CH641841A5 - Procede permettant d'ameliorer le rendement faraday dans la preparation electrolytique du chlorate de sodium. - Google Patents

Description

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REVENDICATION Procédé permettant d'améliorer le rendement Faraday lors de la fabrication électrolytique du chlorate de sodium sur anodes métalliques revêtues de platine-iridium ou d'oxyde de ruthénium, caractérisé en ce qu'on ajoute à l'acide chlorhydri- 5 que utilisé pour maintenir le pH optimal de fonctionnement, de l'acide phosphorique à raison de 1 à 2 kg d'acide à 85% par tonne de chlorate de sodium fabriquée.

CIO + H"1

: H CIO

, 15

10

La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication du chlorate de sodium par élctrolyse; ce pré'

cédé permet d'améliorer le rendement Faraday dans le cas où on utilise des cellules d'électrolyse éuipées d'anodes métalliques, notamment en titane, revêtues d'une couche électroac-tive telle que platine-iridium ou oxyde de ruthénium.

La fabrication électrolytique du chlorate de sodium est ef- 20 fectuée essentiellement par électrolyse d'une solution de chlorure de sodium.

Les réactions aux électrodes sont les suivantes:

- à l'anode, il y a formation de chlore suivant:

ÓC1~->3C1, + 6

(1)'

le chlore formé à l'anode réagit avec l'eau suivant:

3C12 + 3H20?±3H+ + 3C1+3HC10 (2)30

3 HCIO 3 H+ + 3C10 (3)

35

3 H20 3 OH- + 3 H+ (4)'

et l'hypochlorite fomé se transforme en chlorate suivant la réaction:

2 HCIO + CIO" - CIO3- + 2 H+ + 2 Cl- (5)

40

Dans le même temps, il y a formation électrochimique de chlorate à partir des ions hypochlorite suivant:

6 CIO- + 3HzO - 2 CIO3- + 4 Cl- + 6 H+ + 2 02 + 6 a (6)45

Cette réaction serait responsable du dégagement d'oxygène que l'on observe lors de l'électrolyse, dégagement qui est la cause essentielle de la baisse du rendement FARADAY. - à la cathode, il y a formation d'hydrogène suivant: 50

6H+ + 6e-->3H,

(7)

CIO- + H2 -► Cl- + H2O

(8)

Cette réaction (8) parasite, également génératrice d'une baisse du rendement FARADAY est généralement combattue par addition de bichromate de sodium à raison de 2 à 10 g/1 dans l'électrolyte.

Une autre cause de la baisse du rendement FARADAY provient du fait que le chlore qui se forme à l'anode peut s'échapper directement de la cellule sans être absorbé, par suite des équilibres

HCIO + H+ + Cl ^C12+H20

il existe une certaine tension de vapeur de chlore au dessus de la solution et du chlore peut donc s'échapper de toute la surface du liquide.

La réaction (5) est primordiale dans la genèse du chlorate et cette réaction est favorisée par un pH donné variable de 6 à 6,5, la valeur optimale dépendant en fait de la température de fonctionnement. Pour maintenir ce pH optimal, on ajoute donc à l'électrolyte une solution acide, généralement de l'acide chlorhydrique, ce qui permet en outre de compenser les éventuelles pertes en chlore.

Cette addition est faite suivant les procédés classiques

- soit dans la solution d'alimentation de la cellule

- soit directement dans la cellule

- soit des deux façons simultanément et elle est généralement automatisée grâce à une régulation de pH.

Dans les conditions opératoires habituellement rencontrées

NaC103 g/10 à 700 NaClg/1320à 120 bichromate de soude g/12 à 10 température de fonctionnement 55 à 85 °C pH de fonctionnement 6 à 6,5 obtenu par addition de 25 à 40 kg d'HCl 33% par tonne de chlorate de sodium fabriquée densité de courant A/m2 1500 à 6000 anodes support titane avec revêtement Pt/Ir ou Ru02 les gaz dégagés ont la composition suivante:

H2

o2

Cl2

96% 3,5% 0,2 à 0,5%

L'hypochlorite formé dans la cellule peut être réduit par 55 l'hydrogène suivante:

60

65

et le rendement FARADAY est supérieur à 92%.

On a cherché à améliorer ce rendement. Diverses solutions ont été proposées qui se ramènent toutes à l'amélioration des revêtements d'anodes, comme indiqué dans le brevet français No. 2 187 416.

La titulaire a mis au point un procédé qui permet d'obtenir une augmentation de 1 à 3 pour cent du rendement Faraday par intervention directe sur l'électrolyte.

Ce procédé consiste à ajouter à l'acide chlorhydrique utilisé pour le maintien du pH optimum, de l'acide phosphorique à raison de 1 à 2 kg d'acide phosphorique à 85% par tonne de chlorate de sodium fabriquée.

L'augmentation du rendement dépend du rendement de l'électrolyte, de la technologie de cellule et des conditions opératoires utilisées.

Les exemples suivants illustrent le procédé suivant l'invention.

Exemple 1

1) On effectue une électrolyse suivant le mode opératoire classique dans une cellule industrielle de 35 000 A équipée d'anodes en titane avec un revêtement à base de bioxyde de ruthénium. La cellule est alimentée par une solution de composition suivante:

NaClg/1 210

NaC103 g/1 325 bichromate g/1 7 NaClOg/1 0,3

Ca+Mgmg/1 35 Fe, Co, Ni mg/1 2 le débit d'alimentation est de 1201/h.

3

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On ajoute en continu 550 ml d'HCl 33% dans la cellule. La cellule travaille avec une densité de courant de 2000 A/m2 à 70 °C. Le pH est de 6,3

La composition de la solution sortant de la cellule est: NaClg/1 110

NaC103 g/1 520 bichromate g/1 7 NaClOg/1 1,5

Ca + Mgmg/1 15 Fe, Co, Ni mg/1 2

les gaz formés lors de Pélectrolyse ont la composition suivante

H2 96,7%

02 2,9%

Cl2 0,4%

le rendement FARADAY est égal à 92,7%

2) dans les mêmes conditions opératoires et selon le procédé de la présente invention, on ajoute à l'acide chlorhydrique un débit continu de 220 ml d'H3P04 d'origine thermique à 10%. La composition des gaz formés est alors:

s H2 97,6%

02 2%

Cl2 0,4%

et le rendement FARADAY atteint 94,5%.

io On constate donc une amélioration du rendement de 1,8%.

Exemple 2

Dans les mêmes conditions opératoires d'électrolyse que 15 dans l'exemple 1, on ajoute de l'acide phosphorique à 10% obtenu par voie humide, à une teneur de 0,15 g d'acide par litre d'électrolyte.

Le taux d'oxygène dans les gaz est abaissé de 0,3%, ce qui fait passer le rendement FARADAY de 92,72% à 93,32%.

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