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文档简介

几种常见的电解槽氯气和烧碱是电解氯化钠水溶液(食盐水)的“孪生”产物，其化学方程式如下：2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑(1)该电解反应需要的电能跟电解过程的电流密度、外加电压、电极材料和电解槽结构有关．总的电解化学反应是由下列两个电化学反应组成的：阳极2Cl-→Cl2+2e-(2)阴极2H2O+2e-→H2+2OH-(3)根据法拉第电解定律，每通入1法拉第=96447C(A·s)的电量，产生一克当量的电解产物．按照这个关系式可算出生产每吨氯或碱的最低耗电量千瓦小时(KAH)=60kA·h/t按照Cl2和NaOH产生的方式，氯碱电解槽可分为三种类型：(1)隔膜电解槽(2)水银电解槽(3)离子交换膜电解槽．一、隔膜电解槽隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐，如方程式(5)所示．2H2O→O2+4H++4e-(4)上列反应中，O2的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO2的反应，而导致阳极材料的消耗C+2H2O→CO2+2H2电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程式(7)(8)和(9)所示．Cl2+OH-→HOCl+Cl-(7)HOCl+OH-H2O+OCl-(8)2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％NaOH和15%NaCl．此类现已逐渐被淘汰二、离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽的图解示意图如图二所示．这类型的电解槽通常采用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做“Naflon”，系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和Mg2+少于，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，交换膜能阻止Cl2的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．三、汞电解槽隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl2在阳极产生，而Na+在阴极放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应

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