Engineering-economic analysis and study of acid washing of electrolyzer cathodes with solutions of hydrochloric and sulfamic acids
Authors: Фесенко Л.Н. , Пчельников И.В. , Игнатенко С.И. , Скрябин А.Ю. , Каберская Д.В. , Заичко Д.А. 
Published: February 2024

Опыт эксплуатации электролизных установок показывает, что основная проблема надежности их работы связана с образованием на поверхности катодов нерастворимых соединений – CaCO3, CaSO4, Mg(OH)2, что приводит к нештатному режиму электролиза, перегреву и короблению электродной системы, разрушению оксидного покрытия анодов, резкому снижению производительности установки и др. Наибольшее влияние на образование солей жидкости и гипса при электролизе солевых растворов оказывает химический состав воды, что связано с наличием присутствующих в воде ионов Ca2+, Mg2+, HCO-3, SO4 и растворенного CO2. Применяемый на практике метод удаления карбонатных отложений путем периодической промывки электродной системы 3–5%-ным раствором соляной кислоты не всегда экономически оправдан, особенно для водоисточников, характеризующихся повышенной карбонатной жесткостью. Представлено технико-экономическое сравнение двух методов кислотной промывки электродных пластин электролизного аппарата растворами соляной и сульфаминовой кислот при растворении в них наработанного осадка, образующегося при получении гипохлорита натрия из 3%-ного раствора хлорида натрия. При относительно невысоком превышении стоимости 1 л 5%-ной сульфаминовой кислоты (6,9 руб/л) над 5%-ной соляной (5,36 руб/л) стоимость одной промывки сульфаминовой кислотой (2,9 руб.) в 6 раз выше стоимости одной промывки соляной кислотой (0,48 руб.), что связано с разными возможностями повторного использования кислот для очередной промывки электролизного аппарата. То есть, если 5%-ную соляную кислоту (HCl) возможно использовать 11,1 раза до ее нейтрализации, то 5%-ную сульфаминовую (NH2SO3H) – только 2,4 раза, или в 11,1/2,4 = 4,6 раза меньше, что и определяет очевидное экономическое предпочтение соляной кислоты перед сульфаминовой.

Experience in operating electrolysis plants shows that the main problem with the reliability of their operation is associated with insoluble compounds – CaCO3, CaSO4, Mg (OH)2 – buildup on the surface of the cathodes that cause abnormal electrolysis mode, overheating and warping of the electrode system, destruction of the oxide coating of the anodes, sudden reduction in the plant efficiency etc. The greatest effect on the liquid salts and gypsum buildup during the electrolysis of salt solutions is produced by the chemical composition of water that is associated with the presence of Ca2+, Mg2+, HCO-3, SO4 and dissolved CO2 ions. The method used in practice to remove carbonate deposits by regular washing the electrode system with 3–5% solution of hydrochloric acid is not always economically justified, particularly, for the water sources characterized by increased carbonate hardness. An engineering-economic comparison of two methods of acid washing of electrode plates of an electrolysis plant with solutions of hydrochloric and sulfamic acids while dissolving in them the accumulated buildup resulted from the preparation of sodium hypochlorite from a 3% solution of sodium chloride is presented. With a slightly higher cost of 1 liter of 5% sulfamic acid (6.9 rubles/l) compared to 5% hydrochloric acid (5.36 rubles/l), the cost of one washing with sulfamic acid (2.9 rubles) is 6 times higher than the cost of one washing with hydrochloric acid (0.48 rubles), which is associated with different possibilities for reusing acids for the next washing of the electrolysis plant. In other words, if 5% hydrochloric acid (HCl) can be used 11.1 times before its neutralization, then 5% sulfamic acid (NH2SO3H) can be used only 2.4 times, or 11.1/2.4 = 4.6 times less, which is illustrative of the obvious economic preference of hydrochloric acid over sulfamic acid.