FR2691479A1 - Process for the production of alkali metal chlorate and device for its implementation - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane (3) d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin, la solution de chlorure de métal alcalin étant préalablement purifiée par la succession d'étapes suivantes: - électrolyse dans une cellule de type "chlore-soude" (1) d'une saumure de chlorure de métal alcalin pour former d'une part du chlore gazeux, et d'autre part une solution concentrée d'hydroxyde de métal alcalin, - transfert du chlore gazeux et de la solution d'hydroxyde de métal alcalin produits, dans une colonne d'abattage (2), pour les faire réagir l'un sur l'autre, et - récupération de la solution saline ainsi obtenue, pour son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane (3). La présente invention concerne également un dispositif de mise en uvre de ce procédé et un dispositif de purification d'une saumure de chlorure de métal alcalin.The present invention relates to a process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell (3) of an anolyte comprising an alkali metal chloride solution and a catholyte comprising an alkali metal hydroxide solution, the alkali metal chloride solution being purified beforehand by the following succession of steps: - electrolysis in a "chlorine-soda" type cell (1) of an alkali metal chloride brine to form on the one hand chlorine gas, and on the other hand a concentrated solution of alkali metal hydroxide, - transfer of the gaseous chlorine and the solution of alkali metal hydroxide produced, in a knockdown column (2), to make them react the one on the other, and - recovery of the saline solution thus obtained, for its use as an anolyte in the membrane cell (3). The present invention also relates to a device for implementing this method and a device for purifying an alkali metal chloride brine.
Description
I La présente invention concerne un procédé de fabrication de chlorate deThe present invention relates to a process for the production of chlorate
métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane sans alkali metal by electrolysis in a membrane cell without
adjonction de chrome.addition of chromium.
La préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane est décrite en particulier dans les demandes de The preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell is described in particular in the
brevet FR-A-2 638 776 et FR-A-2 655 061. FR-A-2,638,776 and FR-A-2,655,061.
Les cellules à membrane sont généralement constituées de deux compartiments, l'un anodique, l'autre cathodique, séparés par une membrane qui permet le transfert sélectif d'ions d'un compartiment à un Membrane cells generally consist of two compartments, one anodic, the other cathodic, separated by a membrane which allows the selective transfer of ions from a compartment to a compartment.
autre, sous l'action d'un champ électrique. other, under the action of an electric field.
Pour la préparation connue de chlorate de métal alcalin, l'anolyte est constitué par une saumure de sel de chlorure dudit métal alcalin, à laquelle peut être ajoutée, le cas échéant, une quantité déterminée de chlorate du même métal alcalin, le catholyte étant pour sa For the known preparation of alkali metal chlorate, the anolyte is constituted by a salt brine salt of said alkali metal, to which may be added, if appropriate, a determined amount of chlorate of the same alkali metal, the catholyte being for her
part constitué par une solution d'hydroxyde de métal alcalin. part consisting of an alkali metal hydroxide solution.
Ce procédé de préparation de chlorate de métal alcalin présente de nombreux avantages par rapport à la technique antérieure qui nécessitait l'emploi d'additifs coûteux et dangereux pour l'environement, en particulier du chrome hexavalant, chromate ou bichromate de sodium, pour limiter l'influence néfaste de la réduction cathodique des ions hypochlorites This process for the preparation of alkali metal chlorate has many advantages over the prior art which required the use of expensive and environmentally hazardous additives, in particular hexavalant chromium, chromate or sodium dichromate, to limit the harmful effect of cathodic reduction of hypochlorite ions
et/ou chlorates.and / or chlorates.
Néanmoins, et malgré ce net progrès, les cellules à membranes Nevertheless, despite this clear progress, membrane cells
nécessitent l'emploi d'électrolytes particulièrement exempts d'impuretés. require the use of electrolytes particularly free of impurities.
En effet, la saumure de sel de chlorure de métal alcalin qui alimente le compartiment anodique de la cellule, contient de faibles quantités de sels métalliques, particulièrement de sels de métaux alcalino-terreux, de métaux tels que l'aluminium, le cuivre, le manganèse ou le zinc, ou d'impuretés telles que la silice, les sels de sulfate, le brome ou l'iode qui risquent de détériorer ou de colmater la membrane lors de In fact, the salt brine of alkali metal chloride which feeds the anode compartment of the cell, contains small amounts of metal salts, particularly alkaline earth metal salts, metals such as aluminum, copper, nickel, manganese or zinc, or impurities such as silica, sulphate salts, bromine or iodine which may damage or clog the membrane
l'électrolyse.electrolysis.
Il s'avère donc nécessaire de purifier la saumure avant son introduction dans le compartiment anodique de la cellule, de manière à It is therefore necessary to purify the brine before its introduction into the anode compartment of the cell, so as to
abaisser les teneurs en impuretés à des niveaux acceptables. to lower the levels of impurities to acceptable levels.
Si les techniques usuelles de purification des saumures de sels de chlorure, par précipitation et/ou absorption sur résine, permettent d'abaisser les teneurs de certaines impuretés, notamment les sels de calcium et de magnésium, il n'existe pas de procédé industriel permettant de réduire la teneur d'éléments, tels que le silicium, l'aluminium ou While the usual techniques for purifying chloride salt brines, by precipitation and / or absorption on resin, make it possible to lower the levels of certain impurities, in particular the calcium and magnesium salts, there is no industrial process that makes it possible to reduce to reduce the content of elements, such as silicon, aluminum or
d'autres métaux à quelques ppm voire quelques ppb. other metals at a few ppm or even a few ppb.
La présente invention concerne donc un procédé de préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane, d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin, la solution de chlorure de métal alcalin étant obtenue à partir d'une saumure préalablement purifiée de manière à éliminer la quasi totalité des impuretés qui risqueraient de détériorer ou de colmater la membrane lors The present invention thus relates to a process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell, an anolyte comprising an alkali metal chloride solution and a catholyte comprising an alkali metal hydroxide solution, the alkali metal chloride solution being obtained from a brine previously purified so as to eliminate almost all the impurities which could deteriorate or clog the membrane when
de l'électrolyse.electrolysis.
Selon la présente invention, la purification de la saumure est obtenue par la succession d'étapes suivantes: électrolyse dans une cellule de type "chlore-soude" d'une saumure de chlorure de métal alcalin pour former d'une part du chlore gazeux, et d'autre part une solution concentrée d'hydroxyde de métal alcalin, transfert du chlore gazeux et de la solution d'hydroxyde de métal alcalin produits, dans une colonne d'abattage, pour les faire réagir l'un sur l'autre, et récupération de la solution saline ainsi obtenue, pour son According to the present invention, the purification of the brine is obtained by the following succession of steps: electrolysis in a "chlorine-soda" type cell of an alkali metal chloride brine to form on the one hand chlorine gas, and on the other hand a concentrated solution of alkali metal hydroxide, transfer of chlorine gas and alkali metal hydroxide solution produced, in a slaughter column, to react with one another, and recovering the saline solution thus obtained, for its
emploi comme anolyte dans la cellule à membrane. use as anolyte in the membrane cell.
La cellule de type "chlore-soude" employée dans le procédé The "chlorine-soda" type cell used in the process
selon l'invention est de préférence une cellule à membrane. according to the invention is preferably a membrane cell.
Ce type de cellule est bien connu dans l'art antérieur, puisque décrit notamment dans le brevet US-A-4 285 795 ou dans "Ullmann's This type of cell is well known in the prior art, as described in particular in US Pat. No. 4,285,795 or in Ullmann's
Encyclopedia of Industrial Chemistry" ( 5 ème édit, Vol A 6, p 399- 481). Encyclopedia of Industrial Chemistry "(5th ed., Vol A 6, p 399-481).
Les membranes sont des membranes synthétiques échangeuses d'ions, préférentiellement en polymères fluorocarbonés susceptibles de résister à des conditions opératoires drastiques, en particulier à des The membranes are synthetic ion exchange membranes, preferably fluorocarbon polymers capable of withstanding severe operating conditions, in particular
solutions alcalines fortes, à de hautes températures. strong alkaline solutions, at high temperatures.
A ces polymères flurocarbonés sont associés de fonctions acides carboxyliques et/ou sulfoniques, préférentiellement sous la forme d'un sel These flurocarbon polymers are associated with carboxylic and / or sulphonic acid functions, preferably in the form of a salt.
de métal alcalin D'une manière préférentielle, les polymères fluoro- Preferably, the fluorinated polymers are
carbonés sont des polytétrafluoroéthylènes (PTFE) Les membranes employées sont obtenues par extrusion ou laminage du polymère, et The membranes used are obtained by extrusion or rolling of the polymer, and
peuvent être renforcées par des pièces tissées de fibres de PTFE. can be reinforced with woven pieces of PTFE fibers.
Les membranes, développées depuis 1970, ont une sélectivité au moins égale à celle des diaphragmes mais sont beaucoup plus sensibles aux dégradations et aux colmatages dues aux impuretés présentes dans The membranes, developed since 1970, have a selectivity at least equal to that of the diaphragms but are much more sensitive to the degradations and the clogging due to the impurities present in
l'électrolyte.the electrolyte.
De manière à préserver la durée de vie des membranes, dans le procédé selon l'invention, la saumure de chlorure de métal alcalin est généralement prépurifiée par des méthodes classiques de précipitation In order to preserve the life of the membranes, in the process according to the invention, the alkali metal chloride brine is generally pre-purified by conventional precipitation methods.
et/ou d'adsorption sur résines.and / or adsorption on resins.
La saumure de métal alcalin employée comme anolyte dans la cellule de type "chlore-soude" comprend de préférence entre 170 et 315 g/l The alkali metal brine used as anolyte in the "chlorine-soda" type cell preferably comprises between 170 and 315 g / l.
de chlorure de métal alcalin, de préférence entre 290 et 310 g/I. alkali metal chloride, preferably between 290 and 310 g / l.
Par ailleurs, cette saumure est employée de préférence à un p H Moreover, this brine is used in preference to a p H
compris entre 2 et 7, avantageusement entre 2,5 et 4,5. between 2 and 7, advantageously between 2.5 and 4.5.
La réaction globale effectuée dans la cellule électrolyse de type "chlore-soude" peut se résumer par l'équation A suivante: (A) 2 Me Ci + 2 H 2 2 2 Me OH + C 12 +H 2 The overall reaction carried out in the "chlorine-soda" type electrolysis cell can be summarized by the following equation A: (A) 2 Me Ci + 2 H 2 2 2 Me OH + C 12 + H 2
avec Me représentant un métal alcalin. with Me representing an alkali metal.
Cette réaction met en jeu le transfert de deux électrons pour This reaction involves the transfer of two electrons to
deux molécules de chlorures de métal alcalins impliquées. two molecules of alkali metal chlorides involved.
Au cours de l'électrolyse, le chlore gazeux est produit dans le compartiment anodique ( 2 C 1 C 12 + 2 e-), et l'hydrogène gazeux dans le During the electrolysis, the chlorine gas is produced in the anode compartment (2 C 1 C 12 + 2 e-), and the hydrogen gas in the
compartiment cathodique ( 2 H 20 + 2 e 20 H-+H 2). cathode compartment (2 H 20 + 2 e 20 H- + H 2).
Dans le même temps, sous l'action du champ électrique, les deux ions de métal alcalin correspondant au chlore généré sont transférés au travers de la membrane, du compartiment anodique vers le compartiment cathodique de la cellule de type "chlore-soude" pour équilibrer la charge At the same time, under the action of the electric field, the two alkali metal ions corresponding to the generated chlorine are transferred through the membrane, from the anode compartment to the cathode compartment of the "chlorine-soda" cell to balance load
électrique due à la production simultanée de deux anions hydroxyles. due to the simultaneous production of two hydroxyl anions.
La formation de chlore dans le compartiment anodique s'accompagne donc d'une baisse de concentration en chlorure de métal alcalin dans l'anolyte simultanément à un enrichissement en hydroxyde The formation of chlorine in the anode compartment is therefore accompanied by a drop in concentration of alkali metal chloride in the anolyte simultaneously with a hydroxide enrichment
métal alcalin du compartiment cathodique. alkaline metal of the cathode compartment.
Après son électrolyse, la saumure appauvrie en chlorure de métal alcalin est évacuée de la cellule de type "chlore-soude" On peut donc envisager de recycler cette saumure appauvrie par l'ajout de chlorure After its electrolysis, the brine depleted in alkali metal chloride is removed from the cell type "chlorine-soda" can therefore be considered to recycle this brine depleted by the addition of chloride
de métal alcalin.of alkali metal.
Avantageusement, la solution d'hydroxyde de métal alcalin obtenue par l'électrolyse a une concentration comprise entre 10 et 55 % en Advantageously, the alkali metal hydroxide solution obtained by the electrolysis has a concentration of between 10 and 55% by
poids, de préférence entre 30 et 50 % en poids. weight, preferably between 30 and 50% by weight.
Par le procédé selon l'invention, le chlore gazeux et la solution By the process according to the invention, the chlorine gas and the solution
d'hydroxyde produits sont exempts d'impureté détectable. of hydroxide products are free of detectable impurity.
Ils sont alors transférés dans une colonne d'abattage pour les They are then transferred to a slaughter column for
faire réagir l'un sur l'autre.to react one on the other.
La réaction dans la colonne d'abattage peut se résumer par l'équation B suivante (B) 6 Me OH + 3 C 12 3 Me CI + 3 Me CIO + 3 H 20, The reaction in the slaughter column can be summarized by the following equation B (B) 6 Me OH + 3 C 12 3 Me CI + 3 Me CIO + 3 H 20,
Me étant défini précédemment.Me being defined previously.
L'hypochlorite obtenu va alors se dismuter d'une part en chlorure, et d'autre part en chlorate de métal alcalin selon l'équation C ci-après: (C) 3 Me CIO 2 Me CI + Me Cl O 3, The hypochlorite obtained will then be disproportionated on the one hand into chloride, and on the other hand into alkali metal chlorate according to equation C below: (C) 3 Me CIO 2 Me Cl + Me Cl O 3,
Me étant défini précédemment.Me being defined previously.
La solution saline obtenue en sortie de la colonne d'abattage comprend entre 50 et 200 g/l de chlorure de métal alcalin et entre 30 et 700 g/I de chlorate de métal alcalin Avantageusement, cette solution saline comprend entre 70 et 170 g/l de chlorure et entre 400 et 650 g/l de The saline solution obtained at the outlet of the slaughtering column comprises between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and between 30 and 700 g / l of alkali metal chlorate Advantageously, this saline solution comprises between 70 and 170 g / l. 1 of chloride and between 400 and 650 g / l of
chlorate de métal alcalin.alkali metal chlorate.
Afin de favoriser la dismutation de l'hypochlorite, la' solution saline avant son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane peut être avantageusement transférée dans un bac d'évolution pour un temps de In order to promote the disproportionation of hypochlorite, the saline solution before its use as anolyte in the membrane cell can be advantageously transferred to an evolution tray for a time of
séjour prolongé, à un p H compris entre 6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7. extended stay, at a pH between 6 and 8, preferably between 6.5 and 7.
Elle comprend alors moins de 5 g/l d'hypochlorite de métal It then comprises less than 5 g / l of metal hypochlorite
alcalin, de préférence moins d' I g/I. alkaline, preferably less than 1 g / l.
Dans le procédé de préparation de chlorate selon la présente invention, la solution saline obtenue par le procédé de purification décrit précédemment, est alors employée comme anolyte dans la cellule à membrane à un p H compris entre 1 et 8, préférentiellement entre 2 et 5, et à une température comprise entre 50 et 1000 C, d'une manière avantageuse entre 70 et 901 C. De manière préférée, après son électrolyse, une partie de In the chlorate preparation process according to the present invention, the saline solution obtained by the purification method described above is then used as anolyte in the membrane cell at a pH between 1 and 8, preferably between 2 and 5, and at a temperature between 50 and 1000 C, advantageously between 70 and 901 C. Preferably, after its electrolysis, a part of
l'anolyte est recyclée dans la colonne d'abattage. the anolyte is recycled to the felling column.
Avantageusement, la solution d'hydroxyde de métal alcalin, obtenue par électrolyse dans la cellule à membrane, a une concentration comprise entre 10 et 55 % en poids et de préférence entre 30 et 50 % en Advantageously, the alkali metal hydroxide solution, obtained by electrolysis in the membrane cell, has a concentration of between 10 and 55% by weight and preferably between 30 and 50% by weight.
poids Elle est également transférée dans la colonne d'abattage. weight It is also transferred to the felling column.
Lors de l'électrolyse dans la cellule à membrane, du chlore During electrolysis in the membrane cell, chlorine
gazeux est également produit dans le compartiment anodique. gas is also produced in the anode compartment.
Ce chlore est alors tranféré dans la colonne d'abattage, avantageusement en mélange avec le chlore gazeux produit lors de This chlorine is then transferred to the slaughter column, advantageously mixed with the chlorine gas produced during
l'électrolyse de type "chlore-soude". electrolysis of the "chlorine-soda" type.
On peut donc définir une boucle anodique constituée par le compartiment anodique de la cellue à membrane et la colonne d'abattage, les produits en solution de l'électrolyse de la cellule à membrane étant transférés dans la colonne d'abattage et inversement la solution obtenue en sortie de la colonne d'abattage étant employée comme anolyte dans la It is therefore possible to define an anode loop constituted by the anode compartment of the membrane cell and the slaughter column, the products in solution of the electrolysis of the membrane cell being transferred into the slaughter column and conversely the solution obtained. at the outlet of the slaughter column being used as anolyte in the
cellule à membrane.membrane cell.
Au cours du procédé selon la présente invention, on atteint rapidement un état stationnaire o les différentes solutions, en sortie de la colonne d'abattage ou en sortie du compartiment anodique de la cellule During the process according to the present invention, a stationary state is rapidly reached where the different solutions, at the outlet of the slaughter column or at the outlet of the anode compartment of the cell
à membrane ont une composition constante. with membrane have a constant composition.
L'anolyte contient entre 50 et 200 g/l de chlorure de métal alcalin et de préférence entre 70 et 170 g/l La concentration en chlorate sortie de la cellule à membrane nécessaire pour que celui-ci soit isolable directement par cristallisation, est aisément déterminée à partir des diagrammes de cristallisation connus des systèmes eau-chlorure-chlorate (thèse de A NALLET, faculté des Sciences de l'Université de Lyon, NI d'ordre 209, soutenue le 19 janvier 1955) Elle est par exemple comprise The anolyte contains between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and preferably between 70 and 170 g / l. The concentration of chlorate taken out of the membrane cell necessary for it to be isolatable directly by crystallization, is easily determined from the known crystallization diagrams of water-chloride-chlorate systems (thesis of A NALLET, Faculty of Sciences of the University of Lyon, NI of order 209, defended on January 19, 1955) It is for example understood
entre 400 et 650 g/I d'anolyte.between 400 and 650 g / I of anolyte.
Ainsi, selon la présente invention, une partie de l'anolyte après son électrolyse est transférée dans un cristallisoir ou le chlorate est laissé à cristalliser, les eaux mères étant récupérées et recyclées dans la boucle Thus, according to the present invention, part of the anolyte after electrolysis is transferred to a crystallizer or the chlorate is allowed to crystallize, the mother liquors being recovered and recycled in the loop
anodique de la cellule à membrane.anodic membrane cell.
On peut également, d'une manière facultative, envoyer l'anolyte It is also possible, optionally, to send the anolyte
dans un bac d'évolution avant son transfert vers le cristallisoir. in a tray evolution before its transfer to the crystallizer.
Le métal alcalin employé dans le procédé selon l'invention, est The alkali metal used in the process according to the invention is
choisi parmi le lithium, le sodium et le potassium, de préférence le sodium. selected from lithium, sodium and potassium, preferably sodium.
La présente invention concerne également un dispositif pour la préparation d'un chlorate de métal alcalin, mettant en oeuvre le procédé décrit précédemment, comprenant la combinaison d'une cellule de type "chlore-soude" pour la préparation de chlore gazeux et d'hydroxyde de métal alcalin, d'une colonne d'abattage du chlore par un hydroxyde de métal alcalin, et une cellule à membrane pour l'électrolyse d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte The present invention also relates to a device for the preparation of an alkali metal chlorate, using the method described above, comprising the combination of a "chlorine-soda" type cell for the preparation of chlorine gas and hydroxide of an alkali metal, a chlorine removal column with an alkali metal hydroxide, and a membrane cell for the electrolysis of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and a catholyte
comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin. comprising an alkali metal hydroxide solution.
D'autres caractéristiques du dispositif selon la présente Other features of the device according to this
invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite invention will appear on reading the detailed description made
ci-après, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un diagramme général de dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, la figure 2 représente une réalisation préférentielle du Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 represents a general diagram of a device for implementing the method according to the present invention, FIG. 2 represents a preferred embodiment of FIG.
dispositif de purification de la saumure de sel de métal alcalin. device for purifying the alkali metal salt brine.
La figure I montre un dispositif, employé d'une manière préférentielle, et dans lequel la cellule de type "chlore-soude" ( 1) est une cellule à membrane, comprenant un ou plusieurs compartiments anodiques ( 11) séparés du ou des compartiments cathodiques ( 12) correspondant par une membrane ( 13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission ( 111) et de récupération ( 113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux ( 112), le ou les compartiments cathodiques ( 12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission ( 121) et de récupération ( 122) du catolyte et un FIG. 1 shows a device, used in a preferential manner, and in which the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell, comprising one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s). (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartment or compartments each comprising an appropriate device (111) for admission and recovery (113) of the anolyte and an appropriate device for recovering the chlorine gas (112), the cathode compartment or compartments (12) each comprising an appropriate device (121) for receiving and recovering (122) the catolyte and a
dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux ( 123). suitable device for evacuating gaseous hydrogen (123).
La colonne d'abattage ( 2) comprend au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin ( 21) en provenance de la cellule de type "chlore-soude", un dispositif approprié d'admission du chlore gazeux ( 22) et de préférence un dispositif d'admission ( 24) d'une solution saline pauvre en chlorure et un dispositif approprié ( 23) The felling column (2) comprises at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21) from the "chlorine-sodium hydroxide" type cell, an appropriate device for admitting chlorine gas (22) and preferably an inlet device (24) for a chloride-poor salt solution and a suitable device (23)
de récupération de la solution saline obtenue. recovering the saline solution obtained.
La cellule à membrane ( 3) comprend comme la cellule de type "chloresoude" ( 1) un ou plusieurs compartiments anodiques ( 31) séparés du ou des compartiments cathodiques ( 32) correspondant par une membrane ( 33), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission ( 312) de la solution saline, un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux ( 314) et un dispositif de récupération de la The membrane cell (3) comprises, as the "chlororeside" type cell (1), one or more anode compartments (31) separated from the corresponding cathode compartment (s) (32) by a membrane (33), the at least one anode compartment comprising each an appropriate saline intake device (312), a suitable chlorine gas recovery device (314) and a recovery device for the saline solution;
solution saline après son électrolyse ( 311). saline solution after electrolysis (311).
Le ou les compartiments cathodiques ( 32) de cette cellule à membrane ( 3) comprennent quant à eux un dispositif approprié d'admission ( 321) d'eau, un dispositif approprié de récupération ( 322) du-catholyte après The cathode compartment or compartments (32) of this membrane cell (3) comprise, for their part, an appropriate device for admitting (321) water, a suitable device for recovering (322) the catholyte after
son électrolyse et un dispositif approprié d'extraction de l'hydrogène ( 323). its electrolysis and a suitable device for extracting hydrogen (323).
Selon l'invention, le dispositif approprié de récupération ( 313) de l'anolyte de la cellule à membrane ( 3) est relié à un dispositif approprié According to the invention, the appropriate device (313) for recovering the anolyte from the membrane cell (3) is connected to a suitable device
d'introduction de cet anolyte ( 24) dans la colonne d'abattage ( 2). introducing this anolyte (24) into the slaughter column (2).
De même, le dispositif d'extraction ( 314) du chlore gazeux est également relié à la colonne d'abattage par l'intermédiaire du dispositif Similarly, the extraction device (314) for the chlorine gas is also connected to the slaughter column via the device
approprié d'admission ( 22) du chlore gazeux. suitable inlet (22) for chlorine gas.
Enfin, le compartiment anodique ( 31) de la cellule à membrane ( 3) est relié soit directement par un moyen approprié, soit par le dispositif de récupération de la solution saline après son électrolyse ( 311) à un Finally, the anode compartment (31) of the membrane cell (3) is connected either directly by an appropriate means, or by the saline solution recovery device after its electrolysis (311) to a
cristallisoir ( 4).crystallizer (4).
D'une manière avantageuse, le cristallisoir comprend un dispositif approprié de récupération des eaux mères ( 43) relié au compartiment anodique ( 31) de la cellule à membrane ( 3) Dans une variante du dispositif selon l'invention, les eaux mères peuvent être Advantageously, the crystallizer comprises an appropriate device for recovering the mother liquors (43) connected to the anode compartment (31) of the membrane cell (3). In a variant of the device according to the invention, the mother liquors may be
renvoyées au niveau de la boucle anodique définie précédemment. returned at the level of the anode loop defined previously.
Lorsque l'on reprend le bilan global des réactions de la cellule "chloresoude" (A) et de la colonne d'abattage (B t C), on obtient l'équation générale D suivante 6 F 3 x A 6 Me CI + 6 H 20 -y 6 Me OH + 3 C 12 + 3 H 2 B 6 Me OH + 3 C 12 3 Me CI + 3 Me Cl O + 3 H 20 C 3 Me CIO 2 Me CI + Me Cl O 3 6 F D 6 Me CI + 3 H 20 5 Me CI + Me Cl O 3 + 3 H 2 When taking into account the overall results of the "chlororesoude" cell (A) and the slaughter column (B t C) reactions, we obtain the following general equation D 6 F 3 x A 6 Me CI + 6 ## STR2 ## Me CI + 3 H 20 5 Me CI + Me Cl O 3 + 3 H 2
Me étant défini précédemment, et F représentant un Faraday. Me being defined previously, and F representing a Faraday.
Le chlorate de métal alcalin obtenu entrant dans le bilan final de la préparation de chlorate selon l'invention, on peut donc considérer Since the alkali metal chlorate obtained is part of the final balance of the chlorate preparation according to the invention, it may be considered
qu'il ne s'agit pas d'une impureté. that it is not an impurity.
En conséquence, la combinaison d'une électrolyse de type "chlore-soude" avec une colonne d'abattage du chlore par la soude peut être considérée comme une étape de purification d'une saumure de métal alcalin. De fait, la solution de chlorure obtenue est quasiment exempte de toute impureté Une telle combinaison électrolyse-colonne d'abattage apparaît d'une manière inattendue comme le seul procédé industriel Consequently, the combination of an electrolysis of the "chlorine-soda" type with a chlorine slagging column by sodium hydroxide can be considered as a purification step of an alkali metal brine. In fact, the chloride solution obtained is virtually free of any impurity. Such an electrolysis-slaughter column combination unexpectedly appears as the only industrial process.
permettant d'éviter l'ensemble des impuretés, néfastes au bon fonction- to avoid all the impurities, harmful to the good function-
nement des membranes, que sont le calcium, le magnésium, le strontium, le baryum, l'iode, le brome, l'aluminium, la silice, le sulfate, le fer, le manganèse, le cuivre, etc. En conséquence, la présente invention concerne également un dispositif de purification d'une saumure de chlorure de métal alcalin, comprenant la combinaison d'une cellule à électrolyse de type "chlore- membranes, such as calcium, magnesium, strontium, barium, iodine, bromine, aluminum, silica, sulfate, iron, manganese, copper, etc. Accordingly, the present invention also relates to a device for purifying an alkali metal chloride brine, comprising the combination of a chlorine-type electrolysis cell.
soude" ( 1) et d'une colonne d'abattage ( 2) du chlore par la soude. soda "(1) and a slaughter column (2) of chlorine with sodium hydroxide.
La figure 2 montre une cellule de type "chlore-soude" ( 1) à membrane, constituée d'un ou plusieurs compartiments anodiques ( 11) séparés du ou des compartiments cathodiques ( 12) correspondant par une membrane ( 13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission ( 111) et de récupération ( 113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux ( 112), et le ou les compartiments cathodiques ( 12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission ( 121) et de récupération ( 122) du catholyte, et un dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux ( 123) La colonne d'abattage ( 2) comprend au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin ( 21), un dispositif approprié FIG. 2 shows a membrane-type "chlorine-soda" cell (1) consisting of one or more anode compartments (11) separated from the corresponding cathode compartment (s) (12) by a membrane (13), the one or more anode compartments each comprising an appropriate device (111) for the intake and recovery (113) of the anolyte and an appropriate device for recovering the chlorine gas (112), and the cathode compartment (s) (12) each comprising a suitable device for admitting (121) and recovering (122) the catholyte, and an appropriate device for evacuating hydrogen gas (123) The slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admitting a alkali metal hydroxide solution (21), a suitable device
d'admission ( 22) de chlore gazeux, et un dispositif approprié de récupéra- chlorine gas inlet (22), and an appropriate recovery device
tion ( 23) d'une solution purifiée de chlorure de métal alcalin, les dispositifs d'admission d'hydroxyde ( 21) et de chlore ( 22) étant respectivement reliés directement aux dispositifs de récupération du catholyte ( 122) et de chlore (23) a purified solution of alkali metal chloride, the hydroxide (21) and chlorine (22) inlet devices being respectively connected directly to the catholyte (122) and chlorine recovery devices;
gazeux ( 112) de la cellule de type "chlore-soude" ( 1). gaseous (112) of the "chlorine-soda" type cell (1).
D'une manière avantageuse, on peut ajouter au dispositif de purification selon l'invention, un bac d'évolution relié directement au Advantageously, it is possible to add to the purification device according to the invention, an evolution tank connected directly to the
dispositif de récupération ( 23) de la solution purifiée de métal alcalin. recovery device (23) of the purified alkali metal solution.
Les exemples suivants permettront d'illustrer les différentes The following examples will illustrate the different
étapes du procédé selon l'invention. steps of the method according to the invention.
EXEMPLE 1: Purification de la saumure Une cellule, "chlore-soude" ( 1) équipée d'une membrane ( 13) N 90209 (commercialisée sous la marque NAFION par la société DU PONT) EXAMPLE 1 Purification of the Brine A cell, "chlorine-soda" (1) equipped with a membrane (13) N 90209 (sold under the trademark NAFION by the company DU PONT)
produit sous 30 A/dm 2, 19 g/h de CI 2 et de la soude à 32 %. produced at 30 A / dm 2, 19 g / h of CI 2 and soda at 32%.
Pendant 4 h le chlore est récupéré au pied d'une' colonne d'abattage ( 2) montée au-dessus d'un réservoir thermostaté à 50 C qui contient 0,5 I d'eau Une mesure de p H, permet de réguler l'addition de For 4 hours the chlorine is recovered at the bottom of a felling column (2) mounted above a tank thermostated at 50 C which contains 0.5 l of water. A measurement of p H, allows to regulate the addition of
soude à 3296 pour abattre le chlore et maintenir le p H entre 6,5 et 7. soda at 3296 to break down the chlorine and maintain the pH between 6.5 and 7.
Environ 269 g de soude à 32 % ont été nécessaire pour abattre About 269 g of 32% soda was needed to slaughter
tout le chlore.all the chlorine.
En final on récupère dans le réacteur une solution contenant 12,3 % en poids de Na CI et 4,5 % en poids de Na CIO 3 à 50 C La teneur des différentes impuretés est en-dessous des limites de détection (Ca, Mg, Sr, Ba, Si, AI, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb\ 50 ppb et SO 4 1 ppm) EXEMPLE 2: Influence du bac d'évolution On reprend le dispositif opératoire décrit dans l'exemple 1, Finally, a solution containing 12.3% by weight of NaCl and 4.5% by weight of Na CIO 3 at 50 ° C. is recovered in the reactor. The content of the various impurities is below the detection limits (Ca, Mg Sr, Ba, Si, Al, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb, 50 ppb and SO 4 1 ppm) EXAMPLE 2 Influence of the Evolution Tray The operating device described in Example 1 is repeated.
associé à une cellule à membrane ( 3). associated with a membrane cell (3).
L'anolyte de l'électrolyseur à membrane ( 3) contient 120 à 150 g/l de Na CI et 450 à 500 g/l de Na CIO 3 La soude du catholyte est à 32 % en poids et la température à C La tension aux bornes de l'électrolyseur est comprise entre 3,7 et 3,8 Le chlore produit par la cellue à membrane ( 3) et la cellule The anolyte of the membrane electrolyser (3) contains 120 to 150 g / l of NaCl and 450 to 500 g / l of Na CIO 3. The soda of the catholyte is 32% by weight and the temperature at C. at the terminals of the electrolyser is between 3.7 and 3.8 The chlorine produced by the membrane cell (3) and the cell
"chlore-soude" ( 1) est abattu dans la colonne ( 2). "chlorine-soda" (1) is slaughtered in column (2).
La teneur en hypochlorite de sodium de la solution récupérée en sortie de la colonne d'abattage ( 2) est de 7,5 à 8 g/1 Après son transfert dans un bac d'évolution maintenu à 70 C, la teneur en hypochlorite de The sodium hypochlorite content of the solution recovered at the outlet of the slaughter column (2) is 7.5 to 8 g / 1. After its transfer to a storage tank maintained at 70 ° C., the hypochlorite content of
sodium est de 1 à 2 g/l Le p H est régulé à 6,5 par addition de soude. sodium is 1 to 2 g / l The pH is regulated at 6.5 by addition of sodium hydroxide.
Le bilan réactionnel dans la cellule à membrane ( 3) peut se résumer par l'équation générale E suivante: E 5 Me Cl + Me CIO 3 + 15 H 20 O 6 Me Cl O 3 + 15 H 2 la Me étant définie précédemment et met en jeu le transfert de 30 électrons. Le bilan global D+E du procédé de préparation du chlorate de métal alcalin selon l'invention peut donc se résumer par l'équation F suivante 6 F D 6 Me CI + 3 H 20 5 Me Cl + Me CIO 3 + 3 H 2 F E 5 Me Cl + Me CIO 3 + 15 H 20 6 Me CIO 3 + 15 H 2 36 F F 6 Me CI + 18 H 20 -* 6 Me CIO 3 + 18 H 2 The reaction balance in the membrane cell (3) can be summarized by the following general equation E: E 5 Me Cl + Me CIO 3 + 15 H 2 O 6 Me Cl O 3 + 15 H 2 where Me is defined above and involves the transfer of 30 electrons. The overall D + E balance of the process for preparing the alkali metal chlorate according to the invention can therefore be summarized by the following equation F 6 FD 6 Me CI + 3 H 20 5 Me Cl + Me CIO 3 + 3 H 2 FE MeCl + Me CIO 3 + 15H 20 6Me CIO 3 + 15H 2 36FF 6MuCl + 18H 20 - * 6Me CIO 3 + 18H 2
Me et F étant défini précédemment. Me and F being defined previously.
On remarquera que seulement 1/6 du transfert électronique total est effectué dans la cellule de type "chlore-soude" ( 1), alimentée en saumure brute ou prépurifiée par des techniques usuelles, et 5/6 de ce It will be noted that only 1/6 of the total electronic transfer is carried out in the "chlorine-soda" type cell (1), fed with raw brine or prepurified by usual techniques, and 5/6 of this type.
transfert dans la cellule à membrane ( 3). transfer in the membrane cell (3).
Les produits (C 12 et solution d'hydroxyde de métal alcalin) passant de la cellule "chlore-soude" ( 1) à l'étape suivante sont très purs et constituent ainsi en sortie de la colonne d'abattage ( 2) une saumure très pure entrant dans la cellule à membrane ( 3) Cette cellule ( 3) et sa membrane ( 33) vont donc fonctionner dans de très bonnes conditions qui prolongeront la durée de vie (fortement influencée par la teneur en impuretés de l'électrolyte) de la membrane Ainsi 5/6 du chlorate produit le sont dans de très bonnes conditions pour la durée de vie des membranes The products (C 12 and alkali metal hydroxide solution) passing from the "chlorine-soda" cell (1) to the next step are very pure and thus constitute at the outlet of the slaughter column (2) a brine very pure entering the membrane cell (3) This cell (3) and its membrane (33) will therefore operate in very good conditions that will prolong the life (strongly influenced by the impurity content of the electrolyte) of the membrane Thus 5/6 of the chlorate produced are in very good conditions for the lifetime of the membranes
dont le coût est élevé.whose cost is high.
D'autre part, au point de vue bilan eau, le procédé habituel de production de chlorate de sodium nécessite l'introduction de 1 563 kg d'eau par -tonne de Na CIO 3, associée au chlorure de sodium alimenté sous forme On the other hand, from the point of view of water balance, the usual process for the production of sodium chlorate requires the introduction of 1563 kg of water per tonne of Na CIO 3, combined with the sodium chloride supplied in the form of sodium chloride.
de saumure contenant 26 % en poids de Na CI. of brine containing 26% by weight of NaCl.
Dans le procédé exposé, la cellule ( 3) est alimentée par un flux issu de la réaction entre le chlore et la solution aqueuse à 33 % en poids de soude Ceci n'induit globalement l'introduction que de 719 kg d'eau par tonne de Na CIO 3 produit Il y a donc une économie de 844 kg d'eau qu'il serait nécessaire d'évaporer dans une installation o le chlorate de sodium sort à l'état solide, c'est-à-dire o toute quantité d'eau entrante doit être évaporée. In the process described, the cell (3) is fed with a flux resulting from the reaction between the chlorine and the aqueous solution at 33% by weight of sodium hydroxide. This generally induces the introduction of only 719 kg of water per tonne. Thus, there is a saving of 844 kg of water that would have to be evaporated in an installation where sodium chlorate comes out in the solid state, that is to say, in any quantity. incoming water must be evaporated.
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