FI87582C - Foerfarande foer framstaellning av alkalimetallklorat - Google Patents

Description

87582

Menetelmä alkalimetallikloraatin valmistamiseksi - Tämä keksintö koskee menetelmää alkalimetallikloraatin valmistamiseksi alkalimetallikloridia sisältävän elektrolyytin elektrolyysillä. Erityisesti keksintö koskee menetelmää pii-epäpuhtauksien poistamiseksi systeemistä.

Alkalimetallikloraatti ja erityisesti natriumkloraatti on tärkeä kemikaali selluloosateollisuudessa, jossa sitä käytetään raaka-aineena valmistettaessa klooridioksidia, joka on selluloosakuitujen tärkeä valkaisuaine.

Alkalimetallikloraatti tuotetaan alkalimetallikloridin elektrolyysillä elektrolysoimislaitteessa. Menetelmää ajetaan syklissä, jossa ensimmäisessä vaiheessa suolaliuos, joka on alkalimetallikloridin vesiliuos, tuodaan elektrolysoimis-laitteeseen reagoimaan elektrodeilla. Sen jälkeen kun reaktio on tapahtunut reaktioastioissa, suurin osa elektrolyytistä palautetaan elektrolysoimislaitteeseen seuraavaa elektrolyysiä varten. Pienempi osa elektrolyytistä johdetaan ki-teytymisastiaan kloraattikiteiden saostamiseksi. Emäliuos, joka jää kiteytysastiaan, palautetaan myös takaisin elektrolyysiin. Kulutetun alkalimetallikloridin korvaamiseksi lisätään uutta suolaliuosta Käytetyt suolaliuokset ovat konsentroituja ja ne valmistetaan liuoittamalla aikaiimetallikloridi veteen. Nämä suola-: liuokset sisältävät enemmän tai vähemmän epäpuhtauksia ja epäpuhtauksien määrä ja tyyppi riippuvat alkalimetalliraaka-aineesta. Raaka-aineena voidaan käyttää esim. tyhjösuolaa tai vuorisuolaa tai muita alkalimetallikloridiyhdisteitä. Tyypillisesti suolaliuos sisältää merkittäviä määriä kalsiumia, magnesiumia, rautaa ja piitä ja muita epäpuhtauksia.

Prosessissa piin määrää lisäävät myös menetelmässä käytetty vesi ja suodatusapuaineet. Suodatusapuaineet, joita käyte- 2 87582 tään natriumkloraattielektrolyytin suodatuksessa, pääasiassa muodostuvat silikaateista, jotka liukenevat jonkin verran alkaliseen elektrolyyttiin. Niinkin pienien määrien kuin 10-50 ppm piiepäpuhtauksia on todettu olevan ongelma kloraa-tin valmistuksessa. Piikontaminaatio johtaa saostumiin läm-mönvaihtopinnoille, mikä voimakkaasti huonontaa lämmön siirtoa. Piikontaminaatio aiheuttaa myös saostumia elektrodeille aiheuttaen suuremman energian kulutuksen. Molemmat seikat lisäävät tuotantokustannuksia ja vähentävät kloraattitehtaan hyväksikäyttöastetta.

Tämä keksintö, kuten vaatimuksista käy ilmi, tarjoaa nyt keinon puhdistaa sekä alkuperäinen suolaliuos että elektrolyytti piikontaminaatiosta vaatimuksissa esitetyllä tavalla. On osoitettu, että pii voidaan poistaa hyvin suuressa määrin sekä suolaliuoksesta että elektrolyytistä lisäämällä rautaioneja.

Kun rautaioneja lisätään suolaliuokseen tai elektrolyyttiin, rautaionit muodostavat kompleksin piiepäpuhtauden kanssa. Kompleksi saostuu suolaliuoksesta tai elektrolyytistä ja voidaan helposti suodattaa pois.

Rautaionina voidaan käyttää sekä Fe(II)- että Fe(III)-ioneja tai niiden seosta. Kuitenkin Fe(II)-ioni on edullinen, koska se muodostaaa hyvin vahvan liukenemattoman kompleksin Fe2Si04 piikontaminaation kanssa, kun taas Fe(III)-ioni muodostaa heikomman kompleksin.

Rautaioni voidaan lisätä suolan muodossa. Kaikkia rautasuo-... loja, joissa anioni ei häiritse elektrolyysiä, voidan käyt tää. Kuitenkin on edullista käyttää rautaklorideja raudan lähteenä, koska Cl- voidaan käyttää hyväksi elektrolyysime-netelmässä raaka-aineena kloraattituotantoon. Toinen rauta-ionien lisäämistapa elektrolyyttiin on lisätä rautametallia, 3 87582 joka syöpyy elektrolyyttiin ja siten muodostaa Fe2+-ioneja in situ. Yllättäen on havaittu, että rautaionien jäännöspi-toisuus suolaliuoksessa tai elektrolyytissä on aina alhainen, jopa silloinkin, kun käytetään suurta stökiömetristä ylimäärää rautaa. Tämä merkitsee sitä, että puhdistus rau-takloridien tai raudan avulla voidaan suorittaa lisäämättä muita alkuaineita, jotka ovat haitallisia menetelmälle.

Rautasuolaa lisätään niin paljon, että haluttua piin poistuminen aikaansaadaan. On sopivaa käyttää stökiömetristä ylimäärää rautaa. Tällöin raudan suhde piihin voi olla 2:1 -20:1, tai paremminkin 2:1 - 10:1, kaikkein mieluimmin 5:1, ilmoitettuna Fe-mooli/Si-mooli.

Alkalimetallikloridilla tarkoitetaan NaCl:ää ja KCl:ää.

Menetelmä suoritetaan sopivasti siten, että konsentroitu suolaliuos valmistetaan liuottamalla saatavissa oleva suola-raaka-aine veteen. Suolaliuos pumpataan astiaan, jossa sitä pidetään melko lyhyen aikaa. Liuosta sekoitetaan voimakkaasti ja pH säädetään arvoon noin 9. Rautasuolan annostus riippuu liuoksen Si-pitoisuudesta. Sen jälkeen seos siirretään / saostusaltaaseen, jossa sitä pidetään melko pitkän aikaa, 1-20 tuntia tai kauemmin. Kirkas liuos valutetaan tästä al-taasta ja siirretään suodattimen kautta elektrolyysisystee-mi in. Saostusaltaan pohjalla olevaa lietettä pumpataan jatkuvasti tai ajoittain toiselle suodattimena ja erotettu suolaliuos palautetaan ensimmäiseen astiaan tai elektrolyy-sisysteemiin.

Lämpötila puhdistusmenetelmässä on 30-80 °C, mieluimmin 40-60 °C. On osoitettu, että puhdistusteho kasvaa lämpötilan noustessa. Tämä on aivan päinvastoin kuin mitä olisi odottanut, koska kiinteällä faasilla on tavallisesti suurempi liukoisuus korkeammassa lämpötilassa.

4 87582

Periaatteessa elektrolyytin puhdistus suoritetaan samalla tavalla.

On myös osoitettu, että piin puhdistusta edistää kloridi-ionien läsnäolo. Tästä johtuen korkeampi puhdistusaste saavutetaan, jos vesi, joka sisältää alkalimetallikloridia, puhdistetaan piistä kuin jos puhdistetaan saman piipitoisuuden omaava ainoastaan vettä sisältävä liuos. Näin ollen menetelmä on vähemmän sopiva pelkän prosessiveden puhdistukseen .

Tämä menetelmä voidaan erittäin hyvin yhdistää tunnettuihin puhdistusmenetelmiin, joilla poistetaan magnesium- ja kalsi-umkontaminaatiot. Tällöin nämä saostetaan liukenemattomina karbonaatteina lisäämällä natriumkarbonaattia. Menetelmä voidaan myös yhdistää FR-patenttihakemuksen 8701480 mukaiseen puhdistusmenetelmään.

Näin ollen tätä piikontaminaatioiden poistomenetelmää voidaan käyttää mainitun patenttihakemuksen mukaisen puhdistetun suolaliuoslietteen valmistuksessa muodostuneesta kon-sentraatiossa saatavalle emäliuosfaasille.

Piin (Si) pitoisuutta suolaliuoksessa ja elektrolyytis-sä voidaan alentaa yli 90 % :11a tässä esitetyllä menetel-mällä.

Esimerkki 1

Suolaliuos, joka sisältää 300 g/1 NaCl:ää ja 5 mg/l Si:tä (Si-standardi) lisätään astiaan ja sekoitetaan voimakkaasti. pH säädetään arvoon noin 9. FeCl2*4 H20:ta annostellaan määränä, joka vastaa 50 mg/l Fe2+-ioneja (Fe:Si = 5:1). Liuos siirretään saostustankkiin vajaan tunnin kuluttua. Sen jälkeen, kun liuos on ollut saostustankissa 1-20 tuntia, kirkas 5 87582 liuos valutetaan pois ja lisätään elektrolyysisysteemiin. Liuoksen lämpötila oli 40 °C. Koe osoitti, että kirkkaalla liuoksella saostuksen jälkeen oli Si-pitoisuus 0,8 mg/l.

Kun koe toistettiin ja lämpötila pidettiin 60 °C:ssa, Si-pitoisuus puhdistetussa liuoksessa oli 0,1 mg/l.

Täten puhdistusaste oli 84 % 40 eC:ssa ja 98 % 60 °C:ssa.

Sen osoittamiseksi, miten puhdistusaste riippuu lisätyn raudan määrästä, suoritettiin seuraavat kokeet.

Esimerkki 2 5 litraa elektrolyyttiä otettiin elektrolyysikennosta ja pidettiin 50 °C:ssa. Lisättiin 20 mg/l Si-standardia, jolloin Si:n kokonaispitoisuus elektrolyytissä oli 23 mg/l. Näin valmistetusta liuoksesta otettiin viisi näytettä. Yhtä pidettiin standardina. Muihin lisättiin FeCl2*4 I^Orta seuraavis-sa moolisuhteissa: Näyte Fe:Si I 5:1 ; II 10:1 III 20:1 ja näytteeseen IV lisätiin FeCl3*6 H20:ta Fe:Si-moolisuhtees-sa 5:1. Lisäyksen jälkeen pH säädettiin arvoon 9. Näytteitä pidettiin 50 °C:ssa 1,5-2 tuntia, jonka jälkeen ne suodatettiin. Pii ja rauta analysoitiin.

Tulokset:

Rauta-analyysi osoitti, että viidessä näytteessä oli rautaa V. alle 2 mg/l. Piipitoisuus oli seuraava: 6 87582 Näyte mg/l Si standardi 16,6 I 0,4 II 0,3 III 0,15 IV 2,2

Kuten havaitaan piipitoisuuden voimakas alentuminen saavutettiin lisättäessä rauta-ioneja, kun taas pelkän saostuksen ja suodatuksen seurauksena oli vähäinen piipitoisuuden aleneminen .

i

Claims (8)

1. Menetelmä alkalimetallikloraatin tuottamiseksi elektroly-soimislaitteessa alkalimetallikloridin sisältävän elektolyy-tin elektrolyysillä, tunnettu siitä, että piiepä-puhtaudet poistetaan muodostamalla kompleksi rautaionien kanssa ja saostamalla niillä, jolloin rautaionit ovat Fe(II)-ioneja tai Fe(II)- ja Fe(III)-ionien seos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että rautaionit lisätään elektrolyyttiin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että rautaionit lisätään alkalimetallikloridin ves i1luokseen.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että Fe(II) lisätään FeCl2*4H20:n muodossa.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että Fe(II) muodostetaan in situ elektrolyytissä syöpyvästä raudasta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisättyjen rautaionien määrä suhteessa piihin on 2:1 - 20:1 ilmoitettuna Fe-mooli/Si-mooli.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että rautayhdiste lisätään lämpötilassa, joka on 40-60 °C.

7 87582

8. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sakan annetaan laskeutua, jonka jälkeen kirkas liuos valutetaan pois suodattamalla. β 87582