Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом

На ртутном катоде разряд ионов гидроксония Н3О может происходить только при малых, менее 50 А/м, плотностях тока. В условиях промышленного электролиза водных растворов хлорида натрия в электролизерах с ртутным катодом плотность тока составляет 5-10 кА/м2. При такой плотности тока, вследствие перенапряжения потенциал разряда ионов Н3О составляет +2,0 В. В то же время, за счет растворения выделившегося металлического натрия в ртути, образуется амальгама Natign, представляющая качественно новый электрод, потенциал разряда натрия на котором составляет +1,2 В. Поэтому, на катоде будут разряжаться ионы натрия.

Первичные процессы разряда на аноде при электролизе с ртутным катодом те же, что и при электролизе с железным катодом. В табл. 3. приведены потенциалы разряда ионов и уравнения первичных процессов при электролизе с ртутным катодом.

Таблица 3

Электролиз с ртутным катодом

Электрод	Потенциал разряда, В			Первичная реакция
	Ер	Епер	Е
Катод	+2,71 0,84	- 0,26	+2,71 +1,10	Na+ + ē® Na H3O+
Анод	-0,83 -1,33	-1,07 -0,27	-1,90 -1,60	OH- Cl- - ē = 0,5 Cl2

Теоретическое напряжение разложения равно:

VT

=

Ek

+

Ea

= +1,2-(-1,6) = 2,8 В

Практически, при проведении электролиза с ртутным катодом на токоподводах электролизера поддерживается напряжение, равное 4,5 В.

Вторичные процессы при электролизе водного раствора хлорида натрия с ртутным катодом сводятся к реакци:

- разложение амальгамы натрия водой вне электролизера в разлагателе:

NaHgn

+

H

2

O

®

-

NaOH

+ 0,5

H

2

+

nHgn

- растворение натрия в ртути и образование жидкой амальгамы натрия в катодном пространстве.

Так как в электролизе с ртутным катодом не происходит разряда ионов НзО+, то концентрация ионов гидроксила в катодном пространстве электролизера не увеличивается и вторичные процессы в анодном пространстве отсутствуют.

Суммируя уравнения реакций первичных процессов и вторичных процессов образования и разложения амальгамы натрия, получаем уравнение процесса электролиза, идентичное ранее полученному:

NaCI

®

Na + 0,5Cl

Na + nHg ® NaHgn

NaHgn + H2O

®

NaOH + 0,5H2 + nHg

NaCl + H2O ® NaOH + 0,5H2 + 0,5Cl2

в разлагателе у анода

Электролизер, используемый в процессе электролиза с ртутным катодом, состоит из собственно электролизера (ванны) и разлагателя. Конструктивно разлагатель может быть объединен в одно целое с электролизером или вынесен отдельно. По дну ванны, имеющему небольшой уклон, непрерывно движется тонкий (толщиной 5 мм) слой ртути, являющийся катодом. Образующаяся в процессе электролиза жидкая амальгама натрия концентрацией не более 3×10-4 масс. дол., самотеком поступает в разлагатель, куда подается вода. Из разлагателя, выделяющийся водород поступает в общий коллектор, а раствор гидроксида натрия концентрацией 0,5 масс. дол. направляется в сборник щелока. На рис. 3. приведена принципиальная схема электролиза с ртутным катодом.

В табл. 4. даны характеристики наиболее распространенных электролизеров с ртутным катодом.

Таблица 4

Характеристики электролизеров с ртутным катодом

Показатель	Тип электролизера
	Р-101	Р-300
Сипа тока (нагрузка), кА	150	300
Напряжение, В	4,6	4,7
Выход по току, дол. ед.	0,95	0,95
Расход энергии на 1 т Cl2, кВт×ч	3620	3680
Производительность по Сl2, т /сутки	4,5	9,04

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru