DE3001191A1 - Verfahren zur elektrolytischen herstellung von natriumchlorat mit verbesserter faraday-ausbeute - Google Patents
Verfahren zur elektrolytischen herstellung von natriumchlorat mit verbesserter faraday-ausbeuteInfo
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 - 2 -
Beschreibung :
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.
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 reagi'ert mit Wasser nach
der folgenden Gleichung:
3 HClO 3 H+ +3 CIO" (3)
und das gebildete Hypochlorit setzt sich nach der folgenden Reaktion in Chlorat um:
030029/089 U
2 HClO + C1O~ > ClO3 + 2 H+ + 2 Cl (5)
Gleichzeitig findet eine elektrochemische Bildung von Chlorat aus Hypochloritionen nach der folgenden Gleichung statt:
6 Clo" + 3 H9O * 2 ClO-" + 4 Cl" + 6 H+ + 3 0„ + 6 e~ (6)
Δ J 2 2.
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 Kathode 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:
CIO" + 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 1o g/l des Elektrolyten unterdrückt.
Ein ariderer 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
CIO" + H+ H ClO
HClO + H+ + Cl" Cl2 + H2O
030029/0894
-A-
ein bestimmter Dampfdruck 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 Chlorats und diese Reaktion wird begünstigt durch einen gegebenen pH-Wert,
der zwischen 6 und 6,5 variabel ist, wobei der optimale Wert von der Betriebstemperatur abhängt. 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 7oo
NaCl g/l 32o bis 12o Na-bichromat g/l 2 bis 1o Betriebstemperatur 55 bis 85 C
Betriebs-pH 6 bis 6,5 erhalten durch
Zugabe von 25 bis 4o kg 33 %iger HCl pro Tonne herzustellendes
NaClO.,
Stromdichte A/m2 15oo bis 6ooo Anoden Titanträger mit Pt/Ir oder
RuO2-BeSchichtung
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hat das entweichende Gas die folgende Zusammensetzung:
H2 96 % O2 3,5 %
Cl2 o,2 bis o,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.
Die Anmelderin hat ein Verfahren ausgearbeitet, 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 Chlorwasserstoffsäure
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.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren erläutern, aber nicht beschränken.
1. Man führt eine Elektrolyse nach dem klassischen Betriebsverfahren
in einerindustriellenZelle von 35ooo Ampere aus,
die mit Titananoden mit einer Beschichtung auf Basis von
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Rutheniumdioxid versehen ist. Die Zelle wird mit einer Lösung der folgenden Zusammensetzung beschickt:
| NaCl | g/i | 21o |
| NaClO3 | g/i | 325 |
| Bichromat | g/i | 7 |
| NaClO | g/i | o,3 |
| Ca + Mg | mg/1 | 35 |
| Fe, Co, Ni | mg/1 | 2 |
Die Beschickungsmenge beträgt 12o l/h.
Man gibt der Zelle kontinuierlich 55o ml 33 %iger HCl zu.
2 Die Zelle arbeitet mit einer Stromdichte von 2ooo Ampere/m
bei 7oQC. Der pH-Wert beträgt 6,3.
Die Zusammensetzung der aus der Zelle ausgetretenen Lösung ist:
| NaCl | g/i | 11o |
| NaClO3 | g/i | 52o |
| Bichromat | g/i | 7 |
| NaClO | g/i | 1,5 |
| Ca + Mg | mg/1 | 15 |
| Fe, Co, Ni | mg/1 | 2 |
Das während der Elektrolyse gebildete <3as hat die folgende
Zusammensetzung;
H2 96,7 % O2 2,9 %
Cl2 o,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 22o ml H3PO4 thermischen
Ursprungs von 1o % hinzu.
Die Zusammensetzung des gebildeten Gases ist dann;
H2 . 97,6 % O2 2 %
Cl2 o,4 %
und die Faraday-Ausbeute erreicht 94,5 %.
Die Ausbeute wird demnach um 1,8 Prozentpunkte verbessert.
Unter den gleichen Elektrolysebetriebsbedingungen wie in Beispiel 1 gibt man 1ö %ige Phosphorsäure, die auf nassem
Reaktionswege erhalten wurde bis zu einem Gehalt von o,15 g Säure pro Liter Elektrolyt hinzu. Der Sauerstoffgehalt
im Gas wird um o,3 % vermindert und dadurch die Faraday-Ausbeute von 92,72 % auf 93,32 % erhöht.
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Claims (1)
- PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90Köln, den 13. Dezember 1979 1o9Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, Tour Manhattan, La Defense 2, 5 & 6 Place de l'Iris, 924oo Courbevoie (Frankreich)Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von- Natriumchlorat mit verbesserter Faraday-AusbeutePatentanspruch :Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Natriumchlorat mit verbesserter Ausbeute an metallischen Anoden, die mit Platin-Iridium oder Rutheniumoxid beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß man der zur Aufrechterhaltung eines optimalen Betriebs-pH-Wertes verwendeten Chlorwasserstoffsäure 1 bis 2 kg 85 %iger Phosphorsäure pro Tonne des herzustellenden Natriumchlorats zusetzt.0300 2 9/0894
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Non-Patent Citations (1)
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