6. Електроліз із ртутним катодом

Хоча частка хлору, каустичної соди і водню, що отримується при електролізі з ртутним катодом за останній час зменшується, але вона ще залишається значною.

У способі із ртутним катодом процес розділений на дві стадії. У власне електролізері йде отримання хлору і амальгами. Остання з електролізера надходить в інший апарат разлагатель, де розкладається водою. При цьому утворюється луг, водень і регенерується ртуть . Катодом у ванні є ртуть - на ній йде розряд іонів натрію, аноди графітові. Діафрагма не потрібно, тому що в електролізері виділяється тільки один газ - хлор.

Анодний процес у ваннах з ртутним катодом нічим не відрізняється від анодного процесу в ваннах з твердим катодом.

На ртутному катоді протікає інша електрохімічна реакція, ніж при електролізі з твердим катодом. На ртутному катоді відбувається розряд іонів натрію з утворенням сплаву натрію з ртуттю - амальгами:

Na ⁺ + nHg + → NaHg _n

До побічних процесів, що протікають на ртутному катоді, слід віднести виділення водню і разкладання амальгами з утворенням лугу і водню. На ртутному катоді також можливе відновлення молекулярного хлору:

Cl ₂ + ₂ → 2Cl ^-

Процес розкладання амальгами є другою стадією виробництва хлору, лугів за методом електролізу з ртутним катодом. Процес розкладання амальгами проводять в окремому апараті, який називається разлагателем. Електрохімічна реакція протікає в короткозамкненим гальванічному елементі, в якому амальгама є негативним електродом.

Умови електролізу. У промисловості використовують електролізери з горизонтальним розташуванням ртутного катода. Відповідно горизонтально розташовуються і аноди. Як матеріал для виготовлення анодів використовується графіт, а також застосовуються ОРТА. Знос графітових анодів складає 4 кг / т хлору. У результаті зносу відстань між електродами збільшується, що приводить до зростання напруги на електролізері. Для запобігання цього небажаного явища є пристрій для опускання графітових анодів у міру їх спрацювання. У сучасних електролізерах застосовують групове автоматизоване опускання анодів. Графітові аноди поступово витісняються мало зношувані ОРТА.

Щільність струму. Електроліз з ртутним катодом відбувається при більш високих електродних щільності струму, ніж електроліз з фільтруючою діафрагмою і з твердим катодом. Підвищити щільність струму при електролізі з графітовими електродами до 10 кА / м ² (1 А / см²⁾ вдається шляхом створення та вдосконалення системи регулювання міжелектродного відстані і перфорації анодів, що забезпечує ефективне видалення бульбашок газу. Електролізери, оснащені ОРТА можуть працювати при щільності струму до 14 - 15 кА / м ^2.

Склад розчину. Концентрація вихідного хлориду натрію, що надходить на електроліз з ртутним катодом, не відрізняється від концентрації електроліту, що подається в електроліт з твердим катодом і фільтруючою діафрагмою. Однак коефіцієнт розкладання хлориду при електролізі з ртутним катодом значно нижче і не перевищує 0,17. Це обумовлено залежністю потенціалу розряду іонів натрію і хлору від їх активності в розчині.

Для зменшення гідролізу хлору і зниження його вмісту в розчині рН електроліту повинен бути не менше 3. Зміст домішок кальцію може бути не більше 1 г / л, магнію - 0,005 г / л.

Температура. Підвищення температури при електролізі з ртутним катодом доцільно, з точки зору зниження напруги на електролізері за рахунок зменшення перенапруги виділення хлору, а значить падіння напруги в електроліті.

Однак з підвищенням температури знижується перенапруження виділення водню і збільшується швидкість розкладання амальгами в електролізері. Тому при підвищенні температури необхідно збільшувати і катодну щільність струму.