Електроліз із ртутним катодом
Хоча частка хлору, каустичної соди і водню, одержувана при електролізі з ртутним катодом останнім часом зменшується, але ще залишається значною.
У способі з ртутним катодом розділений процес на дві стадії. У власне електролізері йде одержання хлору та амальгами. Остання з електролізера надходить до іншого апарату розкладач, де розкладається водою. При цьому утворюється луг, водень та регенерується ртуть (рис. 8.1б). Катодом у ванні є ртуть - на ній йде розряд іонів натрію, графітові аноди. Діафрагма не потрібно, тому що в електролізер виділяється тільки один газ - хлор.
Анодний процес у ваннах із ртутним катодом нічим не відрізняється від анодного процесу у ваннах із твердим катодом.
На ртутному катоді протікає інша електрохімічна реакція, ніж за електролізі з твердим катодом. На ртутному катоді відбувається розряд іонів натрію з утворенням сплаву натрію з ртуттю - амальгами:
Na+ + nHg+ →NaHgn (8.ж)
До побічних процесів, що протікають на ртутному катоді, слід віднести виділення водню та розкладені амальгами з утворенням лугу та водню. На ртутному катоді також можливе відновлення молекулярного хлору:
Cl2 + 2 → 2Cl- (8.з)
Процес розкладання амальгами є другою стадією виробництва хлору, лугів методом електролізу з ртутним катодом. Процес розкладання амальгами проводять в окремому апараті, що називається розкладачем. Електрохімічна реакція протікає у короткозамкненому гальванічному елементі, в якому амальгама є негативним електродом.
Умови електролізу.У промисловості використовують електролізери з горизонтальним розташуванням ртутного катода. Відповідногоризонтально розташовуються й аноди. Як матеріал для виготовлення анодів використовується графіт, а також застосовуютьсяОРТА. Зношування графітових анодів становить 4 кг/т хлору. В результаті зношування відстань між електродами збільшується, що призводить до зростання напруги на електролізері. Для запобігання цього небажаного явища є пристрій для опускання графітових анодів у міру спрацьовування. У сучасних електролізерах застосовують групове автоматизоване опускання анодів. Графітові аноди поступово витісняються малозношуваніОРТА.
Щільність струму.Електроліз з ртутним катодом відбувається при більш високих електродних щільності струму, ніж електроліз з діафрагмою, що фільтрує, і з твердим катодом. Підвищити щільність струму при електролізі з графітовими електродами до 10 кА/м 2 (1 А/см 2 ) вдається шляхом створення та вдосконалення системи регулювання міжелектродної відстані та перфорації анодів, що забезпечує ефективне видалення бульбашок газу. Електролізери, оснащеніОРТАможуть працювати за 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 фільтруючої діафрагмою. Однак коефіцієнт розкладання хлориду при електролізі з ртутним катодом значно нижчий і не перевищує 0,17. Це зумовлено залежністю потенціалу розряду іонів натрію та хлору від їхньої активності в розчині.
Для зменшення гідролізу хлору та зниження його вмісту в розчинірНелектроліту має бути не менше 3. Вміст домішок кальцію може бути не більше 1 г/л, магнію – 0,005 г/л.
Температура.Підвищення температури приелектроліз 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 перенапруга виділення водню та збільшується швидкість розкладання амальгами в електролізері. Тому при підвищенні температури необхідно збільшувати катодну щільність струму.