水銀電解法

1、水銀電解法水銀電解法正文正文一種電解方法，利用流動的水銀層作為陰極，在直流電作用下使電解質(zhì)溶液的陽離子成為金屬析出，與水銀形成汞齊，而與陽極的產(chǎn)物分開。在氯堿工業(yè)中，利用水銀電解槽電解食鹽水溶液，生產(chǎn)高純度燒堿（氫氧化鈉）、氫氣和氯氣，首先于1897年在英國柴郡的朗科恩和美國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。水銀電解槽工藝流程水銀電解槽由電解器、解汞器和水銀泵三部分組成（見圖），形成水銀和鹽水兩個環(huán)路。電解器為鋼制帶蓋的沿縱向有一定傾斜度的長方形槽體，兩

2、端分別有槽頭箱和槽尾箱，由分隔水銀與鹽水的液封隔板與槽體相連。槽體的底部為平滑的厚鋼板保證水銀流動時不致裸露鋼鐵鋼板下面連接導(dǎo)電板。槽壁襯有耐腐蝕的硬橡膠或塑料的絕緣襯里。槽蓋上有通過密封圈下垂的石墨陽極或金屬陽極組件，露出槽外的陽極棒由軟銅板連接陽極導(dǎo)電板，槽蓋與槽體密閉。水銀與精制的飽和鹽水同時連續(xù)進入槽頭箱，水銀借重力形成流動的薄膜，覆蓋整個槽底作為陰極。通入直流電時，鹽水中的氯化鈉被電解，由于水銀陰極上氫的超壓（又稱過電壓），遠

3、大于鈉的超壓，因而鈉離子在陰極放電生成的金屬鈉立即與水銀形成鈉汞齊，溶在水銀中從槽尾箱流出進入解汞器。氯離子在陽極上失去電子生成氯氣泡，穿過鹽水從槽蓋上的氯氣出口管引出。解汞后的水銀流入水銀貯槽，由水銀泵送到電解器槽頭箱，構(gòu)成水銀流動的環(huán)路。飽和食鹽水溶液流經(jīng)電解器，一部分氯化鈉(約15％～16％)解離，剩余的溶有氯氣的淡鹽水流出槽外，經(jīng)鹽酸酸化后，在真空下或吹入空氣脫氯，然后再用固體食鹽重新飽和，制成精制鹽水，重新使用，構(gòu)成鹽水流動環(huán)

4、路。解汞器目前多采用立式，汞齊從器頂均勻流下，經(jīng)石墨粒填料床與器底流入的純水逆流接觸，汞齊為陽極，石墨粒為陰極，兩者接觸短路，生成氫氧化鈉和氫氣。氫氣經(jīng)解汞器頂部冷卻器冷卻，以捕集大部分水銀后再進一步精制?，F(xiàn)代電解器均裝有超負荷電極保護裝置，由電子計算機控制，隨時調(diào)整陽極的高低，使陰陽兩極在最小的間距下運轉(zhuǎn)而不致短路。子，在陽極被氧化成氯原子，氯原子結(jié)合成氯分子放出，使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{。陽極反應(yīng)：2Cl－2e=Cl2↑（氧化反應(yīng)

5、）H比Na容易得到電子，因而H不斷地從陰極獲得電子被還原為氫原子，并結(jié)合成氫分子從陰極放出。陰極反應(yīng)：2H＋2e＝H2↑（還原反應(yīng)）在上述反應(yīng)中，H是由水的電離生成的，由于H在陰極上不斷得到電子而生成H2放出，破壞了附近的水的電離平衡，水分子繼續(xù)電離出H和OH，H又不斷得到電子變成H2，結(jié)果在陰極區(qū)溶液里OH的濃度相對地增大，使酚酞試液變紅。因此，電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為：總反應(yīng)2NaCl2H2O=2NaOHCl2H2工業(yè)上利用

6、這一反應(yīng)原理，制取燒堿、氯氣和氫氣。在上面的電解飽和食鹽水的實驗中，電解產(chǎn)物之間能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如NaOH溶液和Cl2能反應(yīng)生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能發(fā)生爆炸。在工業(yè)生產(chǎn)中，要避免這幾種產(chǎn)物混合，常使反應(yīng)在特殊的電解槽中進行。二、離子交換膜法制燒堿目前世界上比較先進的電解制堿技術(shù)是離子交換膜法。這一技術(shù)在20世紀50年代開始研究，80年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成

7、，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。右圖表示的是一個單元槽的示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na通過，而Cl、OH和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又

8、能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。下圖是一臺離子交換膜電解槽（包括16個單元槽）。精制的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，Na穿過離子膜由陽極室進入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH；Cl則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽極導(dǎo)出，可重新用于配制食鹽水。離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程可以簡單表示如下圖所示：電解法制堿的主要原料

9、是飽和食鹽水，由于粗鹽水中含有泥沙、精制食鹽水時經(jīng)常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使雜質(zhì)成為沉淀過濾除去，然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的pH。例如：加入Na2CO3溶液以除去Ca2：加入NaOH溶液以除去Mg2、Fe3等：Mg2＋2OH＝Mg(OH)2↓Fe3＋3OH＝Fe(OH)3↓以除去過量的Ba2：這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2、Mg2等金屬離子，由于這些陽離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜，因此該鹽水還需送入陽離子