4. Электролиз водных растворов хлоридов с применением стального катода.

Производство состоит из следующих основных процессов (или стадий):

– приготовление и очистка раствора хлорида натрия (рассола);

– электролиз;

– осушка хлора и перекачивание хлора;

– сжижение хлора;

– выпаривание электролитической щелочи.

4.1. Приготовление и очистка рассола.

Твёрдую поваренную соль (NaCl) для приготовления рассола загружают в бак (обычно заглублённый в землю) сверху, а снизу подаётся вода, которая проходит через слой соли и растворяет её. Циркуляция рассола осуществляется центробежным насосом, что ускоряет растворение соли.

Концентрированный рассол, содержащий 310 – 315 г/дм³ NaCl, подаётся из баков в сборники сырого рассола и затем идёт на очистку.

Сырой рассол содержит механические примеси (например, песок), а также растворимые в воде сульфаты кальция, магния и другие соли. Для нормального протекания электролиза и достижения высоких выходов по току рассол должен быть тщательно очищен от примесей.

Растворимые соли кальция и магния, содержащиеся в рассоле, в процессе электролиза образуют малорастворимые соединения, что отрицательно сказывается на работе электролизёра. Поэтому очистка от солей калия и магния необходима.

Рассмотрим два способа очистки рассола от ионов Са²⁺ и Mg²⁺:

– содово-каустический

– содово-известковый.

Содово-каустический способ очистки.

В основе этого метода лежит взаимодействие ионов кальция с карбонатом натрия (содой):

Са²⁺ + СО₃^2- = СаСО₃↓ (4.1)

и также взаимодействие ионов магния с гидроксидом натрия:

Mg²⁺ + 2ОН^- = Mg(ОН)₂↓ (4.2).

Раствор отстаивают и отфильтровывают от выпавших в осадок веществ СаСО₃ и Mg(ОН)₂ .

В производстве для очистки обычно используют обратный рассол.

Для реакции (4.1) вместо кальцинированной соды (Na₂CO₃) используют предварительно карбонизованный обратный рассол. В обратном рассоле содержится 2 – 2,5 г/дм³ NaOH. При карбонизации этого раствора образуется карбонат натрия, который идет на реакцию (4.1). Для карбонизации обычно используется отбросной СО₂ (например, образующийся в известково-обжиговых печах).

Для реакции (4.2) очищаемый рассол смешивают с обратным рассолом, так как в нём содержится NaOH (2 – 2,5 г/дм³).

Использование обратного рассола для очистки от ионов Са²⁺ и Mg²⁺ экономично, так как сокращается расход соляной кислоты на нейтрализацию NaOH, содержащегося в обратном рассоле.

Содово-известковый способ очистки.

Если вблизи есть содовое производство, то очистка рассола для обоих заводов выгодно применять содово-известковый способ.

Осаждение ионов Са²⁺ происходит кальцинированной содой по уравнению (4.1):

Са²⁺ + СО₃^2- = СаСО₃↓

Удаление ионов магния – известковым молоком Са(ОН)₂:

Mg²⁺ + Са(ОН)₂ = Mg(ОН)₂↓ + Са²⁺ (4.3).