4.4.3. Ртутный насос

Перекачивание ртути из разлагателя в электролизер осуществляется конусным центробежным насосом погружного типа (рис.4.17). Насос работает следующим образом. В неподвижный конический корпус снизу поступает ртуть. В корпусе вращается конический ротор. Под действием центробежных сил ртуть приобретает форму параболоида вращения и поднимается вверх. Ротор и корпус насоса расширяются кверху. При вращении ротора ртуть не только приводится во вращательное движение, но и за счет центробежных сил получает составляющую движения радиально от ротора. Отражаясь от стенки корпуса (рис.4.17, Б), ртуть получает вертикальную составляющую движения, под действием которой поднимается вверх.

Рис.4.17. Схема ртутного насоса.

1-корпус, 2- конусный ротор, 3- отбойник, 4- подшипниковый узел, 5 - подшипник, 6-электродвигатель.

При этом, чем больше радиус ротора, тем больше линейная составляющая скорости движения, тем больше подъемная сила. В верхней части конуса ртуть сбрасывается в виде множества мелких струек, поступает в кольцевой желоб и отводится в электролизер. Высота подъема ртути в насосе такого типа достигает около 1 м. При большей высоте насоса трудно сбалансировать ротор и ртуть сильно дробится.

4.4.4. Разлагатели амальгамы

Разлагатели амальгамы предназначены для разложения амальгамы с получением чистой ртути, щелочи и водорода:

2NaHg + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + 2Hg.

Для разложения амальгамы в разлагатель подается вода. Скорость подачи воды не зависит от скорости протока рассола по электролизеру и определяется только количеством и концентрацией амальгамы. В принципе, это дает возможность получения щелочи любой концентрации, вплоть до стехиометрической. Однако такой процесс займет бесконечно время, а степень извлечения натрия из амальгамы уменьшится.

Практически, разлагатель работает синхронно с электролизером и связан с ним непрерывным потоком ртути. Очень важно, чтобы скорость образования амальгамы в электролизере была равна скорости ее разложения в разлагателе, а степень разложения была близка к единице. Поэтому поддерживается такой расход воды, что реально получаемая концентрация щелочи в разлагателе ртутного электролизера составляет 600-700 г/л.

Процесс разложения амальгамы сопровождается выделением водорода. Перенапряжение выделения водорода на ртути очень велико и данная электрохимическая реакция протекает достаточно медленно. Для интенсификации процесса, повышения плотности тока и, соответственно, уменьшения габаритов электролизера, необходимо уменьшить перенапряжение выделения водорода. Это достигается тем, что в разлагатель вводят графитовые блоки, образующие короткозамкнутый гальванический элемент с амальгамой (рис.4.18).

Рис.4.18. Схема коррозионного элемента при разложении амальгамы в разлагателе.

1- амальгама, 2- графит, 3- вода, 4-пузырьки водорода

Натрий из амальгамы разряжается на графите, погруженном в амальгаму. По графиту электроны переносятся к воде. При разряде воды образуется водород и ионы гидроксила. Ионы натрия переносятся из амальгамы к ее поверхности и выходят в воду, электрически уравновешивая отрицательный заряд ионов гидроксила. Так образуется щелочь.

Перенапряжение выделения водорода на графите значительно меньше, чем на ртути. Для дальнейшего уменьшения перенапряжения обычно увеличивают температуру, так что разлагатели обычно нагреты до 90-100^оС.

Высокая температура раствора и использование графита понижают поляризационное сопротивление выделения водорода на столько, что на скорость реакции оказывает влияние не только электрохимическая, но и диффузионная кинетика.

Влияние диффузионной кинетики обусловлено относительно невысокими концентрациями натрия в амальгаме, что приводит к необходимости интенсивного ее перемешивания для доставки металлического натрия к поверхности раздела амальгама - раствор. Таким образом, работа разлагателя должна отвечать требованиям как электрохимической так и диффузионной кинетики:

- выделение водорода на материале с невысоким перенапряжением;

- высокая температура;

- интенсивное перемешивание раствора для ускорения процесса переноса .

Все эти требования должны быть реализованы в любом разлагателе, независимо от его конструкции.

Конструктивно, разлагатели делят на горизонтальные и вертикальные.