1.3.Электролиз растворов хлоридов в ваннах с жидким катодом.

При электролизе в ваннах с ртутным катодом получают влажный хлор и амальгаму натрия. В разлагателе амальгаму натрия разлагают водой и получают водород и каустическую соду. «Ртутная» щелочь является очень чистой, содержит 99,7% основного вещества и 0,3% Na₂СО₃. Такая щелочь пригодна по степени чистоты для производства искусственного волокна. Концентрация щелочи составляет 42-50%, поэтому в дополнительной переработке она не нуждается и поступает на склад как товарный продукт. Стадия выпарки щелочи в ртутном методе производства отсутствует. Технологическая схема включает в себя следующие стадии: очистка рассола и обесхлоривание анолита; электролиз и разложение амальгаму.

Узел электролиза состоит из электролитической ванны, разлагателя и ртутного насоса (рис. 2). Электролизер представляет собой длинную прямоугольную емкость шириной 0,8-2 м и длиной 8-20 м. В крышке имеются отверстия с закрепленными в них графитовыми анодами. К наклонному дну ванны, по которому движется тонкий слой ртути, подведена катодная шина. Электролизер питается концентрированным раствором хлорида натрия (310-315 г/л). Из электролизера выходит обедненный раствор поваренной соли концентрацией 260-270 г/л. Степень конверсии хлорида натрия не превышает 15%. Обедненный рассол обесхлоривают и очищают, донасыщают и передают обратно в процесс электролиза. Хлор отводят через крышку ванны. Амальгаму натрия, содержащую 0,25-0,3% натрия, выводят в разлагатель, расположенный рядом с электролизером или под ним и заполненный графитовой насадкой. Разлагатель представляет собой стальной аппарат длиной, примерно равной длине электролизера. Его устанавливают с уклоном таким образом, чтобы образовавшаяся в нем ртуть передвигалась самотеком к ртутному насосу, В аппарат подают очищенную воду при 80-90 "С. Происходит разложение амальгамы натрия с образованием водорода и едкого натра концентрации около 50%.

Сопоставление двух способов производства щелочи показывает, что ртутные ванны имеют более высокий расход электроэнергии и значительно дороже при монтаже и эксплуатации по сравнению с диафрагменными. Условия труда в этих цехах тяжелые, а работа с ртутью представляет опасность для окружающей среды. Все эти недостатки привели к разработке нового способа производства щелочи. Способ мембранного, или ионоселективного, электролиза является модификацией диафрагменного электролиза. Одновременно он позволяет получать чистую и высококонцентрированную щелочь. Мембранный метод электролиза разработан недавно, но за рубежом получил широкое распространение, а в Японии повсеместно внедрен в производство.

1.4.Производство щелочи методом мембранного электролиза

В основе мембранного метода электролиза лежат физико-химические закономерности диафрагменного метода. В качестве катода используют сталь, аноды графитовые или из материала ОРТА. В электролизере получают хлор, водород и щелочь. Концентрация получаемой щелочи составляет 30-40%. Однако в перспективе концентрацию электролитической щелочи можно довести до 45%. В этом случае отпадает необходимость в выпарке щелоков. Мембранная щелочь получается чистой и по своему качеству соответствует «ртутному» NaOH. В то же время при этом методе исключается использование ртути, он экологически более чистый. Для мембранного метода электролиза характерен малый удельный расход электроэнергии. Все эти преимущества достигнуты в результате изменения материала диафрагмы. В качестве диафрагмы используют катионообменную мембрану на основе перфторуглеродных полимеров, к которым присоединены ионообменные группы —О₃Н или —СООН. По отношению к электролиту мембрана проявляет избирательные свойства. Она пропускает из анодного пространства катионы Na⁺ и задерживает анионы Сl^-, SO₄^2- и т.д. Поэтому в образующейся щелочи содержание NaCl не превышает 0,1%. Для обеспечения мембранного электролиза организуют два замкнутых циркуляционных контура: по анолиту и по католиту (рис. 3).

Для нормальной работы мембранного электролизера требуется тщательная очистка сырого рассола. В технологической схеме предусматривается двухступенчатая очистка от катионов Са²⁺ и Mg²⁺ первоначально содово-каустическим, а на второй стадии - ионообменным методом. Содержание Са²⁺ и Mg²⁺ в очищенном рассоле должно быть не более 0,005 г/л.

Едкий натр получают концентрацией 20-40%, содержание NaCl в нем менее 0,1% (мас). Хлоргаз содержит не более 2% (об.) кислорода, водород и оксиды углерода отсутствуют. Водород получают чистотой 100%.