DE2312297C3 - Process for the production of elemental fluorine - Google Patents
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Description
Fluor, dessen industrielle Bedeutung in der jüngsten Vergangenheit erheblich zugenommen hat, wird technisch durch Elektrolyse einer Lösung eines Fluorids in wasserfreiem Fluorwasserstoff dargestellt. Der Zusatz von Fluoriden ist notwendig, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, den Dampfdruck des Fluorwasserstoffs herabsetzen und das Auftreten von sogenannten Anodeneffekten weitgehend zu verhindern. Als Fluoride werden bevorzugt Kaliumfluorid, daneben unter anderem die des Lithiums, Natriums und Ammoniums eingesetzt. An die Rohstoffe für den Elektrolyten werden hohe Reinheitsanforderungen gestellt, beispielsweise bezüglich des Gehaltes an V/asser, Schwefel-, Silicium- und Schwermetallverbindungen. Als obere Grenze für den Wassergehalt wird in der Regel 0,1% für noch zulässig erachtet.Fluorine, its industrial importance in the recent Has increased significantly in the past, is technically made by electrolysis of a solution of a fluoride in anhydrous hydrogen fluoride shown. The addition of fluorides is necessary to increase the conductivity increase, lower the vapor pressure of hydrogen fluoride and the occurrence of so-called anode effects largely to prevent. Potassium fluoride is preferred as fluoride, among other things those of lithium, sodium and ammonium are used. To the raw materials for the electrolyte high purity requirements are made, for example with regard to the content of water, sulfur, Silicon and heavy metal compounds. The upper limit for the water content is usually 0.1% for still considered permissible.
Die Elektrolysezelle ist in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Der Zellentrog besteht meistens aus Stahl oder Monel und dient als Kathode. Am Zellendeckel sind die Anoden elektrisch isoliert befestigt und außerdem in den Elektrolyten hineinragende Elemente zur Trennung des Kathodengasraumes vom Anodengasraum. Die Trennelemente (Schürzen) bestehen üblicherweise aus Monel oder einer Magnesiumlegierung. The electrolytic cell is known in various embodiments. The cell trough mostly exists made of steel or monel and serves as a cathode. The anodes are electrically isolated on the cell cover attached and also protruding into the electrolyte elements for separating the cathode gas space from the anode gas compartment. The separating elements (aprons) usually consist of Monel or a magnesium alloy.
Ein ernsthaftes Problem beim Betrieb der Zellen sind Korrosionserscheinungen, die besonders an den Schürzen auftreten und zur Verunreinigung des Elektrolyten durch gelöstes Schürzenmaterial führen. Wenn die Korrosion bis zur Perforation der Schürzen fortschreitet, tritt der Wasserstoff im Kathodenraum mit dem Fluor im Anodenraurn explosionsartig in Reaktion. Eine häufige Kontrolle der Schürzen ist daher erforderlich. Dazu muß die Zelle außer Betrieb gesetzt und demontiert werden.Corrosion, particularly on the aprons, is a serious problem with the operation of the cells occur and lead to contamination of the electrolyte by dissolved apron material. If the As corrosion progresses to the perforation of the aprons, the hydrogen enters the cathode compartment with the An explosive reaction of fluorine in the anode space. Frequent checks of the aprons are therefore necessary. To do this, the cell must be put out of operation and dismantled.
Bei den Explosionen werden in der Regel die Anoden teilweise zerstört, so daß der Elektrolyt mit Kohlenstoff verunreinigt und dadurch unbrauchbar wird. Bei heftigen Explosionen kommt es vor, daß der Druckanstieg ein Abheben des Zellendeckels zur Folge hat, dadurch tritt heißer Elektrolyt aus den Zellen und stellt eine ernsthafte Gefahr für das Bedienungspersonal dar. Außerdem kann es zu erheblichen Schädigungen der umliegenden Anlageteile kommen.In the explosions, the anodes are usually partially destroyed, leaving the electrolyte with carbon contaminated and thereby useless. With violent explosions it happens that the pressure increase Lifting the cell lid causes hot electrolyte to escape from the cells a serious danger for the operating personnel. It can also cause considerable damage to the surrounding parts of the system.
Die durchschnittliche Lebensdauer der Elektrolysezellen beträgt zwischen 1 und 12 Monaten Retriebszeit (s. A. J. R u d g e in A. T. Kuhn Industr. Electrochemical Processes, Kap. 1, Elsevier Publishing Co, Amsterdam, N ew York, London [1971 ]).The average life of the electrolytic cells is between 1 and 12 months of operation (see A. J. R u d g e in A. T. Kuhn Industr. Electrochemical Processes, chap. 1, Elsevier Publishing Co, Amsterdam, New York, London [1971]).
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß durch Zusatz von Barium- und/oder Strontiumionen zum Elektrolyten die Korrosion weitgehend eingeschränkt werden kann, so daß die Lebensdauer der Zelle ίο um ein Vielfaches erhöht wird.It has now surprisingly been found that by adding barium and / or strontium ions to the electrolyte the corrosion can be largely limited, so that the life of the cell ίο is increased many times over.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur HerstellungThe inventive method for production
von elementarem Fluor durch Elektrolyse eines Gemisches von Fluorwasserstoff mit einem Fluorid ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Barium- und/oder Strontiumionen enthält.of elemental fluorine by electrolysis of a mixture of hydrogen fluoride with a fluoride characterized in that the electrolyte contains barium and / or strontium ions.
Es hat sich gezeigt, daß bereits Mengen von 0,05 bis 0,9%, vorzugsweise 0,10 bis 0,35%, an Barium- und/oder Strontiumionen die Korrosionsrate um einen Faktor von 10 bis 100 verringern.It has been shown that amounts of 0.05 to 0.9%, preferably 0.10 to 0.35%, of barium and / or Strontium ions reduce the corrosion rate by a factor of 10 to 100.
Die Barium- oder Strontiumionen können in Forrr von Barium- oder Strontiumverbindungen, vorzugsweise als Fluorid, zugesetzt werden.The barium or strontium ions can be in the form of barium or strontium compounds, preferably as fluoride.
In einer neuen Elektrolysezelle vom Typ der Allied Chem. Corp., wie sie beispielsweise in K i r k - O t h m e r: Encyclopedia of Chemical Technology 2nd Ed., Vol. 9, S. 513, beschrieben ist, wurde ein Elektrolyt der Zusammensetzung KF-2,0 HF und mit einem Bariumgehalt von 0,15% Bariumionen, die in Form von Bariumfluorid dem Elektrolyten zugesetzt wurden, unter kontinuierlicher Zuführung von Fluorwasserstoff mit einem durchschnittlichen Gehalt an HF von 99,90% und einem durchschnittlichen Wassergehalt von 0,02% unter den, in der oben zitierten Literaturstelle auf S. 514 beschriebenen Betriebsbedingungen über einen Zeitraum entsprechend 26 Betriebsmonaten elektrolysiert. Nach dieser Zeit ergab eine Untersuchung der Elektrolytzusammensetzung einen Gehalt an Magnesium von 0,008%. Auch das Aussehen der Schürzen und der Deckelunterseite ließ darauf schließen, daß praktisch keine Korrosion eingetreten war.In a new electrolysis cell of the Allied Chem. Corp. type, as described, for example, in K i r k - O t h m e r: Encyclopedia of Chemical Technology 2nd Ed., Vol. 9, p. 513, an electrolyte was the Composition KF-2.0 HF and with a barium content of 0.15% barium ions, which are in the form of Barium fluoride were added to the electrolyte, with the continuous supply of hydrogen fluoride with an average HF content of 99.90% and an average water content of 0.02% under the operating conditions described in the above-cited reference on p. 514 over a period of time electrolyzed corresponding to 26 months of operation. After this time, an examination of the Electrolyte composition has a magnesium content of 0.008%. Also the look of the aprons and the underside of the lid indicated that practically no corrosion had occurred.
Werden anstelle von 0,15% Bariumionen 0,12% Strontiumionen in Form von Strontiumfluorid dem Elektrolyten zugesetzt, so konnte ebenfalls nach der angegebenen Betriebszeit praktisch keine Korrosion festgestellt werden.If 0.12% strontium ions in the form of strontium fluoride are used instead of 0.15% barium ions If electrolytes were added, there was also virtually no corrosion after the specified operating time to be established.
Der Versuch wurde unter den gleichen Bedingungen, ebenfalls in einer neuen Elektrolysezelle wiederholt, nur mit der Ausnahme, daß der Elektrolyt keine Bariumoder Strontiumionen enthielt. Nach 2 Monaten Betriebszeil betrug der Magnesiumgehalt des Elektrolyten bereits 0,81% und die Schürzen zeigten sehr starke Korrosionserscheinungen.The experiment was only repeated under the same conditions, also in a new electrolysis cell except that the electrolyte did not contain barium or strontium ions. After 2 months of operation the magnesium content of the electrolyte was already 0.81% and the aprons were very strong Signs of corrosion.
Allein schon anhand des Vergleichs der aus den Schürzen und der Deckelinnenseite stammenden Magnesiumverunreinigungen in den beiden Versuchen läßt sich die beachtliche Verringerung der Korrosion durch die Anwesenheit von Barium- bzw. Strontiumionen im Elektrolyten meßbar feststellen.Already based on the comparison of those from the aprons and the inside of the lid Magnesium impurities in the two experiments can significantly reduce corrosion detectable by the presence of barium or strontium ions in the electrolyte.
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