Электролиз поваренной соли

Этот электролизный процесс, названный хлорощелочным, изучался еще X. Дэви (1803 г.), а в 1879 г. русский ученый Н. Глухов запатентовал получение хлора электрохимическим способом из раствора хлорида натрия NaCl. В настоящее время электролиз поваренной соли является одним из самых дешевых электрохимических процессов: и хлор, и едкий натр, которые получаются в результате электролиза, – основные компоненты во многих химических производственных процессах.

Из хлора получают соляную кислоту, хлорную известь, фосген, тетрахлорметан (четыреххлористый углерод), поливинилхлорид. При его участии синтезируется ряд пластмасс, инсектицидов, фунгицидов, очищается и дезинфицируется вода и пр. Едкий натр – каустическая сода, как ее часто называют в быту – находит самое широкое применение в химической промышленности. Она используется в мыловаренной, фармацевтической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также для производства искусственного шелка, крашении тканей. Растворы едкого натра используют для очистки продуктов переработки нефти, минеральных и растительных масел. Нет, наверное, химической лаборатории, где бы не использовался едкий натр.

Исходным сырьем для хлорощелочного электролиза является легкодоступная поваренная соль. Она поступает в электролизные ванны в виде концентрированного раствора (305–310 г/л). Существуют ванны двух типов – с твердым железным катодом и с жидким ртутным. Химические реакции, происходящие на этих катодах, различны, но на аноде в обоих случаях выделяется хлор. На железном катоде выделяется водород, и катодное пространство обогащается едким натром, а на ртутном катоде выделяется металлический натрий. Он соединяется с ртутью, и образуется амальгама натрия. Догадываетесь, что создает условия для выделения водорода или натрия, не так ли?

– Перенапряжение.

– Да, перенапряжение водорода на ртутном катоде. В этом принципиальное различие между двумя типами электролизных ванн.

Мы уже говорили, что в ваннах с твердым катодом на последнем выделяется водород, а на аноде – хлор, а электролит обогащается едким натром. Трудность состоит в том, что хлор активно взаимодействует с едким натром.

Образуются хлорид и гипохлорит натрия. Гипохлорит также ценное вещество, но все-таки он используется не так широко, как NaOH. Поэтому необходимо предотвращать его образование. Проще всего это сделать, если анодное и катодное пространство разделить диафрагмой. Принципиальное устройство такой ванны не сложное. Полученный едкий натр вместе с неразложившейся еще поваренной солью постоянно отводится в нижнюю часть ванны. Хлор отводится из анодного пространства. Его можно использовать сразу в каком-нибудь процессе или сохранить; для этого его сжижают в баллоны.

При хлорощелочном электролизе с ртутным катодом диафрагма не нужна. Она состоит из двух отдельных частей. В одной из них – электролизаторе – из хлорида натрия образуются хлор и амальгама натрия. В другой части – в сосуде – амальгама обрабатывается горячей водой. Здесь протекает обычная химическая реакция. Натрий амальгамы взаимодействует с водой, образуются едкий натр и водород. Ртуть восстанавливается, стекает по наклонному дну и после этого насосом вновь подается в электролизатор. Продуктами электролиза, так же как в предыдущем случае, являются водород, хлор и едкий натр, но все они лучшего качества – более чистые. И это не единственное преимущество данного способа. В нем едкий натр образуется более высокой концентрации 650–700 г/л, в то время как в методе с использованием диафрагмы концентрация NaOH составляет лишь 120–130 г/л. А процесс концентрации растворов и выделение твердой каустической соды связан с дополнительным расходом энергии. Вместе с тем у ртутного метода есть и недостатки: используемые в нем электролизные ванны дороже, а работа со ртутью опасна для здоровья.

У нас, в Болгарии, хлорощелочной электролиз проводится на хозяйственном химическом комбинате в Девне. Там можно увидеть и расположенные в ряд ванны, и пористые диафрагмы, и графитовые электроды. А выделившийся хлор идет на производство винилхлорида и соляной кислоты.

Пример с хлорощелочным электролизом показывает, что цель электролизного процесса – это не всегда получение чистых химических элементов: металлов, водорода, кислорода, хлора и пр. В электролизных ваннах получают и многие другие химические соединения. Возможности электролиза намного шире. Давайте сейчас поговорим более подробно


Полезное чтиво:
О катодном восстановлении и анодном окислении
Процесс получения пероксида водорода
Электроорганические синтезы
Электрохимия газа
Охрана окружающей среды
Об электроне