DD148523A5 - Verfahren zur elektrolytischen herstellung von natriumchlorat - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist die Faraday-Ausbeute zu verbessern. Erfindungsgemaesz wird das Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Natriumchlorat mit verbesserter Ausbeute an metallischen Anoden, die mit Platin-Iridium oder Rutheniumoxid beschichtet sind, in der Weise ausgefuehrt, dasz man der zur Aufrechterhaltung eines optimalen Betriebs-pH-Wertes verwendeten Chlorwasserstoffsaeure 1 bis 2 kg 85 %ige Phosphorsaeure pro Tonne des herzustellenden Natriumchlorat setzt.

Description

Berlin, den 2» 6. 1980 AP C 25 B/218 421 GZ 56 774 12

Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Natriumchlorat

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Herstellung von Natriumchlorat durch Elektrolyse und insbesondere ein Verfahren zur Verbesserung der Faraday-Ausbeute für den Fall, daß man Elektrolysezellen verwendet, die mit Titananoden ausgerüstet sind, die mit einer elektroaktiven Schicht, wie beispielsweise Platin-Iridium oder Rutheniumoxid, beschichtet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die elektrolytische Herstellung von Natriumchlorat wird im wesentlichen durch Elektrolyse einer Natriumchloridlösung bewirkt«

Die Reaktionen an den Elektroden sind die folgenden: An der Anode bildet sich Chlor nach der folgenden Gleichung: 6 Cl" 3 Cl₂ + 6 e" (1) ;

das an der Anode gebildete Chlor reagiert mit Wasser nach der folgenden Gleichung:

3 Cl₂ + 3 H₂O 3 H⁺ + 3 Cl" + 3 HClO (2) ^{3 HC3LO} — " ' ^{> 3 H+ + 3 Cl0}°

^{3 H}2° " -¹^ 3 OH" + 3 H⁺ (4),

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und das gebildete Hypochlorit setzt sich nach der folgenden Reaktion in Chlorat uras

2 HClO + ClO" * ^cl03~ + 2 H⁺ + 2 Cl"* (5).

Gleichzeitig findet eine elektrochemische Bildung von Chlorat aus Hypochloritionen nach der folgenden Gleichung statt:

6 ClO" + 3 H₂O » 2 ClO₃" + 4 Cl" + 6 H⁺ + 3 O₂ + 6 e"

² (6)·

Diese Reaktion ist für das Freiwerden von Sauerstoff, das man während der Elektrolyse beobachtet, verantwortlich, wobei diese Freisetzung der wesentliche Grund für eine Verminderung der Faraday-Ausbeute ist.

An der Katode bildet sich Wasserstoff nach der folgenden Gleichung:

6 H⁺ + 6 e" » 3 H₂ (7).

Das in der Zelle gebildete Hypochlorit kann durch Wasserstoff nach der folgenden Gleichung reduziert werden:

ClO" + H₂ ) Cl" + H₂O (8).

Diese Nebenreaktion (8), die ebenfalls die Faraday-Ausbeute vermindert, wird gewöhnlich durch Zusatz von Natriumbichromat in einer Menge von 2 bis 10 g/l des Elektrolyten unterdrückt«

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Ein anderer Grund für die Verminderung der Faraday-Ausbeute liegt darin, daß das an der Anode gebildete Chlor direkt aus der Zelle entweichen kann, ohne absorbiert zu werden, da infolge des Gleichgewichts

ClO" + H⁺ H ClO

HClO + H⁺ + Cl" Cl₀ + H₉O

ein bestimmter Datapfdruck an Chlor über der Lösung vorhanden ist und das Chlor deshalb aus der gesamten Oberfläche der Flüssigkeit entweichen kann«

Die Reaktion (5) ist wesentlich für die Erzeugung des ChIorats, und diese Reaktion wird begünstigt durch einen gegebenen pH-Wert, der zwischen 6 und 6,5 variabel ist, wobei öer optimale Wert von der Betriebstemperatur abhängte Um diesen optimalen pH-Wert aufrecht zu erhalten, fügt man daher dem Elektrolyten eine Säurelösung zu, im allgemeinen Chlorwasserstoffsäure, was zum anderen erlaubt, die eventuellen Verluste an Chlor zu kompensieren.

Diese Zugabe erfolgt nach den klassischen Verfahrensweisen -entweder in der Beschickungslösung der Zelle

- oder direkt in die Zelle

- oder nach beiden Verfahrensweisen gleichzeitig,

und sie ist im allgemeinen infolge einer pH-Wert-Regulierung automatisiert·

Unter den gewöhnlich anzutreffenden Betriebsbedingungen

NaClO₃ g/l O bis 700 NaCl g/l 320 bis 120

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Na-bichromat g/l Betriebstemperatur Betriebs-pH

85 ⁰C

Stromdichte Anoden

A/m2

2 bis 10 bis 6 bis 6,5 erhalten durch Zugabe von bis 40 kg 33%iger HCl pro Tonne herzustellendes NaClO₃ 1500 bis 6000 Titanträger mit Pt/Ir oder RuOp-Beschichtung

hat das entweichende Gas die folgende Zusammensetzung:

H₂°2 Cl,

96 %

3.5 % 0,2 bis 0,5 %

und die Faraday-Ausbeute liegt oberhalb 92 %»

Man hat versucht, diese Ausbeute zu verbessern. Verschiedene Lösungen wurden bereits vorgeschlagen, die alle darauf hinaus laufen, die Anodenbeschichtungen zu verbessern, wie z« B. der FR-PS 2 187 416 zu entnehmen ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur elektrolytischen Herstellung von Natriumchlorat mit verbesserter Faraday-Ausbeute.

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Darlegung des WeSBnS ₁ der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Faraday-Ausbeute durch direkte Einwirkung auf den Elektrolyten zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, das eine Verbesserung der Faraday-Ausbeute um 1 bis 3 % durch direkte Einwirkung auf den Elektrolyten erlaubt.

Dieses Verfahren besteht darin, daß man der zur Aufrechterhaltung des optimalen pH-Wertes verwendeten Chlorwasseretoffsäure 85%ige Phosphorsäure in einer Menge von 1 bis 2 kg/Tonne des herzustellenden Natriumchlorats hinzufügt.

Die Verbesserung der Ausbeute ist abhängig von der Ausbeute des Elektrolyten, der Technologie der Zelle und den verwendeten Betriebsbedingungen.

Ausführungsbeispiel

Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren erläutern, aber nicht beschränken:

Beispiel 1

1. Man führt eine Elektrolyse nach dem klassischen Betriebsverfahren in einer industriellen Zelle von 35 000 Ampere aus, die mit Titananoden mit einer Beschichtung auf Basis von Rutheniumdioxid versehen ist. Die Zelle wird mit

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einer Lösung der folgenden Zusammensetzung beschickt:

NaCl	g/i	210
NaClO3	g/i	325
Bichromat	g/i	7
NaClO	g/i	0.3
Ca + Mg	rag/l	35
Fe, Co, Ni	mg/1	2.

Die Beschickungsmenge beträgt 120 l/h« Man gibt der Zelle kontinuierlich 550 ml 33%ige HCl zu·

Die Zelle arbeitet mit einer Stromdichte von 2000 Ampere/ ro bei 70 C, Der pH-Wert beträgt 6,3»

Die Zusammensetzung der aus der Zelle ausgetretenen Lösung ist:

NaCl	g/i	110
NaClO3	g/i .	520
Bichromat	g/i	7
NaClO	g/i	1.5
Ca + Mg	mg/1	15
Fe, Co, Ni	rag/l	2 ♦

Das während der Elektrolyse gebildete Gas hat die folgende Zusammensetzung;

H2	96,7
°2	2,9
Ci2	0,4

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Die Faraday-Ausbeute beträgt 92,7 %,

2· Unter den gleichen Betriebsbedingungen und nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung setzt man der Chlorwasserstoff säure kontinuierlich 220 ml H₃PO₄ thermischen Ursprungs von 10 % hinzu·

Die Zusammensetzung des gebildeten Gases ist dann:

H2	97	,6
°2	2
Ci2	O	A

und die Faraday-Ausbeute erreicht 94,5 %„

Die Ausbeute wird demnach um 1,8 Prozentpunkte verbessert,

Beispiel 2

Unter den gleichen Elektrolysebetriebsbedingungen wie in Beispiel 1 gibt man 10%ige Phosphorsäure, die auf nassem Reaktionswege erhalten wurde, bis zu einem Gehalt von 0,15 g Säure pro Liter Elektrolyt hinzu. Der Sauerstoffgehalt im Gas wird um 0,3 % vermindert und dadurch die Faraday-Ausbeute von 92,72 % auf 93,32 % erhöht.

Claims (1)

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   Erfindunqsanspruch

   Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Natriumchlorat mit verbesserter Ausbeute an metallischen Anoden, die mit Platin-Iridium oder Rutheniumoxid beschichtet sind, gekennzeichnet dadurch, daß man der zur Aufrechterhaltung eines optimalen Betriebs-pH-Wertes verwendeten Chlorwasserstoffsäure 1 bis 2 kg 85%ige Phosphorsäure pro Tonne des herzustellenden Natriumchlorats zusetzt·