DE4200444A1 - Stannous chloride recovery by electrolytic redn. of stannic chloride - in aq. acid in cell with cation exchange membrane, used in hydrazine cpds. prodn. - Google Patents
Stannous chloride recovery by electrolytic redn. of stannic chloride - in aq. acid in cell with cation exchange membrane, used in hydrazine cpds. prodn.Info
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Abstract
Description
Monosubstituierte Hydrazine lassen sich durch Reduktion organischer Diazonium salzlösungen herstellen (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie Bd. 10/2 S. 197 ff). Ein bewährtes Verfahren ist die Reduktion mit SnCl2 in stark salzsaurer Lösung, wobei SnCl4 anfällt. Die Entsorgung dieser SnCl4-Lösung bestand bisher in der Ausfällung als Zinn-(IV)-Hydroxid, Glühen des Rückstandes und Reduktion mit Kohlenstoff zu metallischem Zinn, das mit Salzsäure wieder zu SnCl2 umgesetzt wurde.Monosubstituted hydrazines can be prepared by reducing organic diazonium salt solutions (Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry Vol. 10/2 p. 197 ff). A proven method is the reduction with SnCl 2 in a strongly hydrochloric acid solution, whereby SnCl 4 is obtained. The disposal of this SnCl 4 solution has hitherto consisted of precipitation as tin (IV) hydroxide, annealing of the residue and reduction with carbon to metallic tin, which was converted back to SnCl 2 with hydrochloric acid.
Dieses Verfahren hat gravierende Nachteile: Es werden erhebliche Mengen an Na triumhydroxid benötigt; Schwierigkeiten treten bei der Filtration des Zinn-(IV)-hy droxids auf; es ist ein erheblicher Energieaufwand für Trocknung und thermische Reduktion erforderlich. In US 15 97 653 wird beschrieben, Sn-(IV)-haltige Lösun gen elektrolytisch zu reduzieren. Bei diesem Verfahren wird eine Elektrolysezelle mit einem Diaphragma benutzt, das aus Asbest oder einem asbesthaltigen Material besteht. Es ist bekannt, daß Asbest im Einsatz und bei der Aufbereitung Gesund heitsschäden verursacht. Darüber hinaus wurde beobachtet, daß Zinn-(IV)-Lösun gen, sofern sie aus den eingangs beschriebenen Prozessen kommen, bei Einleiten in den Anodenraum, wie es bei US 15 97 653 beschrieben wird, zu sehr übelriechenden Reaktionsprodukten aus den restlichen organischen Verbindungen führen.This method has serious disadvantages: considerable amounts of Na trium hydroxide needed; Difficulties arise in the filtration of the tin (IV) hy droxids on; it is a significant energy expenditure for drying and thermal Reduction required. US 15 97 653 describes Sn- (IV) -containing solution to reduce electrolytically. This process uses an electrolytic cell used with a diaphragm made of asbestos or a material containing asbestos consists. It is known that asbestos in use and in the treatment of healthy damage caused. In addition, tin (IV) solution was observed conditions, provided that they come from the processes described at the outset, when initiated in the anode compartment, as described in US 15 97 653, is very malodorous Lead reaction products from the remaining organic compounds.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Prozeß zur Gewinnung von SnCl2-Lö sungen aus SnCl4-Lösungen unter Benutzung einer Kationenaustauschermembran, die eine Elektrolysezelle in einen Anoden- und in einen Kathodenraum trennt, wobei die SnCl4-Lösung nur durch den Kathodenraum geführt wird. Um die Reduktion bis zum metallischen Zinn zu verhindern, muß eine Restmenge an SnCl4 in Lösung ver bleiben, die aus dem Kathodenraum abgezogen wird. In den Anodenraum der Zelle wird Salzsäure eingeleitet. An der Anode scheidet sich gasförmiges Chlor ab, wäh rend die Protonen durch die Membran in den Kathodenraum diffundieren. Die Elek troden bestehen aus graphitiertem Kohlenstoff, wie sie in der technischen Salzsäu re-Elektrolyse benutzt werden (Ullmannn′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 6 (1984) p. 459 und Winacker-Küchler, Chemische Technologie 2I (1982) 442).The present invention now relates to a process for the production of SnCl 2 solutions from SnCl 4 solutions using a cation exchange membrane which separates an electrolytic cell into an anode and a cathode space, the SnCl 4 solution being passed only through the cathode space . In order to prevent the reduction down to the metallic tin, a residual amount of SnCl 4 must remain in solution, which is withdrawn from the cathode compartment. Hydrochloric acid is introduced into the anode compartment of the cell. Gaseous chlorine is deposited on the anode, while the protons diffuse through the membrane into the cathode compartment. The electrodes consist of graphitized carbon, as used in technical hydrochloric acid electrolysis (Ullmannn's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 6 (1984) p. 459 and Winacker-Küchler, Chemical Technology 2I (1982) 442 ).
Es gelten folgende Reaktionsgleichungen:The following reaction equations apply:
- a) im Anodenraum 2 HCl-2e → Cl2+2 H⊕a) in the anode compartment 2 HCl-2e → Cl 2 +2 H⊕
- b) im Kathodenraum SnCl4+2 H⊕+2e → SnCl2+2 HCl.b) in the cathode compartment SnCl 4 +2 H⊕ + 2e → SnCl 2 +2 HCl.
Die Elektrolyse erfolgt insbesondere bei einer Stromdichte von 0,5 bis 5 kA/m2, vorzugsweise bei 2 bis 3 kA/m2, wobei sich Zellenspannungen in Abhängigkeit vom Gesamtwiderstand der Zelle einstellen; sie liegen bei den nachfolgend beschriebenen Versuchen zwischen 2,3 und 4,4 Volt.The electrolysis takes place in particular at a current density of 0.5 to 5 kA / m 2 , preferably at 2 to 3 kA / m 2 , cell voltages being set as a function of the total resistance of the cell; in the experiments described below, they are between 2.3 and 4.4 volts.
Die Restmenge an Sn4+, die im Katholyt (Lösung im Kathodenraum) bleibt, um die Reduktion zum metallischen Zinn zu verhindern, beträgt in Abhängigkeit von der Stromdichte 0,1 bis 4,5 Gew.-%, wenn von 10 bis 11 gew.-%igen Sn4+-Lösungen ausgegangen wird, wobei bei geringeren Stromdichten die Restmenge an Sn4+ geringer sein kann als bei größeren Stromdichten.The remaining amount of Sn 4+ , which remains in the catholyte (solution in the cathode compartment) in order to prevent the reduction to metallic tin, is 0.1 to 4.5% by weight, depending on the current density, if from 10 to 11% by weight .-% Sn 4+ solutions is assumed, the remaining amount of Sn 4+ may be lower at lower current densities than at higher current densities.
Die Salzsäure im Anodenraum ist vorzugsweise etwa 20 gew.-%ig, da dann maximale Leitfähigkeit gegeben ist.The hydrochloric acid in the anode compartment is preferably about 20% by weight, since then maximum conductivity is given.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß unter Verzicht auf Asbest in hoher Ausbeute eine SnCl2-Lösung erhalten wird, die aufgrund ihrer Reinheit ohne weitere Aufarbeitung wieder in den Reduktionsprozeß eingeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß restliche Sn-(II)-Mengen, wie sie bei der Reduktion organischer Diazoverbindungen verbleiben, anders als nach dem Verfahren gemäß US 15 97 653 nicht unter zusätzlichem Energieaufwand an der Anode oxidiert werden, bevor im Kathodenraum die Reduktion erfolgt. Die Verwendung einer Ionenaustauschermembran, selektiv für Kationen, führt zu höheren Stromausbeuten und vermeidet die Überführung von Chlor in den Katho denraum, wie es nach dem Verfahren der US 15 97 653 erfolgt. Beim erfindungs gemaßen Verfahren wird die Bildung von explosiven Stickstoff-Halogenver bindungen, die im Anodenraum entstehen können, vermieden.The advantages of the process according to the invention are that, without using asbestos, an SnCl 2 solution is obtained in high yield, which, owing to its purity, can be reintroduced into the reduction process without further workup. Another advantage is that, unlike the process according to US Pat. No. 1,597,653, residual amounts of Sn (II), such as remain in the reduction of organic diazo compounds, are not oxidized at the anode with additional expenditure of energy before the reduction in the cathode compartment he follows. The use of an ion exchange membrane, selective for cations, leads to higher current yields and avoids the transfer of chlorine into the cathode chamber, as is done by the process of US 15 97 653. In the method according to the invention, the formation of explosive nitrogen-halogen compounds which can arise in the anode compartment is avoided.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 shows an apparatus for performing the method according to the invention.
- 1) ist ein Vorratsgefäß für wäßrige Salzsäure, die in der angegebenen Weise in den Anodenraum (4) gelangt und im Kreis über das Zwischengefäß (7), das mit einer Heizvorrichtung (9) und einem Kühler (11) versehen ist, geführt wird. Chlorgas wird über die Leitung (13), eventuell entstehender Wasserstoff über die Leitung (14) abgeführt. Beide Produkte können weiter verwendet werden. (15) bezeichnet die Membran, (16) die Kathode und (17) die Anode der Elektrolysezelle.1) is a storage vessel for aqueous hydrochloric acid, which reaches the anode compartment ( 4 ) in the manner indicated and is guided in a circle via the intermediate vessel ( 7 ), which is provided with a heating device ( 9 ) and a cooler ( 11 ). Chlorine gas is removed via line ( 13 ), and any hydrogen that is formed is removed via line ( 14 ). Both products can still be used. ( 15 ) denotes the membrane, ( 16 ) the cathode and ( 17 ) the anode of the electrolytic cell.
- 2) ist ein Vorratsgefäß für eine wäßrige, salzsaure Lösung von SnCl4, die noch ge ringe Mengen SnCl2 und gegebenenfalls geringe Mengen organischer Produkte ent hält. In der angegebenen Weise gelangt diese Lösung in den Kathodenraum (3) der Elektrolysezelle (5). Die elektrolysierte Lösung kann nach Durchlaufen des Zwi schengefäßes (6), das mit einer Heizvorrichtung (8) und einem Kühler (10) versehen ist, wieder in den Kathodenraum (3) geführt oder aber in das Vorratsgefäß (12) zur Aufnahme der Lösung von SnCl2, die noch geringe Mengen SnCl4 und gegebenen falls geringe Mengen organischer Produkte enthält, verbracht werden.2) is a storage vessel for an aqueous, hydrochloric acid solution of SnCl 4 , which still contains small amounts of SnCl 2 and possibly small amounts of organic products. In the manner indicated, this solution enters the cathode compartment ( 3 ) of the electrolytic cell ( 5 ). After passing through the intermediate vessel ( 6 ), which is provided with a heating device ( 8 ) and a cooler ( 10 ), the electrolyzed solution can again be guided into the cathode compartment ( 3 ) or into the storage vessel ( 12 ) for receiving the solution SnCl 2 , which still contains small amounts of SnCl 4 and, if appropriate, small amounts of organic products.
Das beanspruchte Verfahren wird nachfolgend näher beschrieben:The claimed method is described in more detail below:
Eine wäßrige, stark salzsaure Lösung mit Gehalten zwischen 5-25 Gew.-% SnCl4, vorzugsweise 5-15 Gew.-% und einem Restgehalt von 1-15 Gew.-% SnCl2, vorzugs weise 1-5 Gew.-%, wurde nach Abtrennen der organischen Hydrazinverbindung mit Restgehalten dieser Verbindungen in den Kathodenraum der Zelle nach Fig. 1 einge führt. Als Membran kommen Kationenaustauschermembranen infrage, wie sie bei Verfahren zur Chlorgewinnung verwendet werden und von D. Bergner, Chem. Ing. Techn. 54 (1982), 562 beschrieben sind. Insbesondere kommen Membranen aus Polyperfluorethylen, die Sulfonsäuregruppen enthalten, infrage. Solche Membranen sind aus der Salzsäureelektrolyse bekannt. Als Elektroden werden die in der Salz säureelektrolyse verwendeten Graphitelektroden verwendet.An aqueous, strongly hydrochloric acid solution with contents between 5-25% by weight SnCl 4 , preferably 5-15% by weight and a residual content of 1-15% by weight SnCl 2 , preferably 1-5% by weight , was separated after separation of the organic hydrazine compound with residual contents of these compounds into the cathode compartment of the cell according to FIG. 1. Cation exchange membranes, such as are used in processes for chlorine extraction and are described by D. Bergner, Chem. Ing. Techn. 54 (1982), 562, are suitable as membranes. Membranes made of polyperfluoroethylene and containing sulfonic acid groups are particularly suitable. Such membranes are known from hydrochloric acid electrolysis. The graphite electrodes used in the hydrochloric acid electrolysis are used as electrodes.
Eine salzsaure wäßrige Lösung mit 10 Gew.-% Sn4+, ca. 2 Gew.-% Sn2+ und 0,5-1 Gew.-% organischen Bestandteile wird in der Apparatur gemäß Abb. 1 elek trolysiert. Dabei beträgt der Abstand der Elektroden (80 cm2) 20 mm. Als Membran wurde Nafion 430 (DuPont) symmetrisch eingebaut. Tabelle 1 zeigt die Versuchsbe dingungen und Versuchsergebnisse: A hydrochloric acid aqueous solution with 10% by weight of Sn 4+ , approx. 2% by weight of Sn 2+ and 0.5-1% by weight of organic constituents is electrolyzed in the apparatus according to FIG. 1. The distance between the electrodes (80 cm 2 ) is 20 mm. Nafion 430 (DuPont) was installed symmetrically as the membrane. Table 1 shows the test conditions and test results:
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DE19924200444 DE4200444A1 (en) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | Stannous chloride recovery by electrolytic redn. of stannic chloride - in aq. acid in cell with cation exchange membrane, used in hydrazine cpds. prodn. |
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CN102910670A (en) * | 2012-11-21 | 2013-02-06 | 合肥星宇化学有限责任公司 | Method for reducing stannic chloride |
WO2023011520A1 (en) * | 2021-08-06 | 2023-02-09 | 嘉庚创新实验室 | Method and reaction apparatus for electrochemical reduction of tin tetrachloride |
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1992
- 1992-01-10 DE DE19924200444 patent/DE4200444A1/en not_active Withdrawn
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CN102910670A (en) * | 2012-11-21 | 2013-02-06 | 合肥星宇化学有限责任公司 | Method for reducing stannic chloride |
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