172244. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klorid iont tartalmazó vizes oldatok elektrokémiai bontására
13 172244 14 nyösen mintegy 0,31 A/cm2 áramsűrűséget választunk. Általában az elektrolizáló cellát mintegy 95 °C és 105 °C közötti hőmérsékleten, jellegzetesen mintegy 95 °C hőmérsékleten működtetjük. Ha így dolgozunk, akkor az anódos áramkihasználás (vagy gyakran „klórkihasználás”) legalább mintegy 96% és a katódos áramkihasználás (vagy gyakran „lúgkihasználás”) legalább mintegy 85%, sőt az utóbbi érték gyakran a 90%-ot is meghaladja. Továbbá a katódtérből elkülöníthető tömény nátrium-hidroxid-oldat nagy tisztaságú, tisztasága csaknem megközelíti az úgynevezett „Rayon-fok” tisztaságú nátrium-hidroxid tisztaságát. Az így előállított nátrium-hidroxid-oldat legtöbbször olyan tiszta, hogy lényegében mentes nátrium-kloráttól és legfeljebb 1 g/liter nátrium-kloridot tartalmaz. Ha a találmány szerinti eljárást olyan cellatér-sorozatokból álló cellában foganatosítjuk, amely két vagy több pufferteret tartalmaz, abban az esetben is csaknem a fentiekben ismertetett módon járunk el. így minden egyes puffertérbe,valamint a katódtérbe is vizet táplálunk be, és a képződött nátrium-hidroxid egy részét híg oldat formájában az egyes pufferterekből, illetve a nátrium-hidroxid maradék részét töményebb oldat formájában a katódtérből különítjük el. Előnyösen azonban úgy járunk el, hogy az egyes pufferterekből a híg nátrium-hidroxid-oldatot a következő puffertérbe beadagolt folyadékmennyiség legalább egy részeként a következő puffertérbe,illetve végül a katódtérbe tápláljuk úgy, hogy a katódtérből nagy tisztaságú tömény nátrium-hidroxid-oldatot kapjunk. Mint korábban már említettük, nátrium-klorid-oldatok klórrá és nátrium-hidroxiddá történő elektrolitikus bontásán túlmenően a találmány szerint előnyösen sósavoldatok elektrolizálása is megoldható, amikoris az elektrolízis termékeként klórgáz és hidrogéngáz képződik. Amennyiben így járunk el, akkor az anódtérbe anolitként sósav vizes oldatát adagoljuk be, éspedig célszerűen olyan oldatot, amelynek sósavtartalma mintegy 10 súly% és 36 súly%, előnyösen mintegy 15 súly% és 25 súly% közötti. Bár a pufferterekbe és a katódtérbe betáplálhatunk csupán csak vizet is, legelőnyösebben úgy járunk el, hogy mind a pufferterekbe, mind a katódtérbe vizes sósavoldatot táplálunk be. Ezeknek az oldatoknak a koncentrációja célszerűen mintegy 1 súly% és 10 súly%, előnyösen 1 súly% és 5 súly% közötti. Bár előnyös, ha az anódtérbe, puffertérbe és katódtérbe betáplált oldatok mentesek szennyező ionoktól, sok esetben célszerűnek találtuk, ha az anolithoz alkálifém-kloridokat, így például nátrium-kloridot adagolunk a korrózió minimalizálására, különösen akkor, ha a célkatódot vagy hasonló, könnyen korrodeálódó katódot alkalmazunk. Ilyen esetekben általában az anolithoz mintegy 12—25 súly% mennyiségben adunk nátrium-kloridot. A találmányt közelebbről az alábbi példákkal kívánjuk megvilágítani. A példákban a „rész” és „%” „súlyrész”-t és „súly%”-ot jelent, ha csak másképpen nem jelezzük. 1. példa Háromrekeszes, laboratóriumi méretű cellát működtetünk 120 Amper áramerősséggel, 0,31 A/cm2 anódos áramsűrűség és 4,1 V feszültség mellett. A cellát felszereljük egy, ruténiumoxiddal bevont titán-anóddal, acélkatóddal és két kationcserélő-membrán zárófallal, az utóbbiak választják el a katódteret és az anódteret a puffertértől. A membrán egy 254 \j. vastag film. amely a 3 282 875 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett módon előállitott, mintegy 1100 egyenértéksúlyú hidrolizált kopolimerből, éspedig tetrafluor-etilén és szulfonált perfluor-viniléter hidrolizált kopolimeréből készült. 320 g/liter nátrium-kloridot tartalmazó sóiét cirkuláltatunk az anódteren keresztül, míg a puffertérbe és a katódtérbe vizet táplálunk be. Az anolithoz sósavat adunk olyan mennyiségben, hogy pH-értékét mintegy 4,0 körül tartsuk. A puffertérből távozó folyadék mintegy 116 g/liter nátrium-hidroxidot és a katódtérből távozó folyadék mintegy 384 g/liter nátrium-hidroxidot tartalmaz. Ha az utóbb említett két térből elkülönített folyadékot elegyítjük, akkor olyan oldatot kapunk, amely mintegy 197 g/liter nátrium-hidroxidot tartalmaz, nátrium-kloráttól lényegében mentes és nátrium-kloridot kevesebb, mint 1 g/liter mennyiségben tartalmaz. 16,5 órás üzemeltetés esetén a katódos áramkihasználás mintegy 85,7% és az anódos áramkihasználás mintegy 97%. 2. példa Az 1. példában ismertetett típusú, ipari nagyságú háromrekeszes cellát 150 kA (kiloamper) áramerősséggel, 0,31 A/cm2 anódos áramsűrűscggel és 4,1 V feszültséggel működtetünk mintegy 96 C-on. Az anódtérbe 320 g/liter nátrium-kloridot tartalmazó vizes sóoldatot táplálunk be, amikoris az anódtérből túlfolyó anolit pH-értéke mintegy 3,5 és mintegy 250 g/liter nátrium-kloridot tartalmaz. Az anolithoz az elektrolízis során sósavat adunk olyan mennyiségben, hogy pH-értékét mintegy 3,5 körül tartsuk. A puffertérbe vizet táplálunk be, amikoris a puffertérből távozó folyadék mintegy 110 g/liter nátrium-hidroxidot tartalmaz. Ezt a folyadékot a katódtérbe tápláljuk be, ahonnan mintegy 160 g/liter nátrium-hidroxidot, 0,5 g/liter nátrium-kloridot és nem detektálható mennyiségű (< 0,1 g/liter) nátrium-klorátot tartalmazó folyadék távolítható el. A működtetés során a katódos áramkihasználás 85% és az anódos áramkihasználás 96%. 3. példa A 2. példában ismertetett háromrekeszes cellát 150 kA áramerősséggel, 0,31 A/cm2 anódos áramsűrűséggel és 4,2 V feszültségen üzemeltetjük mintegy 94 °C-on. Az anódtérbe táplált vizes sóoldat mintegy 320 g/liter nátrium-kloridot tartalmaz, amikoris az anódtérből túlfolyó anolit pH-értéke mintegy 4,0 és mintegy 250 g/liter nátrium-kloridot tartalmaz. Az anolithoz az elektrolízis során sósavat adunk olyan mennyiségben, hogy az anolit pH-értékét mintegy 4,0 körül tartsuk. A puffertérbe és a katódtérbe vizet táplálunk be. A puffertérből gyenge, nátrium-hidroxidot mintegy 100 g/liter mennyiségben tartalmazó bázikus oldat, a katódtérből pedig erős, nátrium-hidroxidot mintegy 280 g/liter mennyiségben tartalmazó bázikus oldat távozik. A cella a gyenge bázikus oldat vonatkozásában napi mintegy 2,3 tonna nátrium-hidroxidot, az erős bázikus oldat vonatkozásá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7
