ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрохимические способы получения хлора и щелочей из "Курс технологии минеральных веществ Издание 2" Электрохимическое производство хлора и щелочей представляет крупную отрасль промышленности, достигшую к настоящему времени значительного развития. [c.123] Электролиз водных растворов хлористых солей щелочных металлов получил широкое распространение. Причина быстрого развития этого способа получения хлора заключается в том, что в нем удачно сочетались техническое совершенство с экономичностью. Соли щелочных металлов легко растворимы в вод , хорошо проводят электрический ток и дают возможность пропускать через небольшие объемы их растворов большие количества электричества при невысоком напряжении. [c.123] Законы Фарадея. Электрохимический способ получения хлора основан на процессе электролиза водных растворов хлористых солей — Na l, K l, Mg U и др. Зависимость между количеством выделившихся на электродах веществ — продуктов электролиза и количеством электричества, протекающего через электролит, определяется законами Фарадея. [c.123] Практически, при электролизе для выделения одного грамм-эквивалента образовавшихся веществ требуется большее число кулонов , чем теоретически вычислено, вследствие некоторой утечки тока, протекания побочных реакций, потери продуктов электролиза и т. д. [c.124] Выход по току. Отношение теоретически необходимого количества электричества к фактически затраченному для выделения определенного количества продукта электролиза называется степенью использования тока. Обычно вычисляют не степень использования тока, а выход по току. [c.124] Выходом по току, или коэфициентом использования тока, называется отношение количества веществ, фактически выделившихся на электродах, к тому количеству, которое должно было бы выделиться согласно теоретическому расчету. При электролизе хлористого натрия в промышленных условиях выход по току составляет от 90 до 96-%. [c.124] например, при электролизе раствора хлористого натрия ш мнне, работающей при силе тока 1050 а, в течение суток выдеявлось 30,5 кг хлора. [c.125] Напряжение разложения. Для осуществления процесса электролиза необходимо, чтобы разность потенциалов между электродами достигла определенной, присущей данному электролиту величины, называемой напряжением, разложения. Если. напряжение питающего электролитическую ванну тока меньше напряжения разложения данного электролита, то ток через ванну не протекает и электролиз не происходит. [c.125] Напряжение разложения всякого электролита складывается из разности потенциалов между анодом и раствором, называемой анодным потенциалом, и разности потенциалов между катодом и раствором, называемой катодным потенциалом. Анодный и катодный потенциалы называются также потенциалами разряда (выделения) аниона ни катиона. [c.125] Теоретический анодный потенциал при электролизе раствора хлористого натрия равен 1,332 в. Теоретический катодный потенциал при электролизе хлористого натрия с твердым катодом составляет около 0,834 в. Таким образом, сумма теоретических анодного и катодного потенциалов при электролизе раствора хлористого натрия с образованием хлора, едкого натра и водорода равна около 2,166 в. [c.125] Действительное напряжение разложения всегда больше теоретического вследствие протекания побочных реакций, сопротивления элоктролита, а в ряде случаев из-за так называемого перенапряжения — ненормально высокого потенциала разряда некоторых ионов. [c.125] В случае разряда на электродах ионов металлов перенапряжение невелико в случае же выделения на электродах газообразных веществ — водорода, кислорода и т. п.—перенапряжение значительно больше. Величина перенапряжения сильно изменяется в зависимости от условий электролиза, материала электрода и характера его поверхности, температуры, времени, плотности тока, природы электролита и примесей в нем. Наибольшее перенапряжение наблюдается на цинке, свинце и особенно на ртути. [c.125] Уменьшить перенапряжение возможно применением электродов с губчатой и матовой поверхностями и повышением температуры электролита. Наоборот, повышение плотности тока и продолжительности электролиза увеличивает перенапряжение. [c.126] Степень использования электрической энергии. Установленное выше понятие о выходе по току еще не дает представления о действительном расходе электроэнергии. Действительный расход электроэнергии, обычно выражаемый в квт-ч на 1 кг полученного вещества, равняется произведению количества затраченного электричества (в ампер-часах) на напряжение в ванне (в вольтах). Следовательно, для увеличения коэфициента полезного действия электрохимического процесса необходимо стремиться к тому, чтобы это произведение в расчете на единицу готовой продукции было возможно меньше. Минимальный расход электрического тока определяется законом Фарадея, минимальное напряжение — напряжением разложения электролита. Отношение количества электроэнергии, необходимого для проведения заданного процесса, к действительно затраченному при электролизе называется выходом по энергии. При получении хлора электрохимическим способом выход по энергии колеблется ot5S до 65%. [c.126] Для экономии электроэнергии в технике стремятся подойти возможно ближе к 100%-ному выходу по току. Однако при этом неизбежно увеличивается напряжение на ванне, что связано с повышенным расходом электроэнергии. На практике обычно устанавливают оптимальные соотношения между силой тока в ванне и напряжением. [c.126] Однако процесс в действительности так не протекает, главным образом потому, что концентрация ионов гидроксила в растворе очень мала, тогда как концентрация ионов хлора велика. [c.127] Кроме того, кислород на применяемых в технике графитовых анодах выделяется с большим перенапряжением, чем хлор. Теоретическая величина анодного потенциала для разряда хлора на графите при 70° равна 1,33 в, практически же она поднимается до 1,48 в. Для кислорода в этих же условиях потенциал разряда еще выше. [c.127] Следовательно, в практических условиях потенциал разряда хлора из концентрированных растворов хлористого натрия будет всегда меньше, чем для кислорода, а потому на аноде будет выделяться почти чистый хлор. [c.127] Нормальный потенциал разряда на твердом катоде для натрия в случае нейтрального раствора равен 2,71 в для водорода в тех же условиях он составляет только 0,415 в. Следовательно, на твердом катоде даже при значительном для выделения водорода перенапряжении будет выделяться водород, а не металлический натрий. [c.127] Если вместо твердого катода применить ртуть, то на ней ионы натрия могут разряжаться как из щелочного, так и из нейтрального раствора и выделяющийся металл образует со ртутью амальгаму натрия. Выделение в этих условиях металлического натрия возможно, так как на ртути перенапряжение для выделения водорода больше, чем для натрия. [c.127] Вернуться к основной статье