Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
H2O + е = он- + V2H2.
Цропесс ионизации натрия протекает без перенапряжения, его скорость ограничена только подводом щелочного металла к анодно работающей поверхности амальгамы. Процесс выделения водорода на ртути й амальгаме натрия протекает с высоким перенапряжением. Поэтому скорость разложения водой чистой амальгамы натрия очень низка [39—45].
Для ускорения процесса разложения щелочных амальгам необходимо снизить перенапряжение выделения водорода. Это достигается обычно созданием контакта проводника первого рода, имеющего низкое перенапряжение для выделения водорода, с амальгамой и раствором. Образующийся короткозамкнутый элемент имеет в качестве анода амальгаму натрия, а в качестве катода — проводник первого рода с низким перенапряжением выделения водорода. Для того чтобы обеспечить устойчивую длительную работу элемента, материал катода не должен смачиваться амальгамой натрия. Кроме того, материал катода не должен в заметном количестве растворяться в ртути и должен быть коррозионностойким в условиях работы разлагателей промышленных электролизеров. Из большого числа опробованных материалов только графит нашел применение в промышленности, хотя поиски других материалов (карбиды титана и др.) продолжаются. В качестве насадки разлагателя предложен, например, карбид вольфрама [45а].
Имеются предложения по интенсификации разложения амальгамы путем осаждения на графите осадков металлов, плохо смачиваемых амальгамой и имеющих низкое перенапряжение выделения водорода [46]. В последнее время в качестве такой добавки был испытан молибден [47]. Активирование насадки в горизонтальных разлагателях сопряжено с трудностями, связанными с амальгамированием осадков металлов на насадке разлагателя. В разлагателях вертикального типа условия амальгамирования насадки иные, поэтому ее удается активировать на 1—2 года пропиткой солями железа и до 4 лет — солями молибдена [47].
Для процесса разложения амальгамы большое значейие имеет сопротивление в месте контакта графитовой насадки разлагателя с амальгамой, поэтому в горизонтальных типах разлагателей важна глубина погружения графитовой насадки в амальгаму: с увеличением глубины погружения заметно возрастает скорость разложения амальгамы. При увеличении глубины погружения насадки в амальгаму до 20 мм происходит снижение омического сопротивления контактов [48]. Закономерности работы разлагателя амальгамы рассмотрены в работе [48а].
Первоначально для разложения амальгамы применялись горизонтальные разлагатели, которые состояли из горизонтального желоба, расположенного с уклоном для обеспечения движения ртути. В желобе располагалась графитовая насадка. В разлагателях такого типа скорость разложения амальгамы пропорциональна периметру контакта трех фаз: графитовой насадки, амальгамы и раствора щелочи. Для улучшения разложения насадку разлагателя выполняют в виде плит из графита, перфорированных продольными пазами. По мере интенсификации процесса электролиза возникает необходимость обеспечить разложение увеличивающегося количества амальгамы натрия. Эти обстоятельства способствовали созданию и применению вертикальных разлагателей амальгамы.
Если при конструировании горизонтальных разлагателей в течение длительного времени исходили из эмпирических данных, то для вертикальных типов разлагателей возможно применение общих закономерностей по аналогии с распространенными в технике наса-дочными реакционными колоннами [49]. Преимуществом вертикальных разлагателей является их компактность, обеспечение практически полного разложения амальгамы и, при правильном инженерном решении, уменьшение удельных загрузок ртути.
Электродвижущая сила амальгамного элемента может быть определена из выражения:
?=1,021 +
RT
In
а
NaOH
а
(2.26)
Na
где ONaOH и «Na — активности едкого натра в растворе и натрия в амальгаме; 1,021 — стандартное значение э. д. с. амальгамного элемента, равное разности стандартных потенциалов амальгамного и водородного электродов, В.
Значения э. д. с. амальгамного элемента при 70 0G и концентрации натрия в амальгаме 0,2 вес. % для различных концентраций щелочи "приведены ниже І50]:
Концентрация щелочи, % ..... 10 20 30 40 50 60 70
Э. д. с, В . ,.......... 1,00 0,90 0,80 0,70 0,62 0,57 0,53
С ростом концентрации щелочного металла в амальгаме увеличивается э. д. с. элемента и облегчается подвод натрия к поверхности раздела фаз, что способствует увеличению тока разложения амальгамы.
¦|
При повышении концентрации щелочи происходит сильное снижение э. д. с. В зоне низких концентраций щелочж это явление частично компенсируется увеличением электропроводности раствора с ростом концентрации. Однако при концентрации NaOH выше 400 г/л и температуре около 100. °С одновременно с понижением э. Д. с. элемента наблюдается повышение электрического сопротивления и вязкости раствора, что приводит к значительному уменьшению скорости разложения.
Повышение температуры мало сказывается на значении э. д. с. элемента, но способствует увеличению электропроводности раствора, снижению перенапряжения выделения водорода и вязкости раствора", что в результате приводит к ускорению процесса разложения амальгамы,' скорость которого зависит также от конструктивного оформления разлагателя.
