Двухслойная диафрагма для хлорного электролиза

Двухслойная диафрагма для хлорного электролиза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Двухслойная диафрагма из асбеста 1^лй асбеста и-полимерного вещества с кислотостойким наружным слоем,выполненным из хризотиласбеста, обработанного кислотой, при массовом соотношении оксидов кремния и магния от 1,07 : 1 до 1,30 : 1 или ег'о смеси с фторсодержащим полимером в количестве 5-10%, при этом толщина кислотостойкого слоя составляет 5-30% от общей толщины слоев асбеста. Применение такой диафрагмы в хлорном электролизере позволяет улучшить эксплуатационные характеристики электролизера. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)ç С 25 В 13/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСГВУ

1 (21) 4435630/26 (22) 29.03.88 (46) 07.02.92, Бюл. N 5 (72) Е,В.Мулин, В.С,Бобрин, А,Ф.Мазанка, В.В.Банников, В.Е.Мулин, В.П.Тарасенкова и З.П.Иншакова (53) 621.3.035.31(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 384273, кл. С 25 В 13/06, 1970. (54) ДВУХСЛОЙНАЯ ДИАФРАГМА ДЛЯ

ХЛОРНОГО ЭЛЕКТРОЛИЗА (57) Двухслойная диафрагма из асбеста или асбеста и полимерного вещества с кислотоИзобретение относится к области производства хлора и щелочи в электролизерах с фильтрующей диафрагмой.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при электролизе.

В двухслойной диафрагме из. асбеста или из асбеста и полимерного вещества на перфорированной основе наружный кислотостойкий слой диафрагмы выполнен йз хризотиласбеста, обработанного неорганической кислотой при массовом соотношении содержания оксидов кремния и магнмия от 1,07: 1 до 1,3: 1, или его смеси с фторсодержащим полимером, количество которого может быть равно 5-10%, при этом толщина кислотостойкого слоя составляет 3-30%тот общей толщины слоев асбеста.

Диафрагма выполнена на сетчатом или перфорированном листовом катоде, на котором расположен основной слой

„„ ) „„1710597 А1 стойким наружным слоем; выполненным из хризотиласбеста, обработанного кислотой, при массовом соотношении оксидов кремния и магния от 1,07: 1 до 1,30: 1 или erо смеси с фторсодержащим полимером в количестве 5 — 10%, при этом толщина кислотостойкого слоя составляет 5 — 30% от общей толщины слоев асбеста, Применение такой диафрагмы в хлорном электролизере позволяет улучшить эксплуатационные характеристики электролизера. 1 з.п. ф-лы, 4 табл. диафрагмы из хризотиласбеста или из хри- ( зотиласбеста с фторсодержащим полймером и наружный слой из хризотиласбеста, обработанного неорганической кислотой, без фторсодержащего полимера или с полимером.

В первом варианте первый слой состоит из хризотиласбеста, второй слой — из обработанного кислотой хризотиласбеста. Такая диафрагма может найти применение там, (Л где используют обычную асбестовую диаф- О рагму и отсутствует специальное оборудование, нужное для изготовления аооопопимврнои диафрагмы. Во втором ва- ) и рианте в виде ненабухэющей при электролизе асбополимерной двухслойной диафрагмы первый слой состоит из хризотиласбеста с фторопластом, второй слой из обработанного кислотой хризотиласбеста и фторопласта. После изготовления диафрагма подвергается термообработке до плавления фтороплэста.

1710597

При работе электролизера с предлагаемой диафрагмой раствор хлорида щелочного металла пода рт в анодное пространство электролизера и он фильтруется через диафрагму к катоду. На катоде выделяется во- 5 дород и получается электрическая щелочь— смешанный раствор гидроксида и хлорида щелочного металла, на аноде выделяется хлор с примесью кислорода, благодаря чему анолит подкисляется. 10

Первый слой диафрагмы со стороны катода из щелочестойкого хризотиласбеста пропитывается щелочью, в то время как кислотостойкое покрытие из предварительно обработанного кислотой хризотиласбеста 15 находится в кислом анолите.

Пример 1. Производят изготовление предлагаемой двухслойной асбестовой диафрагмы, Обрабатывают в ролле в течение

30 мин водную суспензию 60 г/л хризоти- 20 ласбеста (смесь сортов П-3-50 и П вЂ” 4-20

1:1), обезвоживают его в течение 1 сут, 3а ex асбест сушат s сушильном шкафу до постоянного веса.

Часть этого асбеста загружают в 1 н. 25 раствор соляной кислоты. Через 30 мин асбест отделяют от кислоты, промывают водой и сушат до постоянного веса.

Готовят пульпу! из асбеста, обработанного в ролле, следующего состава, г/л: ас- 30 бест 15, NaOН 120, NàCI 170.

Готовят пульпу 1! из асбеста, обработанного кислотой, следующего состава, г/л: асбест 10, NaOH 120, NaCI 170.

Сетчатый катод погружают в пульпу I и 35 производят насасывание на катод первого слоя диафрагмы при вакууме от 0 до 400 мм рт.ст. до просасывания через катод расчетного количества пульпы для получения слоя массой 2 кг/м . г

Вынимают катод из пульпы и погру-. жают его в пульпу II и при вакууме 400—

450 мм рт.ст. насасывают второй слой с массой 0,2 кгlм .

После насасывания второго слоя катод 45 из пульпы вынимают и просасывают через диафрагму воздух при вакууме 400 мм рт.ст.

Затем катод с диафрагмой сушат при 90 С под вакуум.

Изготовленную диафрагму испытывают 50 в лабораторном электролизере с анодами

ОРТА и с сетчатым катодом.

Изготавливают известную двухслойную асбестовую диафрагму, как описано выше, с тем отличием, что насасывание 55 второго слоя производят из пульпы обработанного в ролле в течение 30 мин антофилитасбеста при концентрации водной суспензии 60 г/л, Состав пульпы для насасывания второго слоя следующий, г/л: антофилитасбест

10, NaOH 120, NaCI 170 + 3/ латекса

ДММА — 65ГП (в расчете на сухое вещество от массы асбеста).

Масса первого слоя 2 кг/м; масса вто2 рого слоя 0,2 кг/м .

Монтируют с изготовленной диафрагмой такой же электролизер.

Полученные диафрагмы испытывают при электролизе водного раствора 310 г/л

NaCI при 90 С в течение 10 сут (плотность тока 2000 А/м ). *

В табл.1 приведены сравнительные данные такого испытания, а также данные по работе электролизера с диафрагмой, изготовленной из хризотиласбеста, обработанного 1 н. соляной кислотой в течение 6 ч по известному способу, при плотности тока

1290 А/м .

Из табл,1 видно, что предлагаемая двухслойная асбестовая диафрагма с вторым слоем из хризотиласбеста, обработанного соляной кислотой, обеспечивает получение практически таких же показателей электролиза, как известчая двухслойная диафрагма, однако при замене дефицитного антифилитасбеста на недефицитный и дешевый хризотиласбест. При этом полностью сохраняются преимущества такой диафрагмы перед обычной асбестовой диафрагмой — повышение выхода щелочи по току и снижение содержания хлората в щелочи.

Пример 2. Изготавливают предлагаемую асбополимерную диафрагму.

Для насасывания первого слоя диафрагмы готовят пульпу I из обработанного в ролле асбеста следующего состава, г/л: асбест 15, NaOH 120, NaCI 170, фторопласт Ф вЂ” 4МБ

1,5, смачиватель ОП вЂ” 10 0,15. Такая пульпа обеспечивает содержание фторопласта в слое 9 /, Введение фторопласта производят в виде водной суспензии с добавлением фторопласта, как описано выше, следующего состава, г/л: асбест 10, NaOH 120, NaCI

170; фторопласт Ф вЂ” 4МБ 0,44 — 1,2; смачивател ь ОП вЂ” 10 0,044-0,12 (обеспечивает содержание фторопласта во втором слое 4-11).

Насасывают диафрагму, как описано в примере 1.

Изготовленную диафрагму сушат при

90 С и затем подвергают термообработке при 320 С, Варьируя время обработки асбеста соляной кислотой, изменяют соотношение содержания оксидов кремния и магния в асбесте, также изменяют содержание фторопласта во втором слое путем изменения

1710597

45

55 его концентрации в пульпе для насасывания.

Результаты испытания изготовленных диафрагм при электролизе даны в табл.2.

П-р и м е р 3, Готовят пульпу для наса-. 5 сывания первого слоя диафрагмы, как в примере 2, Используя обработанный кислотой асбест и фторопласт, готовят пульпу для насасывания второго слоя и производят 10 насасывание, как в примере 2. с тем отличием, что изменяя объем йульпы, расходуемой на насасывание первого и второго слоев диафрагмы, варьируют толщину второго слоя диафрагмы и тем самым соотношение 15 толщины второго и первого слоев. Содержание фторопласта в обоих слоях диафрагмы .

9 / .

Производят сушку и термообработку изготовленных диафрагм, а также их испыта- 20 ние при электролизе, как в примере 2.

B табл.3 приведены показатели работы электролизеров с диафрагмой в зависимости от толщины второго слоя без фторопласта, в табл,4 — то же, с фторопластом. 25

Достаточно высокий выход щелочи по току и низкий расход электроэнергии сохраняется при толщине второго слоя 3 — 30О/ от общей толщины, При дальнейшем увеличении толщины второго слоя происходит сни- 30 жение выхода щелочи по току, рост напряжения на электролизере и, соответственно, расхода электроэнергии.

Таким образом, поставленная цель достигается и ри толщине второго слоя 3-30 35 от общей толщины диафрагмы.

Предлагаемая двухслойная диафрагма имеет. на порядок ниже расход кислоты на обработку хризотиласбеста по сравнению с известным способом изготовления диафрагмы из асбеста, обработанного кислотой, так как кислота в данном случае тратится только на обработку асбеста, расходуемого на тонкий второй слой.

Предлагаемая диафрагма может быть применена также-при получении гидроксидов других щелочных металлов электролизом их хлоридов.

Формула изобретения

1. Двухслойная диафрагма для хлорного электролиза выполненная на основе щелочностойкого асбеста на перфорированной или сетчатой основе и наружного кислотостойкого слоя на основе асбеста, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат при электролизе, в качестве щелочностойкого асбеста она содержит хризотиласбест, а в качестве асбеста в кислотостойком слое содержит хризотиласбест, обработанный неорганической кислотой до соотношения оксидов кремния и магния (1,07 — 1.3):1, и толщина кислотостойкого слоя составляет 3 — 30 /, от толщины слоев асбеста, 2. Диафрагма по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что диафрагма дополнительно содержит фторопласт в основе и кислотостойком слое, причем содержание фторопласта в кислотостойком слое составляет 5 — 10 /, от массы слоя.

1710597

Таблица1

Выход щелочи по току,Ф

Расход электроэнергии, квт ч/т

NaOH

Диафрагма

Напряжение, В

Католит,г/л

НаОН NaC10

Длитель.ность электролиза сут

Общая трлщина ди" афрагмы,мм

Предлагаемая двухслойная асбестовая диафрагма с первым слоем из хризотиласбеста и вторым слоем из хризотилас". беста, обработанного кислотой с массовым соотношением

Si0 и MgO, равным1,17:1 Известная двухслойная асбестовая диафрагма с вторым слоем из антифилитасбеста с 33 латекса ДММА-65ГП

122 0,08 3,65

1,8

96 1 25"5 10

96,0 . 2582 10

2,0

124 . 0,12 3,7

Т а б л и ц а 2

SiO< (ac) /MgO (мас) после обработки кислотой

Напряжение, В

Католит, г/л г.Условия обработки асбеста

Расход электроэнергии квт ч/т

НаОН

Выход щелочи по току, Ф

NaOH NaC1O

НаС1ОЗ г/л НС1 Время обработки,ч.

93,0 2543

96,1 2370

96,0 2275

95,9 2299

5,5 2350

96,0 2261

96,0 2282

95,3 2601

95,8 2301

94,5 2382

П р и м е ч а н и е. Условия работы: аноды ОРТА, плотность тока 2000 А/мз, 90ОС, межэлектродное расстояние 12 мм, толщина диафрагмы 1,8 мм, толщина второго слоя

0,17 мм.

Содержание фторопласта Ф-4МБ в обоих слоях одинаково

Таблица 3

Показатели работы электролизера

Значения показателей при толщине второго слоя диафрагмы, (общая толщина 2,0 мм), мм

«О 05 Оа06 Оа 3» 0 6 0 7

2,5 3,0 15 0 30,0 35,0

Напряжение, В

Католит, г/л:

368 364 365 365 370

Na0H

116 123 128 145

012 011 009 020

96,2 96,2 96,4 95,8

112

0,16

95,0

NaC1

Выход щелочй по току, (Расход электроэнергии, квт ч/т NaOH

2581

2535 2542 2544 2590

П р и м е ч а н и е. Условия работы: аноды ОРТА; плотность тока

2000 А/м2, длительность испытания при электролизе 10 сут.

36,5

36,5

36,5

36,5

36,5

4,0

36,5

36,5

36,5.

36,5 з

0,5

0,2

0,15

24

0,5

0,5

0,5

0,5

1 35

1,30

1,17

1, 0.9

1,07

1,17.

1,17

1,17

1,17

1,17

Содержание фторопласта ф-4МБ во втором слое, ь

9

9

9

4

3,53

3,40

3,26

3,29

3,35

3,24

3,27

3,70

3,29

3,36

95 нет

121 нет

122 нет

115 нет

120 нет

120 нет

112 нет

120 нет

127 нет

143 нет

1,21

0,06

0,10

0,25

0,18

0,10

0,07

0,12

0,09

0,41

Толщина второго слоя, Ф от общей

1710597

Таблица4

В

0 17 0 26 0 54 0 85

«Л -Л «Х ! 9,4 14,4 30,0 47,2

«ф

1 ! 0 055 I01

Л =Л

3,0 5,4

0 05

2,7

Напряжение, В

Католит, г/л:

NaOH

ИаС1О>

Выход щелочи по току,4

Расход электроэнергии, квт ч/т,NaOH

ll р и м е ч а н и е. Условия работы: аноды ОРТА; плотность тока 2000 А/м2

90 С, длительность испытания при электролизе 10 сут, рассол 310 г/л NaC1

40

50

Составитель 0,3обнин

Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор В.Петраш

Заказ 313 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Показатели электролизера I

J

I

Значения показателей при толщине второго слоя рйафрагмы, мм (общая толщина 1,8 мм)

3,26 3,25 3,24 3,24 3,25 3,34 3,43

110 115 120 125 130 131 150

0,15 0,12 0,10 0,11 0,13 0,14 0,19

95,4 96,0 96,0 96,2 96,0 96,2 95,0

2290 2268 2261 2257 2268 2326 . 2419