电解法生产氯酸钠的阳极研究_童效平

电解法生产氯酸钠的阳极研究 童效平,王惠君,陈康宁 (华东师范大学化学系,上海 200062) 　　摘要:分别用钛基铱钽、铱钽锡[1]、二氧化铅[ 2]和钌钛[ 3]电极作阳极,测定了它们在强酸性条件下强化电解寿 命, 以及电解生产氯酸钠的阳极电极电位、槽电压和电流效率, 比较了 4 种电极作为电解法生产氯酸钠阳极的优 劣。 　　关键词:电解;氯酸钠;阳极;铱钽电极 　　中图分类号: T Q131. 1+ 2　　文献标识码: A　　文章编号: 1006- 4990( 2000) 01- 0014- 02 　　在电解法生产氯酸钠工业中, 石墨由于易受腐 蚀,寿命短,且在生产过程中温度不宜升高, 致使电 流效率较低。60年代,美国太平洋工程和产品公司 用石墨基体 PbO2电极作阳极,电解 NaCl溶液制备 氯酸钠,取得了较好的经济效益。随后各种贵金属阳 极陆续应用于氯酸盐工业。本文综合比较各种电极, 为实际生产找出经济实用的阳极。 1　实验条件和方法 1. 1　电极寿命测定 　　以 40%的硫酸溶液为电解液, 温度 70 ℃± 2 ℃, 分别以钛基铱钽、铱钽锡、二氧化铅和钌钛电 极作阳极,阳极面积 1 cm2, 铅板作阴极, 阴、阳极距 2 cm,电流密度 2 000 mA/ cm2, 测定从开始电解到 槽电压明显升高所需时间。 1. 2　电极电位测定 　　以饱和氯化钠溶液作电解液, 温度 70 ℃± 2 ℃, 分别以钛基铱钽、铱钽锡、二氧化铅和钌钛为 阳极,阳极面积 1 cm2 ,铂片为阴极, 232型甘汞电极 作参比,用 JH—2Y极化钝化源测定阳极电极电位。 1. 3　槽电压的测定 　　以饱和氯化钠溶液作电解液, 温度 70 ℃± 2 ℃, 分别以钛基铱钽、铱钽锡、二氧化铅和钌钛为 阳极,阳极面积 1 cm2 ,钛片为阴极,阴阳极距 2 cm, 用 JH—2Y 极化钝化源测定槽电压。 1. 4　电流效率测定 　　以饱和氯化钠溶液为电解液, 温度 75 ℃± 5 ℃, pH 值控制在 6～7之间, 分别以钛基铱钽、铱 钽锡、二氧化铅和钌钛为阳极, 阳极面积 1 cm2, 铂 片为阴极, 电流密度 160 mA/ cm2 ,电解 2 h, 测定电 流效率[ 4]。 2　实验结果和讨论 2. 1　电极寿命 　　电极在 40%硫酸溶液中的强化电解寿命见表 1。由表 1可知, 贵金属铱钽电极寿命较长,掺锡后寿 命有所降低;钌钛电极不能耐酸, 寿命极短;二氧化 铅电极具有很好的耐酸能力, 适合在酸性条件下长 时间工作。 表 1　电极在 40%硫酸溶液中的强化电解寿命 电极种类 钌钛 铱钽 铱钽锡 二氧化铅* 电极寿命/ h 4 204 168 360 　　* 电极在电解 360 h后,槽电压由 3. 68 V 上升到 4. 12 V,其中 PbO2 少量脱落,不再实验。 　　从钌钛阳极表面的扫描电镜照片[ 5]可知, 钌钛 电极寿命短是因为钌钛涂层的表面有很多的裂痕, 这些裂痕使电解过程产生的少量氧气很容易侵入, 导致活性成分固熔体结构破坏并产生 P—N 结, 使 电极钝化;贵金属铱钽、铱钽锡以及二氧化铅电极的 表面就没有钌钛涂层那样的龟裂痕迹, 和钌钛电极 相比,氧气的侵入被延缓,同时由于含铱和二氧化铅 涂层的阳极析氧电位较钌钛涂层高, 放出氧气相对 也少,所以它们的寿命较长。 2. 2　电极电位 　　电极在饱和氯化钠溶液中的电极电位见表 2。 在 3种贵金属的阳极中, 钌钛电极的析氯电位最低。 铱钽电极的析氯电位略高,掺锡后有所下降, 但仍高 于钌钛电极,二氧化铅电极的电位远高于同一电流 密度下的 3种贵金属阳极,且随电流密度的升高而 　　作者简介:童效平,男, 1965年生,华东师范大学化学系 97级无机化学硕士研究生。已发表论文 1篇。 14　　INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY　　　　　　　　无机盐工业　　2000- 01, 32( 1) 增长较快。 表 2　电极在饱和 NaCl溶液中的电极电位 V 电流密度/mA·cm- 2 钌钛 铱钽 铱钽锡 二氧化铅 100 1. 110 1. 152 1. 140 1. 515 200 1. 132 1. 172 1. 164 1. 550 300 1. 145 1. 187 1. 181 1. 594 400 1. 154 1. 201 1. 188 1. 614 500 1. 167 1. 210 1. 198 1. 634 600 1. 172 1. 218 1. 210 1. 645 2. 3　槽电压 　　电极在饱和 NaCl溶液中的槽电压见表 3。 表 3　电极在饱和 NaCl溶液中的槽电压 V 电流密度/mA·cm- 2 钌钛 铱钽 铱钽锡 二氧化铅 100 2. 26 2. 35 2. 31 2. 72 200 2. 51 2. 61 2. 55 3. 18 300 2. 64 2. 77 2. 72 3. 45 400 2. 78 2. 90 2. 85 3. 80 500 2. 81 3. 05 2. 98 3. 91 600 3. 03 3. 20 3. 12 4. 07 　　3种贵金属的阳极中,钌钛电极的槽电压最低, 铱钽和铱钽锡的槽电压略高,但 3者相差不大;二氧 化铅阳极的槽电压明显高于相同电流密度下的 3种 贵金属阳极, 且槽电压随电流密度增大上升迅速,从 电极电位和槽电压的数值看,用二氧化铅作阳极,电 能效率远小于 3种贵金属阳极。 2. 4　电流效率 　　电解饱和氯化钠溶液制氯酸钠的电流效率见表 4。在 3种贵金属阳极中,铱钽、铱钽锡阳极的电流效 率要高于钌钛阳极,这是因为铱钽、铱钽锡阳极的析 氧超电位比钌钛阳极高[ 6] , 用铱钽、铱钽锡作阳极, 阳极附近得到的氯气中含氧较少;虽然二氧化铅阳 极的析氧过电位较 3种贵金属阳极高,但它的析氯 电位同样也远高于贵金属阳极,用二氧化铅作阳极, 阳极表面也产生较多的氧气, 导致电流效率不高。 表 4　电解饱和氯化钠溶液制氯酸钠的电流效率 电极种类 钌钛 铱钽 铱钽锡 二氧化铅 电流效率/ % 78. 8 87. 6 85. 3 80. 3 3　结论 　　综上所述, 贵金属阳极中,钌钛阳极由于不能耐 酸、寿命短、且电流效率不高, 不宜采用;铱钽或铱钽 锡阳极是很好的电解生产氯酸钠工业的阳极, 它的 缺点是制备成本高, 一次性投资大,适合资金雄厚的 大型企业;二氧化铅电极由于析氯过电位较高,导致 槽电压较高,电能效率较低,能耗增加, 但它制作成 本低,且寿命长,对于缺少资金的小型企业,可作为 暂时的替代品。 　　为了取得更好的经济效益,一方面要进一步研 究改进二氧化铅电极,降低二氧化铅电极放氯的过 电位;另一方面要找出合适的贵金属的替代品,降低 制作成本。 参考文献: [ 1]　张萌萌等 . 铱钽氧化物阳极涂层的研究[ J] . 无机材料学报, 1999, 14( 2) . [ 2 ] 　 N Munichan draiah. Lead dioxide an ode p repn . and char acterizat ion[ J] . Appl Elect rochem, 1987, 17: 22～32. [3]　陈康宁 . 金属阳极[ M] . 上海:华东师范大学出版社, 1989. 34 ～36. [ 4]　锦西化工厂 . 氯碱工业分析[ M ] . 北京: 石油化工出版社, 1976. 134～135. [5]　唐电等 . 关于钛阳极涂层的显微组织 [ J ] . 氯碱工业, 1994, ( 8) : 28～31. [ 6 ] 　 Yasumichi Matsumoto. IrO2 an ode for th e OER [ J ] . Elect rochem Soc, 1986, 11: 2257～2261. (收稿日期: 1999—07—30) 第五届全国无机氟化物行业年会在闽召开 　　全国无机氟化物协作组、中国化工学会无机酸碱盐专业 委员会主办的第五届全国无机氟化物行业年会于 1999 年 9 月 23～26日于福建邵武市召开,参加本届会议的共有 25 个 单位 36 位代表,会议得到了邵武氟化工总厂的大力支持。 　　会上协作组负责人对本年度工作做了总结,并根据全体 与会代表意见制订了下年度工作计划。 　　会议期间, 与会的无机氟化物生产企业介绍了企业发展 情况及今后发展思路。西班牙美耐沙有限公司介绍了该公司 在华发展的构想。通过交流, 代表们深刻地体会到, 企业的生 存发展越来越依靠技术进步和管理的提高,并提出对高纯产 品了解的愿望及发展构思。 　　会议收到交流论文 15篇, 会上交流数篇, 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 涉及氟的 综合利用, AlF 3的生产、AlF 3的干燥等。 　　年会期间,对行业及行业组织的发展进行了交流并提出 建议, 行业组织将加强内部的信息交流和技术问题的解答, 对外交流。全国无机氟化物行业组织计划组建无机氟化物产 品销售网,促进生产企业与用户的直接联系。 　　下届年会初步定在 9 月中旬在上海召开, 年会主题侧重 精细无机氟化学品。 (李连成) 152000—01, 32( 1)　　　　　　　　　　童效平　　　　　　　　　电解法生产氯酸钠的阳极研究　　 ABSTRACT PREPARATION OF ULTRAFINE CALCIUM CARBONATE. YAO Chao et al. (Dept. of chem. Eng . , J iangsu Institute of Petrochemical T echnology, Changzhou 213016) : Chin. J. Inorganic Chemicals Ind. 32(1) , 2000, pp. 3～5 　　 T he carbonat ion r eaction process was displayed by using conductivity met er . T he effects of r eaction temperat ur e, CO2 concentr ation, Ca( OH ) 2 concentr ation, gas flow rat e and the amount of additives upon the aver age particle size of ultra fine calcium carbonat e and reaction time were invest igated in detail. 　　Key words: ultr afine calcium ca rbonate ; aver age par ticle size; r eaction t ime; pr epar ation PREPARATION OF CALCIUM DICHROMATE FROM CALCIUMCHROMATE BY CARBONATION. LIU Changj ian et a l. ( I nst. of Chem. &Meta l. , Chinese Acadmy of Science, Beijing 100080) : Chin. J. Inorganic Chemicals Ind. 32( 1) , 2000, pp. 6～8 　　CaCr 2O7 can be prepared by carbonation of CaCrO4. The effects of absorption of CO2 and dissolution of CaCrO4 upon reaction time , and the r eact ion equilibr ium of deffer ent temperat ur e and under differ ent CO2 pressure ar e studied. The results show that the r eact ion r ate is controlled by t he absorption of CO2 and the dissolut ion of CaCrO4. Under t he following conditions: 50 ℃, CO2 pressure of 1. 3 MPa and overamount of CaCrO4, the r eact ion ra te is more quickly and meantime , the high concentr ation of CaCr 2O7 solution can be obtained. 　　Key words: CaCrO4; CaCr 2O7; Ca rbonation equilibr ium; concent ration THE ANALYSIS OF PHASE DIAGRAM OF THE PREPARATION OF KNO3 FROM SALTPETER ( Ⅰ ) THE CALCULATION OF PHASE DIAGRAM FOR THE LEACHING LIQUOR OF SALTPETER IN THE SUNNING PROCESS. HUANG Xueli et al. (Da lian Uni. of Sci. & T ech. ,Da lian 116012) : Chin. J. Inorganic Chemicals Ind. 32(1) , 2000, pp. 9～11 　　Based on t he analysis of phase diagr am of Na + , K+ / / NO-3 , Cl - , SO2-4 , H2O at 25 ℃, the sequence and t he quantit y of va rious salts which salt out from the solution obtained by leaching salt peter in the sunning process are studied. The end - point of evapora tion and the change of content of K+ , NO-3 in the semi- finished product ar e also discussed. 　　Key words: saltpeter ; leaching; potassium nit rate ; phase diagr am A NEW TECHNOLOGY FOR SEPARATION OF Mo ( Ⅵ ) FROM TUNGSTATE SOLUTION BY ION - EXCHANGE METHOD. ZHONG Aiguo(Dept. of Chem. Eng. , The Centre - South Institute of T echnology ,H engyang 421001) : Chin. J. Inorganic Chemicals Ind. 32(1) , 2000, pp. 12～13 　　A new technology for deep separat ion of WO2-4 / MoO2-4 is given. T he effects of t ype of r esin, vulcanizating conditions and regenerating conditions upon the separ ating effectiveness of r esin and the per formance of r esin are discussed. T he optimum operation conditions of ion - exchange are obtained by inter cross exper imental method. 　　Key words : WO2-4 / MoO2-4 separ ation; ion - exchange; D201 resin RESEARCH OF THE ANODES APPLIED IN THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF SODIUM CHLORATE. TONG Xiaoping et al. ( Dept. of Chemistry, East China N ormal Uni. , Shangha i 200062) : Chin. J. I norganic Chemicals Ind. 32(1) , 2000, pp. 14～15 　　T he IrO2/ T i, IrO2 - T a2O5/ Ti, PbO2/ T i and RuO2/ T i ar e used as anodes respect ively. T heir reinforced elect rolyte lifet ime in the strong acidic solution, anode pot ential, electrolyzer voltage, electric cur rent efficiency in the electrolytic product ion of sodium chlorat e are determined. T he advant ages and disadvantages of above four anodes in t he electrolytic production of sodium chlorate ar e compared. 　　Key words : electrolyte ; sodium chlora te; anode; IrO2 - T a2O5/ Ti anode PREPARATION OF ULTRAFINE IRON OXIDE POWDER BY COLLOIDAL CHEMICALMETHOD. YANG J un et al. (Dep t. of Materia l Eng . ,Wuhan Ins. of Chem. T ech. ,Wuhan 430073) : Chin. J. Inorganic Chemicals Ind. 32( 1) , 2000, pp. 16～17 　　 The optimum process conditions for prepara tion of ultr afine iron oxide powder by colloidal chemical method are invesgat ed. T he results show t ha t the t emperature and pH of solution much affect the forming and stability of sol. The sur face proper ties of ultr afine iron oxide powder ar e studied. From SEM analysis and the det erminat ion of pore distr ibution, the ult rafine par ticle iron oxide is spher ical and its diameter is mainly between 4～6 nm. 　　Key words: ultrafine iron oxide powder ; pr epar ation; sol THE PROPERTIES , USES AND PROSPECT OF ZIRCONIUM DIOXIDE. ZH ENG Wenyu et a l. (Guangdong Yutian I ndustry Co. Ltd. , Chengha i 515821) : Chin. J. I norganic Chemicals Ind. 32(1) , 2000, pp. 18～20 　　 The chemical and physical properties of zir conium dioxide and relative cer amic mater ial ar e r eviewed. Its application in electronic ceramic, funct ional ceramic and structur e ceram ic are a lso br iefly int roduced. It point s out t ha t the zirconium dioxide product must be developed in the t endency for high - pur ity, superfine, compound and sol products. 　　Key words: zir conium dioxide; propert y; use; prospect THE TECHNOLOGY PROGRESS OF POTASSIUM CARBONATE IN CHINA. LI Gang et a l. (Shanxi Wentong P otassium Salt Group Co. Ltd. , Ta iyuan 030006) : Chin. J. I norganic Chemicals Ind. 32( 1) , 2000, pp. 21～22 　　 T he main method and chara ct eristics of potassium carbonate production ar e introduced. The present status of production technology, product development and equipment progress of potassium carbonate ar e r eviewed. The existing problems are pointed out and the suggest ions for development ar e also made . 　　Key words: pota ssium carbonate; t echnology; progress PREPARATION OF HIGH QUALITY PRINTING- INK FILLER 206# —ULTRAFINE CALCIUM CARBONATE . CAO Yunchang(Dept. of Desig n, H unan Dacheng Zidan Co. Ltd . , Leng shuij iang 417506) : Chin. J. Inorganic Chemica ls Ind. 32(1) , 2000, pp. 23～25 1Vol . 32 No. 1, 2000- 01　　　　INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY　　　　　　　Abstract