DE2060066C3 - Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid und Chlorgas durch Elektrolyse von wäßrigen Elektrolyten, die in der Hauptmenge Magnesiumchlorid sowie Alkalichlorid gelöst enthalten - Google Patents

Description

von jedem Kathodenpaar eingeschlossene Raum ist Stahl mit einem Abstand zum Diaphragma von 6 mm. so groß zu halten, daß &ich der Kathodenraum nicht Die Zellenspannung muß für konstante Strombezusetzt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Abstand !astung der Zelle innerhalb von 20 Stunden von zwischen den beiden Kathoden eines Paares beispiels- 3,9 Volt auf 15 Volt angehoben werden. Der Kathodenweise 10 bis 30 mm beträgt. Durch diese Maßnahme S raum war nach dem Versuch frei von Sediment, aber wird der für den Stromverbrauch maßgebliche Abstand die Kathoden waren vollständig eingehüllt von einer zwischen Kathode und Anode nicht betroffen. Dieser harten Mg(OH)₈-KrUStC wird relativ klein gehalten. Es wird der Abstand

Kathode-Diaphragma auf einige Millimeter, Vorzugs- Beispiel 2

weise 3 bis 10 mm, begrenzt und damit der Zellen- io In der gleichen Elektrolysezelle wurde unter gleichen widerstand entsprechend niedrig gehalten. Bedingungen ein Elektrolyt mit NaCl-Zusatz elektro-

AIs Kathoden werden durchbrochene Kathoden, lysiert:

und zwar in Form von rüttclbaren Doppelkathoden _Kathoi_vt. _{80 e/I MeC}i A₀ dl NaCl verwendet Unter durchbrochenen Kathoden werden Anolvt· 280 ill m6i 40 JlI NaC Drahtnetz-, Stab- oder Schlitzblechkathoden verstan- 15 ^ ^& ^ * ^g/

den. Bei Schlitzblechkathoden wird die besondere Der Versuch wird nach 7 Tagen unterbochen.

Form der Jalousiekathode oder aber eine Schlitzblech- Während dieser Zeit hegt die Zellenspannung prak-

kathode, bei der Schlitze und Stege jedes Kathoden- tisch unverändert bei 3,8 Volt. Die Kathodenoberfläche paares gegeneinander versetzt sLid. verwendet Die ist frei von Verkostungen, und die Zelle bleibt weiter-Kathoden werden mit einer Rüttelvorrichtung ver- so hin betriebsbereit, bunden. _R . . . .

Der technische Vorteil der Einstellung eines kleinen e 1 s ρ 1 e

Elektrodenabstandes, bei dem sich durch den sedi- In einer Elektrolysezelle mit einem keramischen

mentierenden Feststoff der Kathodenraum nicht zu- Diaphragma und 1,2 m² Kathodenfläche wird eine setzt, tritt nur dann ein, wenn die durchbrochenen as Magnesiumchloridlösung bei einer Temperatur von Kathoden in Form von Doppelkathoden eingesetzt 55° C und einer Stromdichte von etwa 900 A/m^a elekwerden, die gleichzeitig mit einer Rüttelvorrichtung trolysiert. Als Kathode ist eine rüttelbare Einfachverbunden sind. Bei der Anwendung von Jalousie- Vollblechkathode eingesetzt worden, die einen Abkathoden bzw. von Schlitzblechkathoden mit gegen- stand von 10 mm zum Diaphragma hat. Die Elektroeinander versetzten Schlitzen und Stegen läßt sich im 30 lyte enthielten kein Natriumchlorid: Vergleich zu anderen durchbrochenen Kathoden Katholyt: 150 g/l MgCl, 8 g/l MgSO₄ außerdem noch ein Spannungsgewinn erreichen. ^ , f _28O g, _M|_{a 15} J , _M|_so

Die Verwendung von ruttelbaren Doppelschütz- ³ s/ s 2 e/ s 4

kathoden führt jedoch noch nicht zu den angestrebten Nach lltägigem Betrieb hat sich der Kathodenraum

Ergebnissen. Es läßt sich zwar bei ihrer Anwendung 35 der Zelle mit Magnesiumhydroxidsediment fast vollein Zusetzen des Kathodenraumes mit sedimentieren- ständig zugesetzt, und der Zellenwiderstand hat sich dem Feststoff vermeiden, aber bei dieser Kathoden- beinahe verdoppelt, ausführung findet eine Abscheidung von Mg(OH)₈ . .

auf der Kathode statt. Diese hüllt in kurzer Zeit B e 1 s ρ 1 e l 4

durch weitere Abscheidung und Wachstum die ge- 40 In der gleichen Elektrolysezelle wie im Beispiel 3 samte Kathode ein. Die Überzüge sind hart, haften wird unter gleichen Bedingungen elektrolysiert. Abfest auf der Kathode und haben einen Anstieg des weichend davon ist eine rütteJbare Doppelschlitz-Zellenwiderstandes zur Folge. Im Gegensatz zum Zu- kathode aus Stahl eingesetzt worden, die einen Absetzen des Kathodenraumes durch Feststoffsediment stand zum Diaphragma von 7 mm hat. Die Elektrolyte verläuft die Kathodeninkrustierung im allgemeinen 45 haben folgende Zusammensetzung: viel schneller. Bereits im Laufe eines Tages steigt der _Katholyt. _{80 g/}i MgCl₈ 8 g/l MgSO₄ 40 g/l NaCl Zellenwiderstand auf das Doppelte bis Drerfache an. _AnQ, . _{280 ß MO u ß MSQ 5Q ß NaC1}

Nach dem Verfahren der Erfindung inkrustieren

durchbrochene Kathoden erst dann nicht, wenn Der Versuch wird nach 17 Tagen unterbrochen. Die

Alkalichlorid im Katholyten in einer Konzentration 50 Kathodenoberfläche ist frei von Verkrustungen, der enthalten ist, die mindestens 30 g/l beträgt und bis Kathodenraum frei von Sediment, und die Zelle,

zur Sättigungskonzentration erhöht werden kann. Es deren Spannung während des Versuches nicht angeist dann kein Anstieg des Zellenwiderstandes zu be- stiegen ist, ist weiterhin betriebsbereit.

obachten, so daß die Zellenspannung während des Die technischen Vorteile des Verfahrens der Erfin-

Ablaufes der Elektrolyse praktisch nicht gesteigert zu 55 dung bestehen darin, daß die Fällung und Abschei-

werden braucht. dung des Magnesiumhydroxids in einem einzigen Ver-

Das Verfahren der Erfindung wird beispielsweise fahrensschritt in einer einfach konstruierten Elektro-

wie folgt beschrieben. lysezelle durchgeführt werden können und trotz der

B e i s D i e 1 1 Feststoffbildung in der Elektrolysezelle ein kleiner

^p 60 Elektrodenabstand eingestellt werden kann, ohne daß

In einer Elektrolysezelle mit einem Diaphragma aus die Zelle sich mit Feststoffsediment zusetzt und folglich Kunststofftuch und einer Kathodenfläche von 250 cm² der Zellenwiderstand ansteigt und bei Verwendung wird eine Magnesiumchloridlösung bei einer Tempe- von rüttelbaren und durchbrochenen Doppelkathoden ratur von 7O⁰C und einer konstanten Stromdichte von diese nicht inkrustieren.

600 A/m² elektrolysiert. Die Elektrolyte haben folgen- 65 Es ist durch diese Maßnahmen ein störungsfreier den MgClg-Gehalt: Katholyt 82 g/l, Anolyt 280 g/l. Elektrolysebetrieb über längere Zeit und bei niedriger Als Doppelkathode dient eine Rundstabkathode aus Spannung möglich.

Claims (4)

Es wurde bereits versucht, durch Veränderung des Patentansprüche: Verfahrensablaufes die mit dem Feststoffanfall in der Zelle verbundenen Schwierigkeiten zu umgehen. So

1. Verfahren zur Herstellung von Magnesium- wurde ein Verfahren bekannt, nach dem in einer Alkalihydroxid und Chlorgas durch Elektrolyse von wäß- 5 Chloridelektrolyse Chlor und Natronlauge wie berigen Elektrolyten, die ic der Hauptmenge Magne- kannt hergestellt und anschließend die gewonnene siumchlorid sowie Alkalichlorid gelöst enthalten, Natronlauge mit Magnesiumchloridlösung zu Magnedadurch gekennzeichnet, daß der Ge- siumhydroxid und Natriumchloridlösung umgesetzt halt des Elektrolyten im Katholyt 5 bis 150 g/l wird. Die entstandene Natriumchloridlösung wird und im Anolyt 5 bis 280 g/l MgCIj und der Gehalt io erneut elektrolytisch zersetzt. Damit wird der Feststoffbeider Elekirolyte an Alkalichloriden 30 g/l bis anfall in der Elektrolysezelle umgangen. Die Filtrierzur Sättigung beträgt und in einer Diaphragmazelle fähigkeit des Magnesiumhydroxids ist jedoch so elektrolysiert und während der Elektrolyse in dem schlecht, daß weitere aufwendige Verfahrensschritte Elektrolyten eine Temperatur von 50 bis 100⁰C zu ihrer Verbesserung angeschlossen werden müssen, und eine Stromdichte bis zu 2000 A/m² aufrecht- 15 Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine erhalten wird, die mit durchbrochenen und ruttel- Dreikammerzelle verwendet. Die einzelnen Kammern baren Doppelkathoden ausgerüstet ist, deren Ab- sind voneinander durch Anionenaustauschermemstand bis zum Diaphragma höchstens bis zu 10 mm branen getrennt. In den beiden Außenzellen wird eine beträgt. Alkalichloridelektrolyse durchgeführt, wobei die im

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ao Kathodenraum gebildeten OH-Ionen in den Mittelzeichnet, daß der Abstand der Kathoden vom raum wandern, der eine MagnesiumchJoridlösung Diaphragma 3 bis 10 mm beträgt. enthält. Es fällt Magnesiumhydroxid aus, das abge-

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- trennt wird, während die Chlorionen aus dem Mitteldurch gekennzeichnet, daß als durchbrochene, raum in den Anodenraum wandern und zusammen rüttelbare Doppelkathoden Schlitzkathoden mit 35 mit den dort bereits vorhandenen Chlorionen an der gegeneinander versetzten Schlitzen und Stegen Anode entladen werden. Auch bei diesem Verfahren verwendet wurden. ist der Elektrodenabstand vergrößert und wegen des

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- zweimaligen Stromdurchganges durch ein Diaphragma durch gekennzeichnet, daß als durchbrochene, der spezifische Stromverbrauch erhöht.

rüttelbare Doppelkathoden Jalousiekathoden ver- 30 Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von

wendet werden. Magnesiumhydroxid und Chlorgas durch Elektrolyse

von wäßrigen Elektrolyten, die in der Hauptmenge

Magnesiumchlorid sowie Alkalichlorid gelöst enthalten, gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, 35 daß der Gehalt des Elektrolyten im Katholyt 5 bis

Bei der Aufarbeitung von Kalisalzen fallen große 150 g/l und ;m Anolyt 5 bis 280 g/l MgCU und der

Mengen Endlaugen an, die hauptsächlich Magnesium- Gehalt beider Elektrolyte an Alkalichloriden 30 g/l bis

chlorid enthalten und deren technische Nutzung bisher zur Sättigung beträgt und in einer Diaphragmazelle

nur in begrenztem Umfang durchgeführt wird. Für das elektrolysiert und während der Elektrolyse in dem

zu gewinnende Magnesium und das Chlor dieser 40 Elektrolyten eine Temperatur von 50 bis 100⁰C und

Magnesiumchloriolösungen besteht technisches und eine Stromdichte bis zu 2000 A/m² aufrechterhalten

wirtschaftliches Interesse. Die Gewinnung von Chlor wird, wobei die Diaphragmazelle mit durchbrochenen

aus diesen Lösungen ist von Bedeutung, da keine und rüttelbaren Doppelkathoden ausgerüstet ist, deren

Alkalilaugen anfallen wie bei der Alkalichloridelek- Abstand bis zum Diaphragma höchstens 10 mm be-

trolyse, dem bisher wichtigsten Chlorgewinnungsver- 45 trägt,

fahren. Dabei beträgt der Abstand der Kathoden vom

Die Elektrolyse einer wäßrigen Magnesiumchlorid- Diaphragma 3 bis 10 mm.

lösung ist technisch wesentlich schwieriger durchzu- Als durchbrochene, rüttelbare Doppelkathoden

führen als eine Alkalichloridelektrolyse wegen der können Schlitzkathoden mit gegeneinander versetzten

Bildung eines festen Reaktionsproduktes, des Magne- 50 Schlitzen und Stegen verwendet werden,

siumhydroxids. Das sich bildende Magnesiumhy- Auch können als durchbrochene, rüttelbare Doppel-

droxid kann im Kathodenraum sedimentieren und kathoden Jalousiekathoden verwendet werden,

diesen zusetzen, wodurch der Zellenwiderstand all- Für das Verfahren der Erfindung sollen technische

mählich so erhöht wird, daß die Zelle nicht mehr be- Magnesiumchloridlösungen eingesetzt werden, ins-

triebsfähig ist. 55 besondere Endlaugen der Kaligewinnung, denen Al-

Das Magnesiumhydroxid kann sich auf der Kathode kalichlorid vor der Elektrolyse zugesetzt worden ist,

abscheiden und diese völlig einhüllen. Diese Inkrustie- oder ähnliche Laugen, die Alkalichlorid bereits ent-

rung der Kathode führt schon innerhalb sehr kurzer halten. Als Alkalichloride werden vorzugsweise Na-

Zeit zu einem hohen Zellenwiderstand. Um das Zu- triumchlorid, Kaliumchlorid und deren Gemische

setzen der Zelle zu verhindern, muß der Abstand 60 verwendet. Das Alkalichlorid wird bei der Elektrolyse

zwischen Kathode und Diaphragma relativ groß ge- nicht verbraucht. Dieses bleibt in der Elektrolysezelle

halten werden, wodurch sich der spezifische Strom- oder wird nach Abtrennung des Magnesiumhydroxids

verbrauch erhöht. Die Inkrustierung der Kathoden mit der Filtratmutterlauge in die Zelle zurückgeführt,

soll nicht eintreten bei bestimmten Stromdichten. Die Nach dem Verfahren der Erfindung wird das im

Angaben über die optimale Stromdichte sind nicht 65 Raum zwischen Kathode und Diaphragma gebildete

einheitlich und schwanken zwischen 800 A/m² als Magnesiumhydroxid durch die Kathodenschlitze der

obere Grenze und Mindestwerte von etwa 1600 bis durchbrochenen und rüttelbaren Doppelkathoden

1800 A/m². hindurch auf die Kathodenrückseiten abgeführt. Der