4ОН - - 4е > О2 + Н2О.
Хлор, выделяющийся на аноде, частично растворяется в электролите, взаимодействуя с водой в соответствии с реакциями:
Cl2 + H2О > НСlO + НCl, Cl2 + ОН - НСlO + Cl-.
Образование свободной хлорноватистой кислоты в концентрированных водных растворах NаCl практически не изменяет ионного состава раствора вблизи анода вследствие слабой диссоциации этой кислоты, а следовательно, не влияет и на процесс электролиза.
На окисление ионов ClО- на аноде до ClО3- расходуется значительная доля тока, следовательно, указанные процессы являются нежелательными. Таким образом, выход по току продукта, обозначаемый обычно А, будет зависеть от тщательности разделения катодных и анодных продуктов. Кроме того, выход по току зависит от концентрации едкого натра в католите, от растворимости хлора в анолите, а последняя связана с концентрацией NаCl: чем выше концентрация NаCl в анолите, тем ниже растворимость хлора. Растворимость хлора в водных растворах концентрацией NаCl снижается также с повышением температуры. Этим и объясняется стремление направить на электролиз практически насыщенный водный раствор концентрацией NаCl и осуществлять процесс при температуре 85-90 єС. Выход хлора и щелочи по току в этих условиях составляет 92-96 %. Принципиальное устройство ванны с твердым катодом и вертикальной фильтрующей диафрагмой. Диафрагма делит ванну на катодное и анодное пространства. Уровень рассола в катодном пространстве ниже, чем в анодном, что обеспечивает фильтрацию рассола через диафрагму. Газообразный хлор отводится из анодного пространства, водород - из катодного. При электролизе хлорид натрия разлагается не полностью. Неразложившийся NаCl отделяют от каустической соды в процессе выпарки слабых щелоков. К применяемым при электролизе диафрагмам предъявляется ряд требований, в числе которых способность фильтрации электролита с заданной скоростью, химическая стойкость в растворах каустической соды и анолита, малое электрическое сопротивление. К интенсификации процесса электролиза приводит также укрупнение электролизеров, что резко снижает капитальные затраты. Принятая мощность промышленных электролизеров составляет 25 кА.
В качестве анодов в современных мощных электролизерах хлорной промышленности используются металлические аноды, изготовленные из титана с нанесением на их поверхность оксидов рутения.
При получении NаОН и Cl2 в электролизере с ртутным катодом на катоде электролизера протекает разряд ионов натрия с образованием амальгамы натрия:
Nа+ +е > Ка,
Nа+ +nHg > NаHg.
Ртутный катод обладает высоким перенапряжением выделения водорода, а равновесный потенциал разряда ионов натрия на ртути значительно ниже нормального потенциала натрия в результате образования амальгамы. На амальгаме натрия перенапряжение водорода еще выше, чем на чистой ртути, поэтому выделения водорода на ртутном катоде в ваннах промышленного типа практически не наблюдается. Кроме разряда ионов натрия, на амальгамном катоде происходит восстановление растворенного хлора, хлорноватистой кислоты и гипохлорита натрия. Эти реакции уменьшают выход по току, повышая расход электроэнергии.
Основной процесс, протекающий на аноде электролизера с ртутным катодом, аналогичен процессу, протекающему в электролизерах с диафрагмой:
2Cl?- 2е > Cl2.
Разложение образовавшейся амальгамы протекает в отдельном аппарате - разлагателе. Освобождающаяся ртуть возвращается в электролизер. В электролизерах с ртутным катодом можно получить чистую каустическую соду с концентрацией 42-50 %.
Мембранный метод получения NaОН и Cl2 появился сравнительно недавно. Развитию мембранного метода способствовало освоение производства устойчивых к агрессивным средам ионообменных мембран.
Для мембранного метода электролиза характерны меньший удельный расход электроэнергии, получение чистого едкого натра и отсутствие загрязнений окружающей среды.
В электролизерах с катионообменной мембраной устанавливают стальные катоды, графитовые или металлические аноды, а вместо диафрагмы - катионообменную мембрану.
галургический минеральный удобрение хлорид
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные элементы, входящие в состав растительных тканей и укажите их роль для жизнедеятельности растений.
2. Чем вызвана необходимость введения в почву минеральных удобрений (МУ) на современном этапе земледелия?
3. Приведите классификацию современных минеральных удобрений.
4. Какие методы используют для выделения хлорида калия из сильвинита?
5. В какой среде и почему проводятся процессы размола и флотации калийного сырья (сильвинита)?
6. На чем основан галургический метод выделения хлорида калия из сильвинита? Какие требования предъявляют к щелоку, циркулирующему в системе?
7. В чем преимущества и недостатки галургического метода выделения хлорида калия перед флотационным?
8. Охарактеризуйте основные виды азотных минеральных удобрений.
9. Чем объясняется слеживаемость нитрата аммония и какие меры принимаются для ее уменьшения?
10. Что представляет собой карбамид (мочевина) по химической природе?
11. Как влияют температура, давление и избыток аммиака на выход карбамида?
12. В чем преимущества полного жидкостного рецикла?
13. Какой процесс синтеза карбамида называется стриппинг-процессом?
14. Из какого сырья получают фосфорную кислоту и фосфорные минеральные удобрения?
15. Укажите промышленные методы производства фосфорной кислоты?
16. Как влияет концентрация серной кислоты на скорость разложения фосфатов?
17. Для чего в производстве восстановления фосфатов используются флюсы?
18. Укажите методы отвода теплоты в производстве термической фосфорной кислоты. Какой из них является предпочтительным?
19. В чем заключается преимущество поточного метода производства двойного суперфосфата?
20. Какие соли фосфорной кислоты входят в состав аммофоса?