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Chlor-Alkali-Elektrolyse - Реферат


Реферат на тему:
Chlor-Alkali-Elektrolyse
Allgemein
Elektrolyse (Zerlegung durch elektrische Energie) w?ssriger L?sungen von Kochsalz dient zur Technischen Gewinnung von Chlor, Natronlauge und Wasserstoff.
" Normalpotentiale von Natrium (-2,7V), Wasserstoff (-0,4V), Chlor (+1,4V) und Sauerstoff (+0,8V) bei Natriumchloridl?sung von c=1mol/l
и Abscheidungspotential f?r Wasserstoff geringer als f?r Natrium und Sauerstoff geringer als Chlor
и An dem (-)-Pol gasf?rmiger Wasserstoff (Protonen durch Elektronenaufnahme zu Wasserstoff reduziert); an dem (+)-Pol Sauerstoff (durch Oxidation aus Hydroxidionen unter Bildung von Wasser)
" anstatt Sauerstoff sollte sich jedoch Chlor an der Anode ablagern
и durch Elektrodenmaterial hohe ?berspannung bei Sauerstoff und geringe bei Chlor
и Abscheidungspotential von Sauerstoff gr??er als von Chlor, dabei wird Graphit als (+)-Pol und billiges Eisen als (-)-Pol verwendet
" Am (+)-Pol wird Chlorid zu Chlor oxidiert und am (-)-Pol Protonen zu Wasserstoff reduziert
и L?sung mit unentladenen Natrium- und Hydroxidionen
" Gefahr: Vermischen von Chlor mit Wasserstoff => Chlorknallgasexplosion
" Verhinderung: Raum des (-)-Pols vom Raum des (+)-Pols durch ein Diaphragma-/Amalgamverfahren trennen, daf?r muss der Ausgangsstoff Natriumchlorid sorgf?ltig von Magnesium und Calcium gereinigt werden (diese bilden sonst schwerl?sliche Hydroxide, die das Diaphragma oder den Amalgamzersetzer verstopfen), au?erdem muss Sulfat sorgf?ltig entfernt werden, weil diese die Sauerstoff-?berspannung am (+)-Pol herabsetzt und dieser dort Hydroxidionen frei setzt und mit dem Graphit des (+)-Pols gasf?rmiges Kohlendioxid bildet => Verschluss des (+)-Pols
Amalgam-Verfahren (Quecksilber-Verfahren):
(-)-Pol Reduktion
2Na + 2e ' 2Na (mit Hg ' NaHg)
Folgeraktion:2Na + 2H O' 2Na + 2OH +H (+)-Pol Oxidation
2Cl ' Cl +2e
Redoxreaktion: 2Na + 2Cl +2H O ' 2Na + 2OH +2H +2Cl
Moderne Gro?anlagen haben Zellengr??en von ca. 35m?, Stromst?rken bis zu 450000A und Stromdichten von 10-15kA/m? (bis zu 65 Zellen erforderlich).
Die Elektrolyse findet bei 70°C in Stahlwannen statt.
Vorteile: Natronlauge wird getrennt von Natriumchloridl?sung erzeugt.
и sehr reine und hoch konzentrierte Lauge
Nachteile: Quecksilber und Quecksilberverbindungen werden zwangsl?ufig bei dem Abfluss aus der Amalgamerzeugungszelle mitgef?hrt. Weil diese sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, werden sie unter hohem Kostenaufwand aus den Elektrolytabw?ssern entfernt. Aufw?ndige Reinigungsma?nahmen der Elektrolyseanlagen
и Das Amalgamverfahren verliert immer mehr an Bedeutung.
Diaphragma-Verfahren:
(-)-Pol Reduktion
2H O ' 2H + 2OH
2H +2e ' H (+)-Pol Oxidation
2NaCl ' 2Na +2Cl
2Cl ' Cl +2e
2H O + 2e ' 2OH + H 2NaCl ' 2Na + Cl +2e
Redoxreaktion: 2NaCl + 2H O ' 2NaOH + Cl + H
Moderne Diaphragmazellen haben Stromst?rken von bis zu 150000A und Stromdichten von 2,0-2,74kA/m?, bei denen eine Zellspannung von 3,0-4,5V und ein Energieverbrauch von 2590-3250kWh/t Chlor erforderlich sind.
Vorteile: Reines Chlor entsteht, bei dem der Energieaufwand je kg Chlor etwa 3 kWh betr?gt, was somit um 0,5 kWh/kg geringer ist als beim Amalgamverfahren. Au?erdem k?nnen Hypochlorite und Chlorate hergestellt werden.
Nachteile: Die Natronlauge ist sehr verd?nnt und ist mit Natriumchlorid verunreinigt. Eine nachfolgende Salzabtrennung und ein Eindampfen der Natronlauge ist deshalb auch sehr notwendig.
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