CH641841A5 - Method for improving the performance in the faraday electrolytic preparation of sodium chlorate. - Google Patents
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Description
641841 641841
2 2
REVENDICATION Procédé permettant d'améliorer le rendement Faraday lors de la fabrication électrolytique du chlorate de sodium sur anodes métalliques revêtues de platine-iridium ou d'oxyde de ruthénium, caractérisé en ce qu'on ajoute à l'acide chlorhydri- 5 que utilisé pour maintenir le pH optimal de fonctionnement, de l'acide phosphorique à raison de 1 à 2 kg d'acide à 85% par tonne de chlorate de sodium fabriquée. CLAIMS Process for improving the Faraday yield during the electrolytic manufacture of sodium chlorate on metal anodes coated with platinum-iridium or ruthenium oxide, characterized in that hydrochloric acid used for maintain the optimal operating pH, phosphoric acid at a rate of 1 to 2 kg of 85% acid per tonne of sodium chlorate produced.
CIO + H"1 CIO + H "1
: H CIO : H CIO
, 15 , 15
10 10
La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication du chlorate de sodium par élctrolyse; ce pré' The present invention relates to an improved process for the manufacture of sodium chlorate by electrolysis; this meadow '
cédé permet d'améliorer le rendement Faraday dans le cas où on utilise des cellules d'électrolyse éuipées d'anodes métalliques, notamment en titane, revêtues d'une couche électroac-tive telle que platine-iridium ou oxyde de ruthénium. yielded improves the Faraday yield in the case where electrolysis cells are used which are equipped with metal anodes, in particular made of titanium, coated with an electro-active layer such as platinum-iridium or ruthenium oxide.
La fabrication électrolytique du chlorate de sodium est ef- 20 fectuée essentiellement par électrolyse d'une solution de chlorure de sodium. The electrolytic manufacture of sodium chlorate is carried out essentially by electrolysis of a solution of sodium chloride.
Les réactions aux électrodes sont les suivantes: The reactions at the electrodes are as follows:
- à l'anode, il y a formation de chlore suivant: - at the anode, the following chlorine is formed:
ÓC1~->3C1, + 6 ÓC1 ~ -> 3C1, + 6
(1)' (1) '
le chlore formé à l'anode réagit avec l'eau suivant: the chlorine formed at the anode reacts with the following water:
3C12 + 3H20?±3H+ + 3C1+3HC10 (2)30 3C12 + 3H20? ± 3H + + 3C1 + 3HC10 (2) 30
3 HCIO 3 H+ + 3C10 (3) 3 HCIO 3 H + + 3C10 (3)
35 35
3 H20 3 OH- + 3 H+ (4)' 3 H20 3 OH- + 3 H + (4) '
et l'hypochlorite fomé se transforme en chlorate suivant la réaction: and the formed hypochlorite transforms into chlorate according to the reaction:
2 HCIO + CIO" - CIO3- + 2 H+ + 2 Cl- (5) 2 HCIO + CIO "- CIO3- + 2 H + + 2 Cl- (5)
40 40
Dans le même temps, il y a formation électrochimique de chlorate à partir des ions hypochlorite suivant: At the same time, there is electrochemical formation of chlorate from the following hypochlorite ions:
6 CIO- + 3HzO - 2 CIO3- + 4 Cl- + 6 H+ + 2 02 + 6 a (6)45 6 CIO- + 3HzO - 2 CIO3- + 4 Cl- + 6 H + + 2 02 + 6 a (6) 45
Cette réaction serait responsable du dégagement d'oxygène que l'on observe lors de l'électrolyse, dégagement qui est la cause essentielle de la baisse du rendement FARADAY. - à la cathode, il y a formation d'hydrogène suivant: 50 This reaction would be responsible for the release of oxygen that is observed during electrolysis, release which is the essential cause of the decrease in the FARADAY yield. - at the cathode, the following hydrogen is formed: 50
6H+ + 6e-->3H, 6H + + 6th -> 3H,
(7) (7)
CIO- + H2 -► Cl- + H2O CIO- + H2 -► Cl- + H2O
(8) (8)
Cette réaction (8) parasite, également génératrice d'une baisse du rendement FARADAY est généralement combattue par addition de bichromate de sodium à raison de 2 à 10 g/1 dans l'électrolyte. This parasitic reaction (8), also generating a drop in the FARADAY yield, is generally combated by adding sodium dichromate at a rate of 2 to 10 g / l in the electrolyte.
Une autre cause de la baisse du rendement FARADAY provient du fait que le chlore qui se forme à l'anode peut s'échapper directement de la cellule sans être absorbé, par suite des équilibres Another cause of the decline in FARADAY yield comes from the fact that the chlorine which forms at the anode can escape directly from the cell without being absorbed, as a result of the equilibria.
HCIO + H+ + Cl ^C12+H20 HCIO + H + + Cl ^ C12 + H20
il existe une certaine tension de vapeur de chlore au dessus de la solution et du chlore peut donc s'échapper de toute la surface du liquide. there is a certain chlorine vapor pressure above the solution and chlorine can therefore escape from the entire surface of the liquid.
La réaction (5) est primordiale dans la genèse du chlorate et cette réaction est favorisée par un pH donné variable de 6 à 6,5, la valeur optimale dépendant en fait de la température de fonctionnement. Pour maintenir ce pH optimal, on ajoute donc à l'électrolyte une solution acide, généralement de l'acide chlorhydrique, ce qui permet en outre de compenser les éventuelles pertes en chlore. The reaction (5) is essential in the genesis of the chlorate and this reaction is favored by a given pH variable from 6 to 6.5, the optimal value depending in fact on the operating temperature. To maintain this optimum pH, an acid solution is therefore added to the electrolyte, generally hydrochloric acid, which also makes it possible to compensate for any losses of chlorine.
Cette addition est faite suivant les procédés classiques This addition is made according to conventional methods
- soit dans la solution d'alimentation de la cellule - either in the cell supply solution
- soit directement dans la cellule - either directly in the cell
- soit des deux façons simultanément et elle est généralement automatisée grâce à une régulation de pH. - either in two ways simultaneously and it is generally automated thanks to a pH regulation.
Dans les conditions opératoires habituellement rencontrées Under the operating conditions usually encountered
NaC103 g/10 à 700 NaClg/1320à 120 bichromate de soude g/12 à 10 température de fonctionnement 55 à 85 °C pH de fonctionnement 6 à 6,5 obtenu par addition de 25 à 40 kg d'HCl 33% par tonne de chlorate de sodium fabriquée densité de courant A/m2 1500 à 6000 anodes support titane avec revêtement Pt/Ir ou Ru02 les gaz dégagés ont la composition suivante: NaC103 g / 10 to 700 NaClg / 1320 to 120 sodium bichromate g / 12 to 10 operating temperature 55 to 85 ° C operating pH 6 to 6.5 obtained by adding 25 to 40 kg of HCl 33% per tonne of sodium chlorate manufactured current density A / m2 1500 to 6000 titanium support anodes with Pt / Ir or Ru02 coating the gases released have the following composition:
H2 H2
o2 o2
Cl2 Cl2
96% 3,5% 0,2 à 0,5% 96% 3.5% 0.2 to 0.5%
L'hypochlorite formé dans la cellule peut être réduit par 55 l'hydrogène suivante: The hypochlorite formed in the cell can be reduced by the following hydrogen:
60 60
65 65
et le rendement FARADAY est supérieur à 92%. and the FARADAY yield is greater than 92%.
On a cherché à améliorer ce rendement. Diverses solutions ont été proposées qui se ramènent toutes à l'amélioration des revêtements d'anodes, comme indiqué dans le brevet français No. 2 187 416. Attempts have been made to improve this yield. Various solutions have been proposed which all boil down to improving the anode coatings, as indicated in French Patent No. 2,187,416.
La titulaire a mis au point un procédé qui permet d'obtenir une augmentation de 1 à 3 pour cent du rendement Faraday par intervention directe sur l'électrolyte. The licensee has developed a process that allows a 1 to 3 percent increase in Faraday yield by direct intervention on the electrolyte.
Ce procédé consiste à ajouter à l'acide chlorhydrique utilisé pour le maintien du pH optimum, de l'acide phosphorique à raison de 1 à 2 kg d'acide phosphorique à 85% par tonne de chlorate de sodium fabriquée. This process consists in adding to the hydrochloric acid used to maintain the optimum pH, phosphoric acid at a rate of 1 to 2 kg of 85% phosphoric acid per tonne of sodium chlorate produced.
L'augmentation du rendement dépend du rendement de l'électrolyte, de la technologie de cellule et des conditions opératoires utilisées. The increase in yield depends on the yield of the electrolyte, the cell technology and the operating conditions used.
Les exemples suivants illustrent le procédé suivant l'invention. The following examples illustrate the process according to the invention.
Exemple 1 Example 1
1) On effectue une électrolyse suivant le mode opératoire classique dans une cellule industrielle de 35 000 A équipée d'anodes en titane avec un revêtement à base de bioxyde de ruthénium. La cellule est alimentée par une solution de composition suivante: 1) Electrolysis is carried out according to the conventional operating mode in an industrial cell of 35,000 A equipped with titanium anodes with a coating based on ruthenium dioxide. The cell is supplied with a solution of the following composition:
NaClg/1 210 NaClg / 1,210
NaC103 g/1 325 bichromate g/1 7 NaClOg/1 0,3 NaC103 g / 1,325 bichromate g / 1 7 NaClOg / 1 0.3
Ca+Mgmg/1 35 Fe, Co, Ni mg/1 2 le débit d'alimentation est de 1201/h. Ca + Mgmg / 1 35 Fe, Co, Ni mg / 1 2 the feed rate is 1201 / h.
3 3
641841 641841
On ajoute en continu 550 ml d'HCl 33% dans la cellule. La cellule travaille avec une densité de courant de 2000 A/m2 à 70 °C. Le pH est de 6,3 550 ml of 33% HCl are continuously added to the cell. The cell works with a current density of 2000 A / m2 at 70 ° C. The pH is 6.3
La composition de la solution sortant de la cellule est: NaClg/1 110 The composition of the solution leaving the cell is: NaClg / 1110
NaC103 g/1 520 bichromate g/1 7 NaClOg/1 1,5 NaC103 g / 1,520 bichromate g / 1 7 NaClOg / 1 1,5
Ca + Mgmg/1 15 Fe, Co, Ni mg/1 2 Ca + Mgmg / 1 15 Fe, Co, Ni mg / 1 2
les gaz formés lors de Pélectrolyse ont la composition suivante the gases formed during electrolysis have the following composition
H2 96,7% H2 96.7%
02 2,9% 02 2.9%
Cl2 0,4% Cl2 0.4%
le rendement FARADAY est égal à 92,7% the FARADAY yield is equal to 92.7%
2) dans les mêmes conditions opératoires et selon le procédé de la présente invention, on ajoute à l'acide chlorhydrique un débit continu de 220 ml d'H3P04 d'origine thermique à 10%. La composition des gaz formés est alors: 2) under the same operating conditions and according to the process of the present invention, a continuous flow rate of 220 ml of H3PO4 of thermal origin at 10% is added to the hydrochloric acid. The composition of the gases formed is then:
s H2 97,6% s H2 97.6%
02 2% 02 2%
Cl2 0,4% Cl2 0.4%
et le rendement FARADAY atteint 94,5%. and the FARADAY yield reaches 94.5%.
io On constate donc une amélioration du rendement de 1,8%. io There is therefore an improvement in yield of 1.8%.
Exemple 2 Example 2
Dans les mêmes conditions opératoires d'électrolyse que 15 dans l'exemple 1, on ajoute de l'acide phosphorique à 10% obtenu par voie humide, à une teneur de 0,15 g d'acide par litre d'électrolyte. Under the same electrolysis operating conditions as in Example 1, 10% phosphoric acid obtained by the wet method is added, at a content of 0.15 g of acid per liter of electrolyte.
Le taux d'oxygène dans les gaz est abaissé de 0,3%, ce qui fait passer le rendement FARADAY de 92,72% à 93,32%. The oxygen level in the gases is lowered by 0.3%, which brings the FARADAY yield from 92.72% to 93.32%.
C VS
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