Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 7-6 приведена зависимость потенциала графитового анода от плотности тока при условиях, аналогичных условиям работы последнего электролизера в каскаде I состав электролита (г/л): NaCl — 110-115, NaClO3 - 520, Na2CrO4 - 25; рН = 5,8 ч- 6,2]. После достижения значения потенциала 1,6 В резко изменяется наклон кривой, что соответствует изменению в ходе электрохимического процесса на аноде.
Все факторы, способствующие росту потенциала анода до критического значения, вызывают ускоренное разрушение графитового анода. В частности, повышение плотности тока до 1 кА/м2 привело к существенному увеличению износа графитовых электродов, позтому с целью снижения расхода графита целесообразно понижать плотность ток а до 0,7— 0,8 кА/м2. Следовательно, значение потенциала 1,6 В можно рассматривать как верхний
предел интенсификации процесса электролиза за счет повышения плотности тока в электролизере с графитовыми анодами.
При работе с пропитанными анодами фактическая плотность тока на аноде выше, чем в случае применения непропитанных анодов. Поэтому (см. рис. 7-6) увеличение износа пропитанных анодов наблюдалось при более низких плотностях тока, чем непропитанных анодов [56],
При проведении электролиза при 40 еС, конечной концентрации NaCl в электролите 100—110 г/л, концентрации Na2ClO4 6— 8 г/л и плотности тока 1000 А/м2расход графитовых анодов, пропитанных 15%-ным раствором льняного масла, составил: для графита с первоначальной пористостью 25—30% и механической прочностью 200 кгс/см2 — 19 кг/т, для графита с первоначальной пористостью 20—25% и механической прочностью 300—350 кгс/см2 — 14 кг/т. Качество графита оказывает существенное влияние на его удельный расход.
700 SOO 2500 10000
2
Рис. 7-6. Стационарные гальваноста-тические кривые для графитовых анодов в условиях получения хлората натрия при 40 °С:
І — непропитанный графит; 2 — графит, пропитанный 15%-ным раствором льняного масла в четыреххлористом углероде.
При плотностях тока не выше верхнего предела интенсификации основной причиной роста среднего напряжения на электролизерах во время работы и соответственно расхода электроэнергии является увеличение потерь напряжения в анодах за счет износа графитовых анодов и значительного внутреннего разрушения графита. Эти потери растут с увеличением плотности тока. Большое значение приобретают конструктивные решения, обеспечивающие снижение омических потерь в анодах при высоких плотностях тока. Это особенно важно, так как такая эффективная мера защиты от внутреннего износа, как возможно более полное закрытие пор графита пропитывающим веществом, может при прочих равных условиях привести к возрастанию анодного потенциала выше предельного.
Износ графитовых анодов увеличивается при повышении температуры, поэтому при применении графитовых анодов температуру электролиза поддерживают не выше 40—45 °С. Ниже приведена зависимость износа графитовых анодов и расхода тока на образование CO3 от температуры при получении хлората натрия электролизом при плотности тока 400 А/м2 [59]:
Температура, °С
Концентрация NaCl, г/л
ч.
Температура, °С
Концентрация NaCl1 г/л
120
240
120
240
Износ графитового
26
2
1
Расход тока на об-
26
2
1
анода, г/1000 А-ч
43
8
3
разование CO2,
43
6
2,5
66
20
11
%
66
13
7,5
Рассматривался вопрос о применении охлаждаемых изнутри графитовых анодов [60] с целью снижения расхода графита и возможного увеличения плотности тока на анодах до 1,5 кА/м2, однако практического решения он не нашел из-за громоздкости таких анодов.
В процессе электролиза при уменьшении концентрации хлорида натрия стойкость графитовых анодов снижается, особенно при содержании NaCl менее 100 г/л [59].
Как показали исследования [51, 52, 55—61], потенциал анода возрастает для непропитанных анодов особенно сильно при концентрации NaCl в электролите менее 100—110 г/л. Для пропитанных анодов сильный рост потенциала наблюдается уже при концентрации NaCl ниже 140—150 г/л. Уменьшение концентрации NaCl приводит к росту потенциала выше критического и усиливает разрушение графита. *
Стойкость графитовых анодов снижается с повышением плотности тока [56]. Это объясняется увеличением анодного потенциала и соответственно ростом скорости разряда кислорода и сгорания анода.
Для увеличения стойкости графитовые аноды пропитывают льняным маслом, хлорированным льняным маслом, хлорнафталином, талловой олифой и другими веществами [62—65]. Чаще всего применяют пропитку графитовых анодов раствором льняного масла в четыреххлористом углероде. Необходимо учитывать, что пропитка анодов приводит к уменьшению работающей поверхности графитового анода, росту фактической плотности тока и увеличению потенциала анода при анодной поляризации. Поэтому при высоких плотностях тока эффект пропитки анодов снижается, а иногда и вовсе пропадает.
Графит может применяться также и в качестве катодного материала. Это целесообразно при биполярном включении электродов. Для снижения напряжения выделения водорода на графите предложено покрывать его слоем хрома или молибдена. Перенапряжение выделения водорода на таких электродах близко к его значению для соответствующих металлических катодов [66].
