СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ГИПОХЛОРИТОВ МАГНИЯ И МЕДИ
METHOD FOR ELECTROCHEMICAL OBTAINING OF SOLUTION OF MAGNESIUM AND COPPER HYPOCHLORITES

Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди.
Изобретение относится к области получения растворов гипохлоритов электролизом.
2
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 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.
2
2
2
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% MgCl и получают 1 л исходного раствора, содержащего 70 г/л MgCl, pH 5,3. Электролиз проводят в электролизере без диафрагмы с анодом из графита и катодом из титана, при плотности тока 8 А/дм, 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.
2
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/дм 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.
2
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/дм, 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.
2
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/дм, 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.
2
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/дм, 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/дм<sup>2</sup>
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/дм<sup>2</sup>
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/дм<sup>2</sup>
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
2
Использование постоянного тока (таблица 1) позволяет при концентрации электролита 10% получать при плотности тока 0,5 А/дм выход по току для гипохлорита меди 55,3%, гипохлорита магния 45,1%.
2
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/дм (скважность 2) приводит к возрастанию выхода по току гипохлорита меди с 61,0 для постоянного до 69,4% (увеличение на 13,8%).
2
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/дмувеличение скважности от 2 до 3 и 4 соответственно по отношению к постоянному току составляет: 2-14%, 3-16,4%, 4-16,5%.
2
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/дм 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%.
2
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/дм 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).
2
При использовании тока частотой 200 Гц при тех же скважностях и плотности тока 1,0 А/дм: 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.
2
Заявленное изобретение позволяет при замене постоянного тока импульсным током при тех же плотностях тока 0,5-1,0 А/дм увеличить выход по току гипохлоритов меди, снизить расход электрической энергии при электролизе раствора бишофита.