ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство натрия из "Прикладная электрохимия" Натрий был впервые получен электролизом NaOH (Г. Деви, 1807 г.), однако из-за отсутствия в то время мощных источников электрического тока этот способ не нашел применения в технике. В конце XVIII в. промышленное производство натрия (5—6 т/год) осуществлялось химическим способом Сен-Клер — Девилля путем взаимодействия солей натрия с углеродом при высокой температуре. Однако с появлением первых источников дешевой электроэнергии интерес к электролитическому способу вновь возрос. [c.519] Натрий — мягкий, серебристо-белого цвета металл, т. пл. 97,6 °С, хорошо проводит тепло и электрический ток, широко применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов. [c.519] Высокая электропроводность металла используется для передачи токов большой силы по трубам, заполненным натрием. Натрий обладает высокой теплопроводностью, поэтому применяется в качестве теплоносителя в различных двигателях и установках-Широкое применение находит натрий в качестве восстановителя многих металлов из их соединений титана, циркония, тантала, ниобия. [c.519] Сплавы свинца с небольшим количеством натрия применяются в качестве антифрикционных сплавов. Сплав натрия и 90% свинца используется для производства тетраэтилсвинца. При сжигании натрия на воздухе образуется перекись натрия (Na202), которая жадно поглощает из воздуха СОг и выделяет кислород. Этот процесс используется для очистки воздуха изолированных помещений от СОа. Перекись натрия — исходный материал для получения других перекисей, применяющихся для отбеливания тканей и при получении цианистых солей. Радиоактивные изотопы натрия служат в медицине для исследования физиологических функций организма и медицинской диагностики. [c.519] До 1925 г. почти весь натрий в промышленности получали электролизом едкого натра, но уже в 1930 г. этим методом производили только 50%, в 1940 г. — 15%, а в 1952 г. — 5% объема мирового производства натрия. Остальное количество натрия стали получать электролизом хлористого натрия. [c.520] Для снижения температуры плавления поваренной соли к электролиту добавляют некоторые соли. Однако эти добавки не должны содержать ионы, способные восстанавливаться на катоде вместе с натрием, ухудшать свойства электролита (электропроводность, плотность, вязкость и др.) и способствовать разряду на аноде какого-либо нежелательного продукта, например кислорода. [c.520] В промышленности используется несколько электролитов, из которых наибольшее применение нашли двойной электролит Na l и a I2 (58%) и тройной электролит Na l — СаС (21—42%) — Ba I2 (22—53%). Хлориды натрия и кальция образуют эвтектическую смесь с температурой плавления 505°С (рис. XVU-l). При введении хлорида бария температура плавления электролита снижается до 450 °С. Если нужно уменьшить содержание кальция в металлическом натрии, следует увеличить содержание ВаСЬ в электролите. При 550—600 °С натрий сравнительно мало растворяется в электролите, слабо реагирует с футеровкой ванны и незначительно с кислородом, а выход натрия по току достаточно высок. [c.520] Хлоридные электролиты, используемые для получения натрия, требуют предварительного обезвоживания, так как СаСЬ весьма гигроскопичен. Наличие даже незначительных количеств влаги ведет к быстрому разрушению графитовых анодов из-за выделения кислорода. Поэтому технологическая схема получения натрия из поваренной соли состоит из стадий подготовки соли и электролиза. Обычно кроме этих двух стадий имеются также стадии рафинирования натрия-сырца и подготовки анодного хлора для потребителя. [c.521] Подготовка солей заключается в подсушке поваренной соли и в прокаливании при 200 °С смеси солей, добавляемых к электролиту. [c.521] Кроме хлоридных электролитов были предложены фторидные, менее гигроскопичные, отличающиеся высокой электропроводностью. Однако на практике отдают предпочтение хлоридным электролитам, так как они менее чувствительны к изменению состава электролита в процессе электролиза и обладают низкими температурами плавления, что исключает перегрев натрия, получаемого в жидком виде. [c.521] Металлический натрий значительно легче электролита и всплы-. вает на его поверхность. Во избежание соприкосновения металла с воздухом над катодом установлен колокол — сборник, откуда натрий по трубе сливается в сборник с минеральным маслом. Хлор от графитового анода отсасывается по трубам. Для натриевых электролизеров характерен ввод анода снизу и разделение анодного и катодного пространств диафрагмой из железной сетки, которая подвешена к колоколам — сборникам натрия для предотвращения попадания натрия в анодное пространство. [c.521] Мощные современные электролизеры на 18—50 кА (за рубежом—ванны Даунса, в СССР — БГК-50) имеют сходную конструкцию (рис. XVII-2). [c.522] Выпускаемый из ванны металл отстаивается в течение 4 ч в стальных котлах под слоем солярового масла или парафина. Для дальнейшей очистки натрий фильтруют через никелевые фильтры. Натрий высокой чистоты получают термическим рафинированием. [c.522] Электролизом расплавов хлористых солей с катодом из жидкого свинца получают двойной сплав Na — Pb, из которого отгонкой может быть выделен чистый натрий, а также ценный тройной сплав свинца, содержащий 9% Na и 0,5% К и служащий исходным продуктом для производства тетраэтилсвинца. В качестве электролита применяется смесь 30—45 вес.% Nag Oa, 35—52 вес.% КС1 и 12—20 вес.% Na l. Жидкий циркулирующий катод облегчает катодный процесс и снижает напряжение на ванне (рис. ХУП-З). Аноды графитированы и для защиты от разрушения пропитаны фосфорной кислотой. Их вводят в электролит сверху напряжение на ванне регулируют в пределах 6,5—7 В путем подъема или опускания анодов специальным механизмом. Электролиз ведут при 620—700 °С, а — 1 А/см и — 0,3 А/см . При этом выход по току достигает 60—65%, а расход электроэнергии—1400 кВт-ч/т сплава. [c.522] Таким образом, если в реакцию вступает вся образующаяся на аноде вода, то расходуется половина катодного натрия и выход по току не может быть более 50%. [c.523] Возможны еще побочные реакции натрия с кислородом, электролитом и примесями, однако они не играют существенной роли. [c.523] Для повыщения выхода по току необходимо максимально снизить растворимость натрия в электролите и ускорить удаление образующейся воды из анолита. Растворимость натрия в электролите уменьшают путем снижения температуры электролита, что достигается применением двойного электролита NaOH + + Na2 0a (до 20%). Сода практически не вводится, она образуется при карбонизации NaOH. [c.523] Скорость растворения натрия в электролите пропорциональна увеличению поверхности соприкосновения натрия с расплавом. Эта зависимость должна быть учтена при конструировании ванн. [c.523] С повышением температуры увеличивается испарение воды с поверхности электролизера, что сокращает количество натрия, вступающего во взаимодействие с водой с образованием NaOH. Однако таким приемом следует пользоваться ограниченно, так как с повышением температуры увеличивается растворимость натрия. [c.523] В электролизерах современной конструкции удается получить натрий с выходом по току 75% путем подбора оптимальной объемной плотности тока в анолите и создания благоприятных условий для вывода из ванны части образующейся при электролизе воды. Вода выводится из электролизера вследствие ее испарения с поверхности электролита и захвата выделившимся на аноде кислородом. [c.523] Вернуться к основной статье