Эксперимент повторяют три раза с использованием первичного кислого фосфата натрия, вторичного кислого фосфата натрия и фосфата иаТ|рия (200 вес. ч. на 1.000.000 вес. ч. раствора) с получением результатов, аналогичных случаю с первичиым кислым фосфатом натрия.

Формула изобретения

Способ электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов с ионообменной диафрагмой, отличающийся тем, что, с целью предотвращения забивания мембраны нерастворимыми соединениями поливалентных металлов, наиример кальция или магния, снижения раехода электроэнергии и повыщения выхода по току, в раствор хлорида вводят соединения, содержапдпе фосфат-ион, например свободную фосфорсодержащую кислоту, фосфаты пделочных, щелочноземельных и переходных металлов.