DD298665A5 - Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen herstellung von gut filtrierbarem, reinem mg(oh) tief 2, chlor und wasserstoff aus mgcl tief 2-haltigen loesungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen Herstellung von gut filtrierbarem, reinem Mg(OH)2; Chlor und Wasserstoff aus MgCl2-haltigen Loesungen. Das so erzeugte Mg(OH)2 ist gut filtrierfaehig und nach einem Waschprozesz sehr rein und kann als Fuellstoff verwendet werden. Es kann weiterhin nach bekannten Calcinations- bzw. Sinterverfahren zu hochwertigem MgO-Kaustern bzw. -Sintern aufgearbeitet werden. Das entstehende Chlor hat die aus der Chloralkalielektrolyse bekannte Reinheit. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein moeglichst einfaches und oekonomisch guenstiges Verfahren zur Herstellung von Mg(OH)2 zu entwickeln, welches es gestattet, in einer kontinuierlich zu betreibenden Elektrolysezelle ein gut filtrierfaehiges Mg(OH)2 herzustellen, welches sich leicht aus der Zelle entfernen laeszt und bei dem keine Verkrustung der Katode auftritt. Erfindungsgemaesz wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dasz in einer Diaphragmazelle mit getrennten Anolyt- und Katolytdurchlauf die Elektrolyse so durchgefuehrt wird, dasz dem Anodenraum eine nahezu gesaettigte Alkalichloridloesung zugefuehrt wird und dem Kathodenraum eine Mg2-Ionen-haltige Loesung, insbesondere eine Mg2-Ionen-haltige Alkalichloridloesung, zugegeben wird, die Carbonat-Ionen in Form loeslicher Salze mit Gehalten 1,5 g CO32/l enthaelt, dasz ein Verhaeltnis der Stromstaerke zum Katodenraumvolumen von 18 kA/m3 nicht unterschritten werden darf und dasz die Elektrolysebedingungen so eingestellt werden, dasz sich eine Truebedichte von 20-150 g Mg(OH)2/l einstellt, wobei der MgCl2-Gehalt der zugefuehrten Loesung auf einen beliebigen Wert abgereichert werden kann.{Magnesiumhydroxid; Chlor; Wasserstoff; Elektrolyse; Diaphragmazelle; MgCl2-haltige Loesungen; getrennter Anolyt- und Katolytdurchlauf}
Description
t =
Χ·10"3·Α mit
Vk j
wobei '
Ä - ElektrochemischesÄquivalentfürMg(OH)2(0,01862mol/Ah)
X - Verhältnis Stromstärke zu Katodenraumvolumen (A/m3)
VK - Katodenraumvolumen (m3)
t - mittlere Verweilzeit (h)
ν - StrömungsgeschwindigkeitderKatolyteingangslösunglmVh)
A - Fläche der Katode (m2)
I - Stromstärke (A)
j - katodische Stromdichte (A/m2)
C2 - MgCla-KonzentrationderEingangskatolytlösunglmol/l)
c, - MgC^-KonzentrationderAbgangskstolytlösunglmol/l)
bedeuten.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid, Chlor und Wasserstoff durch Elektrolyse wäßriger MgCI2-haltiger Lösungen. Das so erzeugte Mg(OH)2 ist gut filtrierfähig und nach einem Waschprozeß sehr rein und kann als Füllstoff verwendet werden. Es kann weiterhin nach bekannten Calcinations- bzw. Sinterverfahren zu hochwertigem MgO-Kaustern bzw. -Sintern aufgearbeitet werden. Das entstehende Chlor hat die aus der Chloralkalielektrolyse bekannte Reinheit.
Die Herstellung von Magnesiumhydroxid durch Elektrolyse wäßriger MgCI2-haltiger Lösungen wird im Weltmaßstab noch nicht durchgeführt. Die bisher vorgeschlagenen Verfahrensvarianten sehen hauptsächlich Zellen vor, bei denen der Anoden- und der Katodenraum durch ein Trennsystem getrennt wird. Als Trennsysteme werden keramische Diaphragmen (DT 719169), Asbestdiaphragmen (DD 60295) und ionenpermeable Diaphragmen (DE 975165, DD G2819) vorgeschlagen. Vorschläge ohne Trennmedium (DT 275617, DT 297874, DE 1010954, DE 2023751) können technisch als nicht realisierbar angesehen werden. In den meisten Verfahrensvorschlägen (DT 719169, DD 60 295) wird bei diskontinuierlicher Arbeitsweise die Elektrolyse durchgeführt. Diskontinuierlich arbeitende Reaktoren sind jedoch technisch ohne Bedeutung. Die Tatsache, daß weltweit die Elektrolyse von MgCI2-Lösungen technisch nicht realisiert wurde, dürfte vor allem dadurch begründet sein, daß es bisher nicht gelang, die mit dem auftretenden Feststoff in den Katodenräumen zusammenhängenden
Probleme sicher zu beherrschen und zuverlässig reines Mg(OH)] In gut filtrierfähiger und damit auswaschbarer Form herzustellen. Die durch den Feststoff auftretenden Probleme bestehen vor allem darin, daß die Katode mit Mg(OH)2 bedeckt wird und der Austrag des hochvoluminösen Hydroxides mit Schwierigkeiten verbunden ist. Um die Katodenverkrustung zu vermeiden, werden in der Literatur folgende Maßnahmen vorgeschlagen:
- hohe katodische Stromdichten (DD 60295)
- rüttelbare Katoden (DE 2060066)
- Zusatz von Alkalichloriden zur MgCI2-Lösung (DE 2060066).
Damit Ist aber noch nicht das Problem der Filtration der Mg(OH)2-Suspension gelöst.
In den Patenten DT 719169 und DD 60295 wird vorgeschlagen, dem Katolyten Magnesiumsulfat und/oder Formaldehyd zuzusetzen, um das Filtrationsverhalten der Mg(OH)2-Suspensionen zu verbessern. Der Einsatz dieser Stoffe führt zu einer Erhöhung der Kosten, belastet den Elektrolytkreislauf, so daß bei der Weiterverarbeitung des Filtrats Störungen auftreten könnten, beeinflußt den Anodenprozeß und verunreinigt den Feststoff.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist os, die Qualität vom elektrochemisch hergestelltem Mg(OH)2 ohne zusätzliche Reinigungs- und Verfahrensstufen zu verbessern und damit gleichzeitig den Aufwand zu dessen Herstellung zu senken.
Darlegung des Wesens Her Erfindung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches und ökonomisch günstiges Verfahren zur Herstellung von Mg(OH)2 zu entwickeln, welches es gestattet, in einer kontinuierlich zu betreibenden Elektrolysezelle ein gut filtrierfähiges Mg(OH)2 herzustellen, welches sicn leicht aus der Zelle entfernen läßt und bei dem keine Verkrustung der Katode auftritt.
erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Diaphragmazelle mit getrennten Anolyt- und KaicMdurchlauf die Elektrolyse so durchgeführt wird, daß dem Anodenraum eine nahezu gesättigte Alkalichloridlösung zugflfünrt wird und dem Katodenrrum eine Mg2+-lonenhaltige Lösung, insbesondere eine Mg2+-lonenhaltige Alkalichloridlösung, zugegeben wird, die Carbonat-Ionen in Form löslicher Salze mit Gehalten > 1,5g CO3 2~/I enthält, daß ein Verhältnis der Stromstärke zum Katodenraumvolumen von 18kA/m3 nicht unterschritten werden darf und daß die Elektrolysebedingungen so eingestellt werden, daß sich eine Trübedichte von 20-15Og Mg(OH)2/! einstellt, wobei der MgCI2-Gehalt der zugeführten Lösung auf einen beliebigen Wert abgereichert werden kann.
Die Carbnnat-Ionen im Katolyton bewirken eine Verbesserung der Filtration der Mg(OH)2-Suspension. Als besonders geeignet erweisen sich Ammoniumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat und Kaliumcarbonat.
Als besonders geeignete Elektrolyseparameter erweisen sich katodische Stromdichten von 2000-5000A/m2. Bei gegebenem Katodenraumvolumen können nach folgender Gleichung die Strömungsgeschwindigkeit der Katolytelngangslösung sowie die Fläche der Katode berechnet und danach die Elektrolysezelle ausgelegt werden:
ν Χ·10"3·Α
Ä - ElektrochemischesÄquivalentfürMg(OH)2(C,01862mol/Ah)
X - Verhältnis Stromstärke zu Katodenraumvolumen (A/m3)
VK - Katodenraumvolumen (m3)
t - mittlere Verweilzeit (h)
ν - Strömungsgeschwindigkeit der Katolyteingaiigslösung(m3/h)
A - Fläche der Katode (m2)
I - Stromstärke (A)
j - katodische Stromdichte (A/m2)
C2 - MgClj-KonzentrationderEingangskatolytlösunglmol/l)
Ct - MgCU-KonzentrationderAbgangskatolytlösungtmol/l)
bedeuten.
Als Katoden eignen sich besonders gut perforierte Katoden, wie Lochkatoden, Streckmetallkatoden oder Jalousiekatoden aus Nickel oder Eisen.
lonenaustauschermembranen mit relativ schlechter Selektivität verwendet werden. Als Anolyt werden vorteilhafterweisenahezu gesättigte NaCI- und/oder KCI-Lösungen verwendet, er muß jedoch bei Anwendung dieser lonenaustauschmembranenentsprechend arm an Erdalkali-Ionen sein. Werden PTFE- bzw. Asbestdiaphragmen verwendet, kann der Anolyt Erdalkali-Ionenenthalten.
weiterer Vorteil besteht darin, daß als Katolyt Lösungen verwendet werden können, deren hoher MgCI2-Gehalt soweitabgereichert werden kann, daß diese Lösungen nach Entfernung des Feststoffes beispielsweise im Carnallitverarbeitungsprozeßzum Zersetzen des Carnallites dienen können.
dagegen an Alkalichloriden. Der Anolyt kann nach bekannten Verfahren der Entchlorung gegebenenfalls aufkonzentriert und im
wurden bei Verwendung von Streckmetallanoden aus Platin/Iridium-beschichteten Titanium erhalten.
mit einem mikroporösen PTFE-Diaphragma abgetrennt. Das Diaphragma wurde im Institut der Technologie der Polymere der
eine Platin/Iridium-beschichtete Streckmetallanode aus Titanium (Fläche = 4OcJTi2) und eine Lochkatode aus Nickel mit einer
die bei der Kristallisation von künstlichem Carnallit anfällt. Bei einer MgClj-Konzentration von 3,5mol/l, einer KCI-Konzentration2,3mol/j und einer NaCI-Konzentration von 0,4mol/l ergab sich nach Gleichung (1) eine Strömungsgeschwindigkeit von1,24 · 10~4m3/h bei einer geplanten MgCI2-Abreicherung von 1,5mol/l. Die Elektrolysetemperatur betrug 90°C und als
5 · g CO3 2"/I resultierte. Die Strömungsgeschwindigkeit des Anolyten betrug 2 10~4 mVh. An Schlauchpumpen vom Typ„Peristaltic Miniflow 304" wurden diese Geschwindigkeiten eingestellt.
aufwies. Der KCI-Gehalt des Filtrates betrug ca. 3,2mol/l, der NaCI-Gehalt betrug 0,35mol/l. Diese Lösung kann zum Beispiel als
wurde, wieder mit KCI aufkonzentriert und im Kreislauf geführt, oder ein Teil als Decklösung, als Zersetzerlösung für Carnallitoder an anderer Stelle der Kalisalzverarbeitung eingesetzt werden.
filtriert.
(„Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden, Teil 3": I.Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1985,
zweimal in Wasser suspendiert und filtriert wurde. Die Gesamtwaschwassermengo betrug ca. 8l/kg Mg(OH)2.
Claims (5)
1. Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen Herstellung von gut filtrierbarem, reinem Mg(OH)2, Chlor und Wasserstoff aus MgCI2-haltigen Lösungen in einer Diaphragmazelle mit getrenntem Anolyt- und Katolytkreislauf, wobei das Mg(OH)2 aus der den Katodenraum verlassenden Suspension abgetrennt, gegebenenfalls gewaschen und getrocknet wird, gekennzeichnet dadurch, daß dem Anodenraum eine Alkalichloridlösung zugeführt und dem Katodenraum eine Mg2+-lonenhaltige Alkalichloridlösung zugegeben wird, der soviel Carbonatlonen in Form löslicher Salze zugesetzt sind, daß der CO3 2~-Gehalt > 1,5g/l Katolytlösung beträgt, daß ein Verhältnis von Stromstärke und Katodenraumvolumen von 18kA/m3 nicht unterschritten werden darf und die Elektrolysebedingungen so eingestellt werden, daß sich eine Trübedichte im Katolyten von 20-15Og Mg(OH)2/! einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Anodenraum zugeführte Alkalichloridlösung eine nahezu gesättigte NaCI und/oder KCI enthaltende Lösung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Katolyt Lösungen verwendet werden, die im Carnalliverarbeitungsprozeß anfallen und neben MgCI2, NaCI und KCI enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß dem Katolyten NH4HCO3, (NH4J2CO3, NaHCO3, Na2CO3, KHCO3 und/oder K2CO3 mit einem Mindestgehalt von 1,5g CO3 2"/! zugesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit einer katodischen Stromdichte von 2000-5000 A/m2 gearbeitet wird und die MgCI2-Abreicherung im Katodenraum nicht mehr als 1,5mol beträgt und bei gegebenem Katodenraumvolumen folgende Gleichungen erfüllt sind:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD33255089A DD298665A5 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen herstellung von gut filtrierbarem, reinem mg(oh) tief 2, chlor und wasserstoff aus mgcl tief 2-haltigen loesungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD33255089A DD298665A5 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen herstellung von gut filtrierbarem, reinem mg(oh) tief 2, chlor und wasserstoff aus mgcl tief 2-haltigen loesungen |
Publications (1)
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DD298665A5 true DD298665A5 (de) | 1992-03-05 |
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Family Applications (1)
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DD33255089A DD298665A5 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Verfahren zur kontinuierlichen elektrochemischen herstellung von gut filtrierbarem, reinem mg(oh) tief 2, chlor und wasserstoff aus mgcl tief 2-haltigen loesungen |
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1989
- 1989-09-12 DD DD33255089A patent/DD298665A5/de not_active IP Right Cessation
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