Pierwszenstwo: 26.07.1972 (P. 156938) Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 30.05.1975 75893 KI. 421,3/05 MKP G01n 27/42 7YILLH1* ¦ rr-Tf1 Twórcawynalazku: Witold Gnot Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Slaska im. Wincentego Pstrowskiego, Gliwice (Polska) Sposób oznaczania przydatnosci soli do elektrolitycznej produkcji chloru Przedmiotem wynalazku jest sposób oznaczania przydatnosci soli do elektrolitycznej produkcji chloru.Obecnie stosowane sposoby oceny przydatnosci soli, bazujace niemal wylacznie na klasyczne] analizie jej skladu, poparte sporadycznie analiza spektralna na zawartosc metali szkodliwych, sa wystarczajace w przypadku duzej czystosci i jednorodnosci skladu soli dostarczanej do wytwórni chloru. Wystapienie róznic w skladzie soli, obecnosc szkodliwych zanieczyszczen, np. zwiazków metali ciezkich, czy koniecznosc rozszerzenia bazy surowcowej, powodowac moze w trakcie elektrolizy rteciowej, powazne i niebezpieczne zaklócenia procesu, ujawniajace sie wzrostem zawartosci wodoru w chlorze. Dla zapobiezenia zaistnienia potencjalnego zagrozenia eksplozji mieszaniny wodoru z chlorem, której granice wybuchowosci sa szerokie od 3,5—97%, oraz poprawy wydajnosci pradowej procesu elektrolizy, kazdy zaklad produkujacy chlor powinien dysponowac szybka i pewna metoda oceny przydatnosci soli do produkcji chloru. Zastosowanie wzmiankowanej metody bezposrednio u producenta soli badz solanki, tj. w kopalni soli, pozwolic moze na wstepna ocene eksploatowanych zlóz i unikniecie kosztownego transportu soli, która niekiedy okazuje sie nieprzydatna do produkcji chloru w elektrolizerach rteciowych, stawiajacych bardzo wysokie wymagania odnosnie czystosci soli.Znane obecnie metody, które sa stosowane w aspekcie oceny przydatnosci soli jako surowca do produkcji chloru w elektrolizerach rteciowych, sa nastepujace: analiza spektralna badz inna instrumentalna, okreslajaca zawartosc zanieczyszczen szkodliwych w ilosciach rzedu 10"6—10"4, analiza technologiczna, analiza ampero- metryczna, woltometria anodowa, analiza testowa.Wszystkie te metody posiadaja szereg powaznych wad, utrudniajacych, badz wrecz uniemozliwiajacych ich powszechne stosowanie. Szczególowa analiza ilosciowa zanieczyszczen szkodliwych tj. mikroelementów jest, jak np. analiza spektralna, praco- i czasochlonna, a w warunkach przemyslowych trudna do realizacji. Niezaleznie od tego, na podstawie dotychczasowych prac badawczych i doswiadczen przemyslowych, mozna stwierdzic, ze nawet dokladna znajomosc skladu jakosciowego i ilosciowego zanieczyszczen metalicznych nie gwarantuje bezpiecznego procesu elektrolizy rteciowej. Przyczyna tego jest inhibitujace i aktywujace dzialanie pewnych grup zanieczyszczen wystepujacych wsolankach. y Jezeli chodzi o analize technologiczna, polegajaca na ciaglej elektrolizie solanki w wielokolaboratoryjnych elektro lizerach rteciowych, przy stosowaniu warunków i parametrów analogicznych jak w skali przemyslowej,2 75 893 jest ona w zasadzie metoda skuteczna. Jednakze glówna jej wada, uniemozliwiajaca powszechne stosowanie, jest dlugi czas trwania oznaczenia z uwagi na koniecznosc kilkakrotnego dosycania solanki, celem dokoncentrowania w niej zanieczyszczen.Pozostale dwie metody tj. analiza amperometryczna oraz woltometria anodowa, oparte na zasadzie polarografii, sa bardzo czule na mikrosladowe ilosci zanieczyszczen, lecz wymagaja bardzo skomplikowanej aparatury a ponadto sa trudne w obsludze. Powyzsze wady równiez eliminuja je z powszechnego przemyslowego zastosowania. Stosunkowo latwa do wykonania jest analiza testowa, polegajaca na wytrzasaniu niespofryzowa¬ nego amalgamatu sodu z solanka czysta wykonana z chlorku sodowego, a nastepnie solanka badana odpowiednio zbuforowana.Ilosc wydzielajacego sie w czasie wodoru stanowi kryterium oceny przydatnosci solanki. Czas jednego oznaczenia przy zachowaniu stalosci parametrów takich jak ilosc i pH solanki, temperatura, stezenie i ilosc amalgamatu, amplituda wstrzasów- nie przekracza 30 minut. Jednakze wyniki uzyskane ta metoda m< pokrywaja sie w pelni z wynikami w trakcie elektrolizy ze wzgledu na fakt, ze polaryzacja katodowa amalgamatu zmienia stopien szkodliwosci i mechanizm dzialania zanieczyszczen. Metoda ta zatem moze sluzyc do oznaczen orientacyjnych.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu szybkiego i niezawodrego oznaczania przydatnosci soli i solanek, jako surowca do elektrolitycznej produkcji chloru w elektrolizerach rteciowych.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze solanke wykonana z soli poddaje sie elektrolizie welektrolize- rze przeponowo-rteciowym w warunkach wzrastajacego stezenia amalgamatu sodowego od 0 do 0,8%, mierzac ilosc wydzielajacego sie w czasie wodoru i odnoszac ja do wzorca.W sposobie wedlug wynalazku poddaje sie elektrolizie solanke naturalna, lub przygotowana z dowolnej soli, lub solanke obiegowa z instalacji przemyslowej —w specjalnej konstrukcji elektrolizerze przeponowo-rtecio¬ wym przedstawionym na fig. 1. Elektrolizer ten pozwala na prowadzenie procesu elektrolizy w warunkach wzrastajacego stezenia amalgamatu sodu lub potasu od 0 az do stanu nasycenia tj. do 0,8%, z równoczesnym pomiarem ilosci wydzielajacego sie na katodzie wodoru, bez koniecznosci analizy gazu anodowego. W metodzie wedlug wynalazku wykorzystano wprost proporcjonalna zaleznosc miedzy stezeniem amalgamatu a stopniem szkodliwosci na proces zanieczyszczen wystepujacych w solance.Dla lepszego zobrazowania przedstawiono na zalaczonych rysunkach przyklad wykonania elektrolizera, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój elektrolizera przeponowo-rteciowego, fig. 2 instalacje zasilania elektrolizera, fig. 3 instalacje elektryczna, a fig. 4 wzorzec do oznaczania przydatnosci solanki.Elekrolizer przeponowo-rteciowy wykonano ze szkla w postaci dwu komór — anodowej 1 i katodowej 2, oddzielonych diafragma 3 ze spieczonego szkla porowatego. Wewnatrz komory anodowej 1 znajduje sie anoda 4 platynowa, do której doprowadza sie prad przy pomory szklanej rurki 5 wypelnionej rtecia z zatopionym drutem platynowym. Komora 1 posiada krócce: doplywowy solanki 6 oraz odplywowy 7 chloru i solanki.Komora katodowa 2 wykonana jest w postaci zwezajacego sie ku górze cylindra, zakonczonego szlifem 8, na biurete kalibrowana, sluzaca do pomiaru ilosci wydzielajacego sie w czasie elektrolizy wodoru/Komora katodowa 7 umieszczona jest w plaszczu wodnym 8, polaczonym z ultratermostatem dla utrzymania* stalej temperatury w czasie elektrolizy. Komora 2 posiada równiez krócce: doplywowy 10 i odplywowy 11 solanki, doprowadzenie pradu 12 i doprowadzenie sondy 13. Katode stanowi rtec 14, której powierzchnia 16 powinna sie znajdowac pomiedzy lopatkami mieszadla proplerowego 17, sluzacego do mieszania solanki i rteci.Zamkniecie komory stanowi kurek cisnieniowy 16 sluzacy do spuszczania rteci i solanki. Mieszadlo 17 jest zamocowane przy pomocy prowadnicy 18 i uszczelnione od góry zamknieciem rteciowym. Do pobierania próbek amalgamatu w czasie elektrolizy sluzy sonda 20.Solanka oczyszczona i zakwaszona dojwlasciwego pH/doprowadzona jest do elektrolizera' 21 ze zbiornika naporowego 22 poprzez uklad grzejny, skladajacy sie z grzejnika elektrycznego 24 wlaczonego do sieci poprzez termometr kontaktowy 25. Wodór z komory katodowej 2 zbierany jest i mierzony w kalibrowanej bi urecie 26.Chlor z komory anodowej 1 kierowany jest do dwu pluczek z których jedna 27 jest pusta a druga 28 wypelniona wodnym roztworem wodorotlenku sodowego. Niezbedne podcisnienie w pluszkach oraz w kolbie ssawkowej 30 stanowiacej zbiornik solanki, uzyskuje sie przy pomocy pompek wodnych 29.Elektrolizer 21 zasilany jest pradem elektrycznym z sieci 32 pradu zmiennego 220 V przy pomocy czterozakresowego dzielnika napiecia tzw. autotransformatora 33. Transformator 33 zasila grzejnik solanki 24 podlaczony poprzez termometr kontaktowy 25 oraz przekaznik rteciowy kolyskowy 34 i prostownik selenowy 35 o napieciu znamionowym 24 V i natezeniu 25 A. Bezposrednio z sieci zasilany jest ultratermostat UTU 31, sluzacy do utrzymania stalej temperatury w elektrolize 21 poprzez cyrkulacje cieczy w plaszczu wodnym 9 komory katodowej 2 oraz silnik 36 mieszddfa propelerowego 17.Doprowadzenie pradu stalego do anody 4 odbywa sie poprzez rurke szklana 5 z zatopiony drutem platynowym i wypelnionym rtecia. Doprowadzenie pradu 12 do katody rteciowej 14 nastepuje przy pomocy75893 drutu platynowego umieszczonego w korku gumowym. Do pomiaru spadku napiecia na zaciskach elektrolizera 21 sluzy woltomierz 37 pradu stalego o zakresie do 12 A do pomiaru natezenia amperomierz 38 pradu stalego w zakresie do 12 A, a ladunku elektrycznego — licznik amperogodzin 39.Przyklad Dla zbadania przydatnosci solanki do produkcji chloru wykonano jej elektrolize w elektro- lizerze przeponowo-rteciowym w czasie 2 godzin, stosujac parametry zestawione w tablicy oraz mierzac ilosc wydzielajacego sie wodoru w odniesieniu do ladunku elektrycznego.Parametr Natezenie pradu Temperatura Stezenie NaCI w solance Natezenie przeplywu solanki Kwasowosc solanki Szybkosc obrotów mieszadla Symbol l t ^NaCI Vs pH n Jednostka A/ °C g/dm3 dm3/h - obr/min Wartosc 6,17 50 310 0,306 6,0 350 Na podstawie wyników wykreslono krzywa zaleznosci ilosci wydzielonego wodoru od ladunku elektrycz¬ nego na kalce technicznej i przylozono ja do wzorca wedlug fig. 4. Jezeli krzywa lezy w obszarze A solanke kwalifikuje sie jako przydatna do elektrolizy, natomiast jezeli jest w obszarze C kwalifikuje sie ja jako nieprzydatna. W przypadku przebiegu krzywej w obszarze B solanka jest watpliwej przydatnosci, a definitywne wyjasnienie wymaga dodatkowych badan technologiczmych. PL PL