Электролиз с ртутным катодом

Электрод	Потенциал разряда, В			Первичная реакция
	Ер	Епер	Е
Катод	+2,71 0,84	- 0,26	+2,71 +1,10	Na+ + ē® Na H3O+
Анод	-0,83 -1,33	-1,07 -0,27	-1,90 -1,60	OH- Cl- - ē = 0,5 Cl2

 

Теоретическое напряжение разложения равно:

V_T = E^k + E^a = +1,2-(-1,6) = 2,8 В

 

Практически, при проведении электролиза с ртутным катодом на токоподводах электролизера поддерживается напряжение, равное 4,5 В.

Вторичные процессы при электролизе водного раствора хлорида натрия с ртутным катодом сводятся к реакци:

- разложение амальгамы натрия водой вне электролизера в разлагателе:

NaHg_n + H₂O ® - NaOH + 0,5H₂ + nHg_n

 

- растворение натрия в ртути и образование жидкой амальгамы натрия в катодном пространстве.

Так как в электролизе с ртутным катодом не происходит разряда ионов НзО⁺, то концентрация ионов гидроксила в катодном пространстве электролизера не увеличивается и вторичные процессы в анодном пространстве отсутствуют.

Суммируя уравнения реакций первичных процессов и вторичных процессов образования и разложения амальгамы натрия, получаем уравнение процесса электролиза, идентичное ранее полученному:

NaCI ® Na + 0,5Cl

Na + nHg ® NaHg_n

NaHg_n + H₂O ® NaOH + 0,5H₂ + nHg

NaCl + H₂O ® NaOH + 0,5H₂ + 0,5Cl₂

в разлагателе у анода

Электролизер, используемый в процессе электролиза с ртутным катодом, состоит из собственно электролизера (ванны) и разлагателя. Конструктивно разлагатель может быть объединен в одно целое с электролизером или вынесен отдельно. По дну ванны, имеющему небольшой уклон, непрерывно движется тонкий (толщиной 5 мм) слой ртути, являющийся катодом. Образующаяся в процессе электролиза жидкая амальгама натрия концентрацией не более 3×10^-4 масс. дол., самотеком поступает в разлагатель, куда подается вода. Из разлагателя, выделяющийся водород поступает в общий коллектор, а раствор гидроксида натрия концентрацией 0,5 масс. дол. направляется в сборник щелока. На рис. 3. приведена принципиальная схема электролиза с ртутным катодом.

В табл. 4. даны характеристики наиболее распространенных электролизеров с ртутным катодом.

 

Таблица 4

Характеристики электролизеров с ртутным катодом

Показатель	Тип электролизера
	Р-101	Р-300
Сипа тока (нагрузка), кА	150	300
Напряжение, В	4,6	4,7
Выход по току, дол. ед.	0,95	0,95
Расход энергии на 1 т Cl2, кВт×ч	3620	3680
Производительность по Сl2, т /сутки	4,5	9,04

 

Сопоставление диафрагменного и ртутного методов производства едкого натра и хлора позволяет заключить, что:

- электролизеры с ртутным катодом потребляют больше энергии вследствие высокого напряжения разложения, эксплуатация их сложнее, капитальные затраты выше, а условия труда из-за токсичности ртути тяжелее. Однако в них можно получать более концентрированные и свободные от хлорида натрия щелока, что об легчает последующее выделение гидроксида натрия,

- электролизеры с железным катодом позволяют использовать в качестве сырья подземные рассолы, тогда как в ваннах с ртутным катодом применяется только чистая соль. Их недостаток - высокое (до 0,04 масс. дол. против 0,0005 масс. дол. в ртутных ваннах) содержание в щелоке хлорида натрия, затрудняющее его переработку.

Себестоимость гидроксида натрия полученного электролизом с ртутным катодом на 10-15% выше, чем себестоимость полученного диафрагменным методом.

Дальнейшее совершенствование процесса производства гидроксида натрия и хлора электрохимическим методом заключается в:

- разработке процесса, сочетающего диафрагменный и ртутный методы, в котором твердый хлорид натрия, полученный выпариванием обратного щелока из диафрагменного электролизера, поступает на донасыщение анолита из ванн с ртутным катодом,

- внедрение электролизеров диафрагменного типа с ионообменной мембраной.

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: