способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди

Формула изобретения

Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита, в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают электрический ток напряжением 3-5 В, при температуре электролита 20-25°С, отличающийся тем, что на медные электроды подают импульсный ток средней плотности 0,5-1,0 А/дм², частотой 100-200 Гц и скважностью 2-4, при концентрации электролита 5-10% и рН 8-9, и электролиз осуществляют в течение 0,25-0,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди.

Изобретение относится к области получения растворов гипохлоритов электролизом.

Известен способ получения раствора гипохлоритов магния, включающий электролиз раствора хлоридов металлов с использованием нерастворимого анода, при этом электролизу подвергают раствор, содержащий хлорид магния в виде бишофита, борную кислоту, сульфат магния и сульфат кальция при рН 4,5-6,0 в электролизере без диафрагмы с анодом из графита и катодом из титана при плотности тока 8-12 А/дм ² и температуре 20-50°С (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 1624057, МПК С25В 1/26, публикация 30.01.1991).

Недостатком известного способа является отсутствие растворимого анода. На используемом в качестве анода графите протекают реакции окисления хлорид-ионов с генерацией гипохлорит-ионов, что приводит к увеличению плотности тока. В остальном ионный состав используемого раствора остается неизменным.

В этом же источнике информации (см. № 1624057, пример 10, стр.5 и 6) описан способ получения раствора гипохлоритов магния, в котором для приготовления исходного раствора для электролиза берут 0,9 л воды, растворяют в ней 165 г кристаллического бишофита с содержанием 45% MgCl₂ и получают 1 л исходного раствора, содержащего 70 г/л MgCl ₂, pH 5,3. Электролиз проводят в электролизере без диафрагмы с анодом из графита и катодом из титана, при плотности тока 8 А/дм², температуре электролита 30°C и напряжении 2,8-3,0 В в течение 4 часов 50 минут, осуществляя дополнительно непрерывное интенсивное перемешивание раствора.

Недостатком этого известного способа является высокие плотности тока, используемые в способе и длительное осуществление процесса с дополнительным интенсивным перемешиванием раствора.

Известен способ получения раствора гипохлорита магния, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния в виде бишофита в электролизере с анодом из угольного графита и катодом из стали, на постоянном токе при плотности тока 0,1-1,5 А/дм² и температуре электролита 20°С (см. описание изобретения к патенту РФ № 2238348, МПК С25В 1/26, 1/18, публикация 20.10.2004).

Недостатком известного способа является использование в качестве анода графита, что позволяет получать только один продукт- гипохлорит магния.

Известен способ получения гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают постоянный ток напряжением 1-25 В, плотностью 1-10 A/дм², при концентрации электролита 0,5-2% и температуре 20-25°С, процесс электролиза осуществляют в течение 0,5 часа (см. описание изобретения к патенту РФ № 2361016, MПK С25В 1/00, публикация 10.07.2009).

Недостатком этого известного способа, выбранного в качестве прототипа, является для проведения процесса использование тока постоянного направления. В результате, за счет постоянства токового режима, происходит поляризация электродов. В результате этого для получения единицы продукта (гипохлоритов магния и меди) расходуется излишнее количество электрической энергии, уменьшается выход по току получаемой продукции.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности процесса получения гипохлорита магния и меди за счет уменьшения расхода электрической энергии на получение единицы продукции в виде раствора гипохлоритов магния и меди.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита, в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают электрический ток напряжением 3-5 В (в зависимости от величины используемой плотности тока), при температуре электролита 22-25°С. Отличием является то, что на медные электроды подают импульсный ток средней плотностью 0,5-1,0 А/дм², частотой 100-200 Гц и скважностью импульсов 2-4 при концентрации электролита 5-10% и рН 8-9, процесс электролиза осуществляется в течение 0,25-0,5 часа. Это позволяет увеличить выход по току продукта гипохлорита магния и меди при плотностях тока, значения которых равны плотностям постоянного тока.

Способ осуществляют следующим образом.

Заявляемый способ может быть реализован в электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами непрерывного или периодического действия с медным катодом в растворе минерала бишофита (хлорида магния) концентрацией 5-10% и pН 8-9. Электролизер подключен к источнику импульсного тока частотой 100-200 Гц, скважностью 2-4, с средней плотностью тока 0,5-1.0 А/дм², процесс электролиза осуществляется в течение 0,25-0,5 часа.

Примеры конкретного исполнения представлены в таблицах 1, 2, 3, где показано влияние плотности, скважности на выход по току ионов меди и активного хлора.

Таблица 1
Плотность тока, А/дм2	Концентрация электролита, %	Выход по току, %	Удельные затраты
Гипохлорит меди	Гипохлорит магния	энергии, кВт·час/кг
0,5	10	55,3	45,1	5,1
0,75	10	58,1	47,2	6,8
1,0	10	61,0	48,2	7,3
0,5	5	44,3	27,1	7,3
0,75	5	51,0	29,0	7,8
1,0	5	54,7	30,0	8,2

Таблица 2
Плотность тока, А/дм2	Концентрация электролита, %	Импульсный ток 100 Гц, выход но току(%) при скважности
Гипохлорит меди	Гипохлорит магния	Удельные затраты энергии, кВт·час/кг
2	3	4	2	3	4	2	3	4
0,5	10	65,0	65,8	66,2	35,0	34,2	35,3	4,1	4,3	4,6
0,75	10	67,5	67,6	67,7	32,5	32,7	32,3	3,8	4,0	4,1
1,0	10	69,4	69,0	68,8	30,6	31,0	31,2	5,2	5,1	4,9
0,5	5	52,4	52,3	52,2	47,6	47,7	47,8	6,8	6,7	6,6
0,75	5	52,0	52,1	52,7	48,0	47,9	47,3	7,1	7,4	7,6
1,0	5	55,7	55,0	54,8	44,3	45,0	45,2	7,3	7,6	7,8

Таблица 3
Плотность тока, А/дм2	Концентрация электролита, %	Импульсный ток 200 Гц, выход по току(%) при скважности
Гипохлорит меди	Гипохлорит магния	Удельные затраты энергии, кВт·час/кг
2	3	4	2	3	4	2	3	4
0,5	10	66,1	66,4	67,2	33,9	33,6	32,8	4,3	4,6	4,9
0,75	10	67,3	67,1	67,4	32,7	32,9	32,6	3,7	4,5	4,1
1,0	10	68,2	67,9	67,8	31,8	32,1	32,2	4,2	4,6	4,9
0,5	5	53,4	52,5	52,1	46,6	47,5	47,9	6,8	6,7	6,5
0,75	5	51,0	51,7	52,1	49,0	48,3	47,9	7,9	7,1	7,3
1,0	5	53,0	53,4	53,4	47,0	46,5	46,6	7,4	7,6	7,9

Использование постоянного тока (таблица 1) позволяет при концентрации электролита 10% получать при плотности тока 0,5 А/дм² выход по току для гипохлорита меди 55,3%, гипохлорита магния 45,1%.

Применение импульсного тока частотой 100 Гц, той же плотности при скважности 2 (таблица 2) увеличивает выход гипохлорита меди до 65.0%. В диапазоне используемых равных плотностей тока увеличение плотности импульсного тока до 1,0 А/дм² (скважность 2) приводит к возрастанию выхода по току гипохлорита меди с 61,0 для постоянного до 69,4% (увеличение на 13,8%).

Увеличение скважности импульсного тока частотой 100 Гц от 2 до 3 при одинаковых значениях плотностей тока (таблица 2) из растворов электролита одинаковой концентрации приводит к большему выходу по току гипохлорита меди, чем при использовании постоянного тока: при плотности 0,75 А/дм² увеличение скважности от 2 до 3 и 4 соответственно по отношению к постоянному току составляет: 2-14%, 3-16,4%, 4-16,5%.

Использование импульсного тока частотой 200 Гц (таблица 3) при равных с постоянным током плотностях и концентрации электролита 5% также приводит к большему выходу гипохлорита меди. Например: при плотности тока 0,5 А/дм² увеличение скважности от 2 до 4 приводит к увеличению выхода продукта, по сравнению с постоянным током, на проценты: 2-20,5%, 3-18%, 4-17%.

Применение импульсного тока частотой 100 Гц скважностью 2, 3, 4 при одинаковых с постоянным током плотностях тока приводит к сокращению затрат электрической энергии на единицу массы продукта. Например, при плотности тока 0,5 А/дм² в электролите с концентрацией 10% удельные затраты энергии составляют 5,1 кВт·час/кг, при импульсном токе 100 Гц и, соответственно, скважностях 2, 3, 4 составляют: 2-4,1 кВт·час/кг (24% выигрыша), 3-4,3 кВт·час/кг (18,6% выигрыша), 4-4,6 кВт·час/кг (4,1% выигрыша).

При использовании тока частотой 200 Гц при тех же скважностях и плотности тока 1,0 А/дм² : 2-4,2 кВт·час/кг (73,8% выигрыша), 3-4,6 кВт·час/кг (58,7% выигрыша), 4-4,9 кВт·час/кг (48,9% выигрыша).

Приведенные примеры по влиянию плотности тока, формы, частоты и скважности импульсного тока в сравнении с постоянным током одинаковой плотности тока показывают, что выход по току продукта электролиза увеличивается.

Заявленное изобретение позволяет при замене постоянного тока импульсным током при тех же плотностях тока 0,5-1,0 А/дм² увеличить выход по току гипохлоритов меди, снизить расход электрической энергии при электролизе раствора бишофита.