RU2070426C1 - Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid - Google Patents
Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2070426C1 RU2070426C1 RU93006373A RU93006373A RU2070426C1 RU 2070426 C1 RU2070426 C1 RU 2070426C1 RU 93006373 A RU93006373 A RU 93006373A RU 93006373 A RU93006373 A RU 93006373A RU 2070426 C1 RU2070426 C1 RU 2070426C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acid
- alkali
- cesium
- rubidium
- selective
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимическому получению гидроксидов щелочных металлов и неорганических кислот, преимущественно гидроксидов цезия и рубидия и азотной кислоты. Изобретение может быть также использовано для получения других щелочей и кислородсодержащих кислот. The invention relates to the electrochemical production of alkali metal hydroxides and inorganic acids, mainly cesium and rubidium hydroxides and nitric acid. The invention can also be used to obtain other alkalis and oxygen-containing acids.
Известен способ получения щелочи и хромовой кислоты из бихромата щелочного металла в трехкамерном электролизе, согласно которому средняя камера электролизера отделена от катодной катионообменной мембраной, а от анодной - пористой мембраной. Исходный раствор вводят в среднюю камеру и осуществляют электролиз. При этом в катодной камере получают раствор щелочи с концентрацией 400 г/л, анодной раствор, содержащий 700 г/л хромовой кислоты. Выход по току кислоты составляет 90% а щелочи 60%
Недостатками способа являются его периодичность, несбалансированность между процессами в анодной и катодной камерах, что приводит к появлению в средней камере свободной кислоты и невозможности получения концентрированных растворов щелочи. Применение пористой мембраны не обеспечивает высокой степени селективности разделения щелочи и кислоты и их чистоты. При реализации способа не достигается полное разложение и использование исходной соли. Наиболее близким является способ получения щелочи путем электролиза сульфата щелочного металла, преимущественно натрия, в трехкамерном электролизере, в котором средняя камера отделена от катодной и анодной камер катионообменными мембранами. Исходный раствор подают в среднюю камеру. Через анодную камеру пропускают слабый раствор Н2SO4. Из катодной камеры выводят едкую щелочь, из промежуточной смесь кислоты, кислого сульфата и сульфата щелочного металла.A known method of producing alkali and chromic acid from alkali metal dichromate in three-chamber electrolysis, according to which the middle chamber of the electrolyzer is separated from the cathode cation exchange membrane, and from the anode by a porous membrane. The initial solution is introduced into the middle chamber and electrolysis is carried out. In this case, an alkali solution with a concentration of 400 g / l and an anode solution containing 700 g / l of chromic acid are obtained in the cathode chamber. The acid current yield is 90% and the alkali 60%
The disadvantages of the method are its frequency, the imbalance between the processes in the anode and cathode chambers, which leads to the appearance of free acid in the middle chamber and the inability to obtain concentrated alkali solutions. The use of a porous membrane does not provide a high degree of selectivity for the separation of alkali and acid and their purity. When implementing the method is not achieved complete decomposition and use of the original salt. The closest is a method of producing alkali by electrolysis of an alkali metal sulfate, mainly sodium, in a three-chamber electrolyzer, in which the middle chamber is separated from the cathode and anode chambers by cation exchange membranes. The initial solution is fed into the middle chamber. A weak solution of H 2 SO 4 is passed through the anode chamber. Caustic alkali is removed from the cathode chamber, from an intermediate mixture of acid, acid sulfate and alkali metal sulfate.
Недостатками способа являются низкая степень разложения и использования сульфата металла, получение кислоты, загрязненной солями натрия, с очевидно ограниченным использованием. The disadvantages of the method are the low degree of decomposition and use of metal sulfate, the production of acid contaminated with sodium salts, with obviously limited use.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения концентрации щелочей цезия и рубидия и кислоты, расширения номенклатуры и области использования получаемых продуктов электродиализа высокой степени чистоты, являющихся непосредственно товарной продукцией или имеющих самостоятельное применение, снижение расхода электроэнергии. The present invention is aimed at solving the problem of increasing the concentration of alkalis of cesium and rubidium and acid, expanding the range and use of the obtained products of electrodialysis of high purity, which are directly commercial products or having independent use, reducing energy consumption.
Изобретение направлено также на улучшение экологических условий при использовании способа. The invention is also directed to improving environmental conditions when using the method.
Поставленная задача достигается тем, что получение щелочи цезия или рубидия и кислоты осуществляют путем электродиализа насыщенного раствора кислородсодержащей, преимущественно азотнокислой, соли в трехкамерном электродиализаторе, средняя камера которого отделена от анодной камеры анионселективной мембраной, а от катодной катионселективной мембраной карбоксильного типа, при поддержании соотношения потоков анолита и католита равным 1oC3: 1 и циркуляционном (раствоp соли) и циркуляционно-проточном (анолит, католит) режимах перемешивания электролитов.This object is achieved in that the production of cesium or rubidium alkali and acid is carried out by electrodialysis of a saturated solution of an oxygen-containing, mainly nitric acid, salt in a three-chamber electrodialyzer, the middle chamber of which is separated from the anode chamber by an anion selective membrane, and from the cathode cation selective carboxy type membrane, while maintaining the flow ratio anolyte and catholyte equal to 1 o C3: 1 and the circulation (salt solution) and circulation-flow (anolyte, catholyte) modes are mixed electrolytes.
Сущность изобретения заключается в том, что величину миграции катионов (Kt) через катионселективную мембрану и анионов (An) через анионселективную мембрану, осуществляемой под действием электрических сил и диффузии, регулируют типом используемых мембран, величиной концентрации электролитов и условиями перемещения. The essence of the invention lies in the fact that the amount of migration of cations (Kt) through the cation-selective membrane and anions (An) through the anion-selective membrane, which is carried out under the influence of electric forces and diffusion, is controlled by the type of membranes used, the magnitude of the concentration of electrolytes and the conditions of movement.
Использование мембран карбоксильного типа, обладающих по сравнению с биполярными мембранами более низкой проницаемостью для воды (4•10-7 мл/см2•с против 10-4 10-1 мл/см2•c) и большей электропроводностью позволяет осуществлять более глубокое концентрирование щелочи с меньшими энергетическими затратами, чем при использовании системы с биполярными мембранами.The use of carboxy type membranes, which, compared with bipolar membranes, has lower water permeability (4 • 10 -7 ml / cm 2 • s versus 10 -4 10 -1 ml / cm 2 • c) and higher electrical conductivity allows deeper concentration alkalis with less energy than when using a system with bipolar membranes.
Энергичное перемешивание анолита, католита и раствора соли в средней камере в циркуляционном режиме позволяет турбулизировать потоки и снизить возникающее в примембранных слоях диффузионное торможение миграции катионов щелочного металла и анионов кислоты, т.е. активизировать процесс концентрирования щелочи и кислоты. Vigorous mixing of the anolyte, catholyte, and salt solution in the middle chamber in a circulating mode allows turbulent flows and to reduce the diffusion inhibition of alkali metal cations and acid anions that occur in the membrane layers, i.e. activate the process of concentration of alkali and acid.
Кроме того, баланс миграции указанных ионов, имеющих разные подвижности, обеспечивается концентрационным контролем. Экспериментально установлено, что соотношение потоков, циркулирующих через анодную и катодную камеры, равное 1oC3: 1, соответствует колебаниям этого баланса в пределах 0,7 < KtOH/HAn < 1,3. Поддержание потоков в указанных пределах позволяет осуществлять электродиализ в непрерывном режиме, характеризуемом устойчивыми значениями тока, невысоким напряжением на электродиализаторе и низким удельным расходом электроэнергии неограниченно продолжительное время. Конечными продуктами электролиза являются 60% щелочь цезия или рубидия, 15 30% кислота и нетоксичные электродные газы водород и кислород. Расход электроэнергии составляет 2,5 4,5 кBт•ч/кг щелочи.In addition, the balance of migration of these ions having different mobilities is ensured by concentration control. It was experimentally established that the ratio of flows circulating through the anode and cathode chambers, equal to 1 o C3: 1, corresponds to fluctuations of this balance within 0.7 <KtOH / HAn <1.3. Maintaining flows within the specified limits allows electrodialysis in a continuous mode characterized by stable current values, low voltage on the electrodialyzer, and low specific energy consumption for an unlimited time. The final products of electrolysis are 60% alkali cesium or rubidium, 15-30% acid and non-toxic electrode gases hydrogen and oxygen. Electricity consumption is 2.5 4.5 kW / h / kg alkali.
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Катодную и анодную камеры первоначально заполняют либо дистиллированной водой, либо в целях снижения расхода электроэнергии соответствующим раствором щелочи и кислоты, среднюю камеру насыщенным раствором кислородсодержащей соли. При включении тока в межмембранную камеру непрерывно подают раствор соли, в катодную и анодную камеры при достижении необходимых концентраций щелочи и кислоты - дистиллированную воду. При этом раствор соли циркулирует через реактор, где корректируется ее исходная концентрация, а католит и анолит циркулируют в системах катодной и анодной камер, откуда и выводятся при достижении необходимой концентрации растворы щелочи и кислоты. The proposed method is as follows. The cathode and anode chambers are initially filled either with distilled water, or in order to reduce the energy consumption of the corresponding alkali and acid solution, the middle chamber is saturated with an oxygen-containing salt solution. When the current is turned on, a salt solution is continuously fed into the intermembrane chamber, and distilled water is supplied to the cathode and anode chambers when the required concentrations of alkali and acid are reached. In this case, the salt solution circulates through the reactor, where its initial concentration is adjusted, and the catholyte and anolyte are circulated in the cathode and anode chamber systems, from where alkali and acid solutions are removed when the required concentration is reached.
Использование в качестве исходного насыщенного раствора соли обусловливает наиболее высокий массоперенос ионов из средней камеры через мембраны в катодную и анодную камеры, т.е. достижение высокого концентрирования с наибольшей скоростью. Снижение концентрации соли в растворе, разбавление, ведет к резкому снижению миграции через мембраны как анионов кислоты, так и катионов щелочного металла и повышению диффузии воды. В результате осуществления электродиализа разбавленных растворов получают щелочь и кислоту низких концентраций при высоком перенапряжении процесса и большом расходе электроэнергии. The use of salt as the initial saturated solution determines the highest mass transfer of ions from the middle chamber through membranes to the cathode and anode chambers, i.e. achieving high concentration at the highest rate. A decrease in the concentration of salt in the solution, dilution, leads to a sharp decrease in migration through the membranes of both acid anions and alkali metal cations and an increase in water diffusion. As a result of the electrodialysis of dilute solutions, alkali and acid of low concentrations are obtained with a high process voltage and high energy consumption.
Верхний (3: 1) и нижний (1:1) пределы соотношения потоков анолита и католита определяют соотношение величины миграции ионов, эффективность и устойчивость работы электродиализатора. Снижение соотношения менее (1:1) приводит к значительному увеличению концентрации анионов кислоты в анолите, при котором их миграция в анолит из средней камеры затрудняется, в результате чего в средней камере повышается кислотность. Повышение кислотности в анодной камере приводит к нарушению селективности биполярных мембран и усилению конкурирующей миграции ионов водорода наряду с ионами щелочного металла в катодную камеру, т.е. к снижению концентрации щелочи в католите. Превышение соотношения (3:1) приводит, наоборот, к усилению миграции анионов кислоты в разбавленный раствор анолита и нарушению баланса в средней камере, выражающемуся в защелачивании раствора соли, при котором в присутствии даже следовых количеств кальция происходит гипсование поверхности мембраны и резкое снижение ее пропускной способности. Возрастает напряжение на электролизе, падает ток, а значит, и производительность процесса. The upper (3: 1) and lower (1: 1) limits of the ratio of the flows of anolyte and catholyte determine the ratio of the migration of ions, the efficiency and stability of the electrodialyzer. A decrease in the ratio less than (1: 1) leads to a significant increase in the concentration of acid anions in the anolyte, in which their migration to the anolyte from the middle chamber is difficult, resulting in increased acidity in the middle chamber. An increase in acidity in the anode chamber leads to a violation of the selectivity of bipolar membranes and an increase in the competing migration of hydrogen ions along with alkali metal ions into the cathode chamber, i.e. to a decrease in the concentration of alkali in catholyte. Exceeding the ratio (3: 1) leads, on the contrary, to an increase in the migration of acid anions into the diluted anolyte solution and to an imbalance in the middle chamber, which results in alkalization of the salt solution, in which, in the presence of even trace amounts of calcium, the membrane surface is gypsum and its throughput decreases sharply abilities. The voltage on the electrolysis increases, the current drops, and hence the productivity of the process.
Использование катионселективной мембраны карбоксильного типа низкой влагоемкости и повышенной стойкости в концентрированных растворах щелочей позволяет в дополнение к вышеописанным условиям электродиализа повысить концентрирование щелочи от 25 до 60% и снизить напряжение на электродиализаторе до 8 9 В. The use of a carboxy type cation-selective membrane of low moisture capacity and increased resistance in concentrated alkali solutions allows, in addition to the electrodialysis conditions described above, to increase alkali concentration from 25 to 60% and reduce the voltage on the electrodialyzer to 8 9 V.
Турбулизация потоков электролитов циркуляцией способствует также концентрированию щелочи и кислоты вследствие снижения диффузионного перенапряжения переноса ионов через мембрану. Turbulization of electrolyte flows by circulation also promotes the concentration of alkali and acid due to a decrease in the diffusion overvoltage of ion transport through the membrane.
Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими примерами. The essence and advantages of the claimed invention can be illustrated by the following examples.
Пример 1. Осуществляют получение щелочи цезия и азотной кислоты в трехкамерном электродиализаторе с анионселективной мембраной со стороны анода и катионселективной мембраной карбоксильного типа со стороны катода. Насыщенный раствор, содержащий 250 г/л CsNO3, подают в среднюю камеру в циркуляционном режиме. Соотношение потоков анолита и католита составляет 1:1. При плотности тока 5 кА/м2 напряжение на электродиализаторе составляет 8,4 В, расход электроэнергии 4,0 кВт•ч/кг CsOH. Концентрация получаемой щелочи 55% кислоты 30% Содержание примесных элементов в щелочи, 3•10-4 NO3; 1,1•10-3 Fe; 1,6•10-3 Ca; 3,2•10-4 Ni; 1,6•10-4 Cr.Example 1. The alkali cesium and nitric acid are produced in a three-chamber electrodialyzer with an anion-selective membrane on the anode side and a cation-selective carboxyl type membrane on the cathode side. A saturated solution containing 250 g / l CsNO 3 is fed into the middle chamber in a circulating mode. The ratio of the flows of anolyte and catholyte is 1: 1. At a current density of 5 kA / m 2, the voltage on the electrodialyzer is 8.4 V, and the electric power consumption is 4.0 kW • h / kg CsOH. The concentration of alkali obtained 55% acid 30% The content of impurity elements in alkali, 3 • 10 -4 NO 3 ; 1.1 • 10 -3 Fe; 1.6 • 10 -3 Ca; 3.2 • 10 -4 Ni; 1.6 • 10 -4 Cr.
Пример 2. Осуществляют получение щелочи цезия и азотной кислоты в условиях примера 1. Соотношение потоков анолита и католита равно 3:1. При плотности тока 2 кА/м2 напряжение на электродиализаторе составляет 8,6 В, расход электроэнергии 3,3 кВт•ч/кг CsOH. Концентрация получаемой щелочи 50% кислоты 13% Содержание NO3 в щелочи равно 1,4•10% Сs в кислоте 4•10-3%
Пример 3. Осуществляют получение щелочи цезия и серной кислоты в условиях примера 1. Раствор сульфата цезия содержит 840 г/л Cs2SO4. Соотношение потоков анолита и католита равно 1,5:1. Получаемая щелочь содержит 61% CsOH, кислота 19% H2SO4. Расход электроэнергии составляет 2,5 кBт•ч/кг CsOH.Example 2. Carry out the production of alkali cesium and nitric acid under the conditions of example 1. The ratio of the flows of anolyte and catholyte is 3: 1. At a current density of 2 kA / m 2, the voltage on the electrodialyzer is 8.6 V, the power consumption is 3.3 kW • h / kg CsOH. The concentration of the obtained alkali 50% acid 13% The content of NO 3 in alkali is 1.4 • 10% Cs in acid 4 • 10 -3 %
Example 3. Carry out the alkali of cesium and sulfuric acid under the conditions of example 1. The solution of cesium sulfate contains 840 g / l Cs 2 SO 4 . The ratio of the flows of anolyte and catholyte is 1.5: 1. The resulting alkali contains 61% CsOH, acid 19% H 2 SO 4 . Electricity consumption is 2.5 kWh / kg CsOH.
Пример 4. Осуществляют получение щелочи рубидия и азотной кислоты в условиях примера 1. Раствор нитрата рубидия содержит 700 г/л RbNO3. Соотношение потоков анолита и католита равно 2:1. Получаемая щелочь содержит 54% RbOH, кислота 23% HNO3. При плотности тока 5 кА/м2 напряжение на электродиализаторе составляет 8,8 В, расход электроэнергии 4,5 кВт•ч/кг RbOH.Example 4. Carry out the alkali rubidium and nitric acid in the conditions of example 1. The solution of rubidium nitrate contains 700 g / l RbNO 3 . The ratio of the flows of anolyte and catholyte is 2: 1. The resulting alkali contains 54% RbOH, acid 23% HNO 3 . At a current density of 5 kA / m 2, the voltage on the electrodialyzer is 8.8 V, the power consumption is 4.5 kW • h / kg RbOH.
Основные технологические параметры предлагаемого способа и характеристики продуктов согласно примерам 1 4, а также примеры 5, 6 с запредельными значениями параметров и пример 7 со значениями параметров по прототипу представлены в таблице. The main technological parameters of the proposed method and product characteristics according to examples 1 to 4, as well as examples 5, 6 with transcendent values of the parameters and example 7 with the values of the parameters of the prototype are presented in the table.
Как видно из приведенных примеров, использование предлагаемого способа позволяет повысить концентрации щелочи до 60% против 25% и кислоты до 30% против 10% по прототипу. Попытки осуществить такое высокое концентрирование щелочей цезия или рубидия и кислородсодержащих кислот в условиях прототипа невыполнимы, а сам процесс электродиализа сопровождается 3 5-кратным повышением расхода электроэнергии. Реализация предлагаемого способа расширяет номенклатуру и область использования получаемых методом электродиализа продуктов высокой степени чистоты и концентрации. Получение щелочей из кислородсодержащих солей исключает выделение токсичных анодных газов, какими являются хлор или другие галогены, и представляет собой ресурсосберегающий, высокоэффективный и экологически чистый процесс. As can be seen from the above examples, the use of the proposed method allows to increase the concentration of alkali to 60% against 25% and acid to 30% against 10% of the prototype. Attempts to carry out such a high concentration of cesium or rubidium alkalis and oxygen-containing acids under the conditions of the prototype are not feasible, and the electrodialysis process itself is accompanied by a 3 5-fold increase in energy consumption. The implementation of the proposed method expands the nomenclature and scope of use obtained by electrodialysis of products of a high degree of purity and concentration. The production of alkalis from oxygen-containing salts eliminates the release of toxic anode gases, such as chlorine or other halogens, and is a resource-saving, highly efficient and environmentally friendly process.
Способ может быть использован для получения и других щелочей и кислородсодержащих кислот. The method can be used to obtain other alkalis and oxygen-containing acids.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93006373A RU2070426C1 (en) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93006373A RU2070426C1 (en) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93006373A RU93006373A (en) | 1996-02-10 |
| RU2070426C1 true RU2070426C1 (en) | 1996-12-20 |
Family
ID=20136693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93006373A RU2070426C1 (en) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2070426C1 (en) |
-
1993
- 1993-02-23 RU RU93006373A patent/RU2070426C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4290864, кл. 204-103, 1981. Заявка Японии N 60-40512, кл. C 25B 1/16, 1985. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2967807A (en) | Electrolytic decomposition of sodium chloride | |
| US2829095A (en) | Process for the production of acidic and alkaline solution from salt solution by multi-compartment electrolysis | |
| CA2928227C (en) | Processes and systems for preparing lithium hydroxide | |
| JP5138822B1 (en) | Method for producing high purity lithium hydroxide | |
| CA2528750A1 (en) | Boron separation and recovery | |
| RU2010142997A (en) | RECOVERY OF LITHIUM FROM AQUEOUS SOLUTIONS | |
| CN109772169A (en) | A kind of bipolar membrane electrodialysis system and its method for preparing lithium hydroxide | |
| FI94063C (en) | Process for simultaneous preparation of alkali metal or ammonium peroxodisulfate salts and alkali metal hydroxide | |
| WO1998059385A1 (en) | Lithium recovery and purification | |
| CA2250527A1 (en) | Electrolytic process for producing chlorine dioxide | |
| WO1992020836A1 (en) | Process for producing sodium hydroxide and ammonium sulfate from sodium sulfate | |
| WO2019228577A2 (en) | Process for preparing lithium chemical compounds by electrodialysis method and apparatus for performing this process | |
| US3402115A (en) | Preparation of quaternary ammonium hydroxides by electrodialysis | |
| US4310394A (en) | Process for preparing peroxydisulfates of alkali metals and ammonium | |
| US5395497A (en) | Process for the manufacture of an aqueous solution of sodium hydroxide | |
| US4578161A (en) | Process for preparing quaternary ammonium hydroxides by electrolysis | |
| US5308455A (en) | Process for the manufacture of sodium hydroxide | |
| US3450609A (en) | Electrolytic process for preparing hydrogen fluoride | |
| RU2070426C1 (en) | Method of preparing cesium or rubidium hydroxide and acid | |
| KR101746039B1 (en) | Method for producing lithium chloride | |
| CA1090286A (en) | Electrolytic production of sodium persulfate | |
| JP3265495B2 (en) | Method for producing nickel hypophosphite | |
| CZ346297A3 (en) | Process for preparing aqueous solution of sodium hydroxide | |
| US3767549A (en) | Method for producing basic aluminum chloride | |
| WO1990010733A1 (en) | Process for generating chloric acid and chlorine dioxide |