Chlorek sodu

składnik złóż soli kamiennej (osadowe)

W Polsce - na Podkarpaciu (Wieliczka i Bochnia)

• Wał Kujawsko-Pomorski

• wschodnie Pomorze

• monoklina przedsudecka

Metody wydobywania: górnicza, ługowanie komorowe, ługowanie otworowe.

W zależności od sposobu przerobu otrzymuje się sodę lub Cl₂ i ług sodowy.

Proces przeróbki soli kamiennej - etapy:

1. rozpuszczanie

2. oczyszczanie

3. elektroliza

4. rozkład amalgamatu

5. oczyszczanie chloru

Rozpuszczanie soli kamiennej w bunkrze magazynowym - rozcieńczonym roztworem solanki temperatura 75 °C. ⇒ Stężony roztwór solanki, ok. 300 g NaCl/dm³ Transportowany do osadnika - dekantacja i filtracja nierozpuszczalnych soli.

Elektrolizer - zamknięta wanna, na dnie warstwa rtęci.

A : Cl₂

K : amalgamat z Na

Praca elektrolizera przy ciągłym dopływie roztworu stężonej solanki.

Solanka po przejściu przez elektrolizer - do bunkra magazynowego (ponowne rozpuszczenie soli kamiennej.

Amalgamat z dna elektrolizera do pojemnika z wodą. Rozpad wg. reakcji:

2 Na + 2 HOH → 2 NaOH + H₂

Rtęć bez sodu do elektrolizera. Produkty gazowe Cl₂ i H₂ oczyszczane z mgły solnej i pary wodnej. Elektroliza z wydajnością prądową 98 %.

Produkcja sody:

Metoda Leblanca 2 NaCl + CaCO₃ = Na₂CO₃ + CaCl₂

Metoda Solvaya NaCl + NH₄HCO₃ NaHCO₃ + NH₄Cl

Elektrochemiczna metoda produkcji chloru:

Sumaryczny efekt procesu elektrolizy

2 NaCl + 2 H₂O Cl₂ + H₂ + 2 NaOH

Dysocjacja reagentów: H₂ O H⁺ + OH^- NaCl Na⁺ + Cl^-

Na anodzie potencjał rozkładowy OH^- = + 0.82 V

Cl^- = + 1.36 V

Teoretycznie tlen 4 OH^- - 4 e^- 2 H₂O + O₂

Wydzielanie chloru: - elektrody grafitowe

• elektrody tytanowe z RuO₂ i TiO₂

Katoda: 2 H₂O + 2 e^- H₂ + 2 OH^-

Anoda: 2 Cl^- Cl₂ + 2 e^-

Jony OH^- i Na⁺ tworzą wodorotlenek sodowy w roztworze (ług sodowy)

Część chloru: Cl₂ + H₂O HClO + HCl

1. stosowanie separacji płynów anodowego i katodowego - eliminacja powstawania ClO^- ; ClO₃^- i O₂ , który utlenia elektrody grafitowe (metoda przeponowa).

2. Użycie elekrod rtęciowych. Na katodzie wydziela się wyłącznie sód, który rozpuszcza się w rtęci:

Na⁺ + e^- + xHg NaHg_x amalgamat sodowy

Pod wpływem gorącej wody + grafit - tworzy się ogniwo:

Anoda: amalgamat NaHg_x - e^- Na⁺ + xHg

Katoda: grafit H₂O + e^- OH^- + 0.5 H₂

2 NaHg_x + 2 H₂O 2 NaOH + H₂ + xHg

Rtęć użyta zostaje ponownie w elektrolizerze

H₂

roztwór NaOH (stężenie ok. 50 %)

Katody żelazne - wydziela się wodór !

Potencjał rozkładowy H₂ przy elektrodzie Hg - 1.7 ÷ (- 1.85) V

elektroda żelazna - 0.413 V

Potencjał rozkładowy Na przy elektrodzie Hg - 1.2 V

elektroda żelazna - 2.71 V

Czynniki zwiększające wydajność prądową:

1. Jak największe stężenie chlorku sodowego

2. Utrzymanie jak najwyższej temperatury

• wzrost przewodnictwa

• wzrost ruchliwości Cl^- w stosunku do OH^-

3. Hamowanie dopływu jonów OH^- do anody.

Elektrolizery przeponowe

1. Z poziomą przeponą

Płaska skrzynia z blachy stalowej na izolatorach, podłączona do ( - ) katoda z siatki lub perforowanej blachy stalowej (nie hamuje przepływu prądu elektrycznego i strumienia solanki). Na katodzie tkanina azbestowa i warstwa włókien azbestowych z BaSO₄ - przepona.

Nad przeponą płyty anodowe. Elektroliza zachodzi w cienkiej warstwie elektrolitu (2 - 6 cm). Szybkość sączenia się elektrolitu maleje z czasem (zwiększenie wysokości słupa solanki by wyeliminować ten efekt).

Elektrolizer wyłącza się, czyści i wytwarza nową przeponę.

Cykl pracy - kilka miesięcy.

2. Z osadzoną przeponą

Bloki betonowe z góry i z dołu. Ściany ze stali. Pionowe, płaskie anody grafitowe - zalane Pb + asfalt. Między anodami - pionowe klatki katodowe z siatki stalowej. Na katodach przepony z włókien azbestowych - specjalnie preparowane. Pracują około roku. Napięcie 3.3 - 3.8 V

Instalacja do elektrolizy przeponowej

NaCl z H₂O + popłuczyny - oczyszczanie z Ca²⁺ , Mg²⁺ , SO₄^2- .

Osad na prasach filtrowych. Klarowna solanka jest ogrzewana i kierowana do elektrolizera. Elektrolizery ustawione są w grupach szeregowych.

Elektrolizery rtęciowe

Elektrolizer poziomy

1 część : elektrolizer, w którym przebiega elektroliza z wydzieleniem Cl₂ i amalgamatu.

2 część : urządzenie do rozkładu amalgamatu, w którym powstaje ług sodowy i wodór.

Długie koryto stalowe, nachylone pod małym kątem do poziomu - grawitacyjny ruch rtęci.

Odstęp pomiędzy A i K rtęciową na dnie elektrolizera - kilkanaście mm.

Amalgamat sodowy ( ok. 0.2 % Na). Napięcie 4.4 - 5 V.

Metoda membranowa

membrana - polimer jonowymienny, który charakteryzuje się:

1. duża selektywność (nierozpuszczalna dla anionów)

2. mały opór elektryczny - małe nadnapięcie na elektrolizerze, powoduje to obniżenie zużycia energii

3. długie okresy pracy

4. znaczna odporność mechaniczna

Otrzymujemy 40 % roztwór NaOH

Produkty elektrolizy roztworów NaCl

1. Oczyszczanie i skraplanie chloru

Oczyszczanie - schłodzenie, przemycie wodą (usunięcie mgły solnej), osuszenie za pomocą H₂SO₄ - zmniejszenie działania korozyjnego.

Cl₂ - gaz łatwo skraplający się.

Skraplanie:

1. metodą ciśnieniową - sprężanie do 1.2 MPa i chłodzenie wodą

2. metoda niskotemperaturowa - chłodzenie do - 40°C p = atm

3. metoda kombinowana - sprężanie do 0.4 MPa i chłodzenie T = 0°C

2. Odwodnienie ługu sodowego

Bezwodny NaOH - soda kaustyczna

Metoda 1: ogrzewanie ługu o stęż. 72 % NaOH w kotłach łupkowych z żeliwa + Ni.

Otrzymany stop przelewa się do bębnów blaszanych, gdzie zastyga

Metoda 2: Odparowanie metodą ciągłą w szybkoprądowych wyparkach z czystego niklu.

3. Wodór

W małych instalacjach - spalanie w pochodniach lub

• zbieranie w kolektorach

• sprężanie na sprzedaż

• wykorzystanie do syntez.

Wykorzystanie:

Cl₂ do produkcji środków ochrony roślin

barwników

środków farmaceutycznych

chlorowania związków organicznych

NaOH w procesach neutralizacji i trawienia

H₂ w procesach uwodornienia

synteza amoniaku

synteza metanolu

Soda krystaliczna - rozpuszczenie sody kalcynowanej w wodzie

• hydrat Na₂CO₃ ^. 10 H₂O

Soda oczyszczona - po procesie kalcynacji, nasycanie roztworu wodnego sody kalcynowanej dwutlenku węgla

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃