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EP0571273A1 - Process for the production of alkali metal chlorate and apparatus therefor - Google Patents

Process for the production of alkali metal chlorate and apparatus therefor Download PDF

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Publication number
EP0571273A1
EP0571273A1 EP93401275A EP93401275A EP0571273A1 EP 0571273 A1 EP0571273 A1 EP 0571273A1 EP 93401275 A EP93401275 A EP 93401275A EP 93401275 A EP93401275 A EP 93401275A EP 0571273 A1 EP0571273 A1 EP 0571273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alkali metal
chlorine
solution
cell
anolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP93401275A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François Delmas
Dominique Ravier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Elf Atochem SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elf Atochem SA filed Critical Elf Atochem SA
Publication of EP0571273A1 publication Critical patent/EP0571273A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/24Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26Chlorine; Compounds thereof
    • C25B1/265Chlorates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/085Removing impurities

Definitions

  • the present invention relates to a process for the manufacture of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell without the addition of chromium.
  • Membrane cells generally consist of two compartments, one anodic, the other cathodic, separated by a membrane which allows the selective transfer of ions from one compartment to another, under the action of an electric field. .
  • the anolyte consists of a chloride salt brine of said alkali metal, to which may be added, if necessary, a determined quantity of chlorate of the same alkali metal, the catholyte being for its part consists of an alkali metal hydroxide solution.
  • membrane cells require the use of electrolytes which are particularly free of impurities.
  • the brine of alkali metal chloride salt which feeds the anode compartment of the cell contains small amounts of metal salts, particularly salts of alkaline earth metals, metals such as aluminum, copper, manganese or zinc, or impurities such as silica, sulfate salts, bromine or iodine that may damage or clog the membrane during electrolysis.
  • metal salts particularly salts of alkaline earth metals, metals such as aluminum, copper, manganese or zinc, or impurities such as silica, sulfate salts, bromine or iodine that may damage or clog the membrane during electrolysis.
  • the present invention therefore relates to a process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell, of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and of a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide, the alkali metal chloride solution being obtained from a brine previously purified so as to remove almost all of the impurities which would risk damaging or clogging the membrane during electrolysis.
  • the cell of the "chlor-sodium hydroxide" type used in the process according to the invention is preferably a membrane cell.
  • the membranes are synthetic ion-exchange membranes, preferably made of fluorocarbon polymers capable of withstanding drastic operating conditions, in particular strong alkaline solutions, at high temperatures.
  • flurocarbon polymers are associated with carboxylic and / or sulfonic acid functions, preferably in the form of an alkali metal salt.
  • the fluorocarbon polymers are polytetrafluoroethylenes (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylenes
  • the membranes used are obtained by extrusion or rolling of the polymer, and can be reinforced with woven pieces of PTFE fibers.
  • the membranes developed since 1970, have a selectivity at least equal to that of the diaphragms but are much more sensitive to degradation and clogging due to impurities present in the electrolyte.
  • the alkali metal chloride brine is generally prepurified by conventional methods of precipitation and / or adsorption on resins.
  • the alkali metal brine used as an anolyte in the "chlor-sodium hydroxide" type cell preferably comprises between 170 and 315 g / l of alkali metal chloride, preferably between 290 and 310 g / l.
  • this brine is preferably used at a pH of between 2 and 7, advantageously between 2.5 and 4.5.
  • This reaction involves the transfer of two electrons for two molecules of alkali metal chlorides involved.
  • chlorine gas is produced in the anode compartment (2Cl ⁇ ⁇ Cl2 + 2e ⁇ ), and hydrogen gas in the cathode compartment (2H2O + 2e ⁇ 2OH ⁇ + H2).
  • the two alkali metal ions corresponding to the chlorine generated are transferred through the membrane, from the anode compartment to the compartment cathode of the cell type "chlorine-soda" to balance the electric charge due to the simultaneous production of two hydroxyl anions.
  • the formation of chlorine in the anode compartment is therefore accompanied by a drop in concentration of alkali metal chloride in the anolyte simultaneously with an enrichment in alkali metal hydroxide in the cathode compartment.
  • the alkali metal hydroxide solution obtained by electrolysis has a concentration of between 10 and 55% by weight, preferably between 30 and 50% by weight.
  • the chlorine gas and the hydroxide solution produced are free of detectable impurity.
  • hypochlorite obtained will then disproportionate on the one hand into chloride, and on the other hand into alkali metal chlorate according to equation C below (VS) 3 MeClO ⁇ 2 MeCl + MeClO3, Having defined myself previously.
  • the saline solution obtained at the outlet of the slaughter column comprises between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and between 30 and 700 g / l of alkali metal chlorate.
  • this solution saline comprises between 70 and 170 g / l of chloride and between 400 and 650 g / l of alkali metal chlorate.
  • the saline solution before its use as an anolyte in the membrane cell can be advantageously transferred to an evolution tank for a prolonged residence time, at a pH of between 6 and 8, of preferably between 6.5 and 7.
  • the saline solution obtained by the purification process described above is then used as an anolyte in the membrane cell at a pH between 1 and 8, preferably between 2 and 5, and at a temperature between 50 and 100 ° C, advantageously between 70 and 90 ° C.
  • part of the anolyte is recycled to the slaughter column.
  • the alkali metal hydroxide solution obtained by electrolysis in the membrane cell, has a concentration of between 10 and 55% by weight and preferably between 30 and 50% by weight. It is also transferred to the slaughter column.
  • chlorine gas is also produced in the anode compartment.
  • This chlorine is then transferred to the slaughter column, advantageously in admixture with the chlorine gas produced during the electrolysis of the "chlorine-soda" type.
  • anode loop constituted by the anode compartment of the membrane cell and the slaughter column, the products in solution of the electrolysis of the membrane cell being transferred to the slaughter column and vice versa the solution obtained. at the outlet of the slaughter column being used as an anolyte in the membrane cell.
  • the anolyte contains between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and preferably between 70 and 170 g / l.
  • concentration of chlorate leaving the membrane cell necessary for it to be isolable directly by crystallization is easily determined from known crystallization diagrams of water-chloride-chlorate systems (thesis by A. NALLET, Faculty of Sciences of the University of Lyon, Order number 209, defended on January 19, 1955). It is for example between 400 and 650 g / l of anolyte.
  • part of the anolyte after its electrolysis is transferred to a crystallizer or the chlorate is left to crystallize, the mother liquors being recovered and recycled in the anode loop of the membrane cell.
  • the alkali metal used in the process according to the invention is chosen from lithium, sodium and potassium, preferably sodium.
  • the present invention also relates to a device for the preparation of an alkali metal chlorate, implementing the method described above, comprising the combination of a "chlorine-soda" type cell for the preparation of chlorine gas and hydroxide of an alkali metal, of a column for the removal of chlorine by an alkali metal hydroxide, and a membrane cell for the electrolysis of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide.
  • FIG. 1 shows a device, used in a preferential manner, and in which the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell, comprising one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartment or compartments each comprising a suitable device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and a suitable device for recovering chlorine gas (112), the cathode compartment (s) (12) each comprising a suitable device for admitting (121) and recovering (122) the catolyte and a suitable device for removing hydrogen gas (123).
  • the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell, comprising one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartment or compartments each comprising a suitable device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and a
  • the slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21) from the cell of the "chlor-sodium hydroxide" type, a suitable device for admitting the chlorine gas (22) and preferably a device (24) for admitting a saline solution poor in chloride and a suitable device (23) for recovering the saline solution obtained.
  • the membrane cell (3) comprises, like the "chlorine-soda” type cell (1) one or more anode compartments (31) separated from the cathode compartment (s) (32) corresponding by a membrane (33), the compartment (s) anodic each comprising a suitable device for admitting saline solution (312), a suitable device for recovering chlorine gas (314) and a device for recovering saline solution after its electrolysis (311).
  • the cathode compartment (s) (32) of this membrane cell (3) include a suitable device for admitting water (321), a suitable device (322) for recovering the catholyte after its electrolysis and a suitable device hydrogen extraction (323).
  • the appropriate device for recovering (313) the anolyte from the membrane cell (3) is connected to a suitable device for introducing this anolyte (24) into the slaughter column (2).
  • the chlorine gas extraction device (314) is also connected to the slaughter column by means of the appropriate chlorine gas intake device (22).
  • anode compartment (31) of the membrane cell (3) is connected either directly by an appropriate means, or by the device for recovering the saline solution after its electrolysis (311) to a crystallizer (4).
  • the crystallizer comprises an appropriate device for recovering mother liquors (43) connected to the anode compartment (31) of the membrane cell (3).
  • the mother liquors can be returned to the level of the anode loop defined above.
  • the alkali metal chlorate obtained enters the final balance of the chlorate preparation according to the invention, it can therefore be considered that it is not an impurity.
  • the chloride solution obtained is practically free from any impurity.
  • impurities harmful to the proper functioning of the membranes, such as calcium, magnesium, strontium, barium, iodine, bromine, aluminum, silica, sulfate, iron, manganese, copper, etc.
  • the present invention also relates to a device for purifying an alkali metal chloride brine, comprising the combination of an electrolysis cell of the "chlor-soda" type (1) and a slaughter column ( 2) chlorine by soda.
  • FIG. 2 shows a cell of the "chlorine-soda" type (1) with a membrane, consisting of one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartments each comprising a suitable device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and a suitable device for recovering chlorine gas (112), and the cathode compartment (s) (12) each comprising a suitable device inlet (121) and recovery (122) of the catholyte, and a suitable device for evacuating hydrogen gas (123).
  • the slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21), a suitable device for admitting chlorine gas, and a suitable device for recovering (23) of a purified solution of alkali metal chloride, the hydroxide inlet devices (21) and chlorine (22) being respectively connected directly to the devices for recovering the catholyte (122) and chlorine gas (112 ) of the "chlorine-soda" type cell (1).
  • the membrane electrolyzer anolyte (3) contains 120 to 150 g / l of NaCl and 450 to 500 g / l of NaClO3.
  • the sodium hydroxide of the catholyte is 32% by weight and the temperature at 90 ° C.
  • the voltage across the electrolyzer is between 3.7 and 3.8 V at 30 A / dm2.
  • the sodium hypochlorite content of the solution recovered at the outlet of the slaughter column (2) is 7.5 to 8 g / l. After its transfer to an evolution tank maintained at 70 ° C, the sodium hypochlorite content is 1 to 2 g / l.
  • the pH is regulated at 6.5 by addition of sodium hydroxide.
  • the cell (3) is supplied by a flow resulting from the reaction between chlorine and the aqueous solution at 33% by weight of soda. This generally leads to the introduction of only 719 kg of water per tonne of NaClO3 produced. There is therefore a saving of 844 kg of water which it would be necessary to evaporate in an installation where the sodium chlorate leaves in the solid state, that is to say where any quantity of incoming water must be evaporated.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane (3) d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin, la solution de chlorure de métal alcalin étant préalablement purifiée par la succession d'étapes suivantes :

  • électrolyse dans une cellule de type "chlore-soude" (1) d'une saumure de chlorure de métal alcalin pour former d'une part du chlore gazeux, et d'autre part une solution concentrée d'hydroxyde de métal alcalin,
  • transfert du chlore gazeux et de la solution d'hydroxyde de métal alcalin produits, dans une colonne d'abattage (2), pour les faire réagir l'un sur l'autre, et
  • récupération de la solution saline ainsi obtenue, pour son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane (3).
The present invention relates to a process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell (3) of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and of a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide, the alkali metal chloride solution being previously purified by the following sequence of steps:
  • electrolysis in a "chlorine-soda" type cell (1) of an alkali metal chloride brine to form on the one hand chlorine gas, and on the other hand a concentrated solution of alkali metal hydroxide,
  • transfer of the chlorine gas and of the solution of alkali metal hydroxide produced, into a slaughter column (2), to make them react one on the other, and
  • recovery of the saline solution thus obtained, for its use as an anolyte in the membrane cell (3).

La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé et un dispositif de purification d'une saumure de chlorure de métal alcalin.

Figure imgaf001
The present invention also relates to a device for implementing this method and a device for purifying an alkali metal chloride brine.
Figure imgaf001

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane sans adjonction de chrome.The present invention relates to a process for the manufacture of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell without the addition of chromium.

La préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane est décrite en particulier dans les demandes de brevet FR-A-2 638 766 et FR-A-2 655 061. The preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell is described in particular in patent applications FR-A-2 638 766 and FR-A-2 655 061.

Les cellules à membrane sont généralement constituées de deux compartiments, l'un anodique, l'autre cathodique, séparés par une membrane qui permet le transfert sélectif d'ions d'un compartiment à un autre, sous l'action d'un champ électrique.Membrane cells generally consist of two compartments, one anodic, the other cathodic, separated by a membrane which allows the selective transfer of ions from one compartment to another, under the action of an electric field. .

Pour la préparation connue de chlorate de métal alcalin, l'anolyte est constitué par une saumure de sel de chlorure dudit métal alcalin, à laquelle peut être ajoutée, le cas échéant, une quantité déterminée de chlorate du même métal alcalin, le catholyte étant pour sa part constitué par une solution d'hydroxyde de métal alcalin.For the known preparation of alkali metal chlorate, the anolyte consists of a chloride salt brine of said alkali metal, to which may be added, if necessary, a determined quantity of chlorate of the same alkali metal, the catholyte being for its part consists of an alkali metal hydroxide solution.

Ce procédé de préparation de chlorate de métal alcalin présente de nombreux avantages par rapport à la technique antérieure qui nécessitait l'emploi d'additifs coûteux et dangereux pour l'environement, en particulier du chrome hexavalant, chromate ou bichromate de sodium, pour limiter l'influence néfaste de la réduction cathodique des ions hypochlorites et/ou chlorates.This process for the preparation of alkali metal chlorate has many advantages over the prior art which required the use of costly and dangerous additives for the environment, in particular hexavalant chromium, sodium chromate or dichromate, to limit the negative influence of the cathodic reduction of hypochlorite and / or chlorate ions.

Néanmoins, et malgré ce net progrès, les cellules à membranes nécessitent l'emploi d'électrolytes particulièrement exempts d'impuretés.Nevertheless, and despite this clear progress, membrane cells require the use of electrolytes which are particularly free of impurities.

En effet, la saumure de sel de chlorure de métal alcalin qui alimente le compartiment anodique de la cellule, contient de faibles quantités de sels métalliques, particulièrement de sels de métaux alcalino-terreux, de métaux tels que l'aluminium, le cuivre, le manganèse ou le zinc, ou d'impuretés telles que la silice, les sels de sulfate, le brome ou l'iode qui risquent de détériorer ou de colmater la membrane lors de l'électrolyse.Indeed, the brine of alkali metal chloride salt which feeds the anode compartment of the cell, contains small amounts of metal salts, particularly salts of alkaline earth metals, metals such as aluminum, copper, manganese or zinc, or impurities such as silica, sulfate salts, bromine or iodine that may damage or clog the membrane during electrolysis.

Il s'avère donc nécessaire de purifier la saumure avant son introduction dans le compartiment anodique de la cellule, de manière à abaisser les teneurs en impuretés à des niveaux acceptables.It is therefore necessary to purify the brine before it is introduced into the anode compartment of the cell, so as to lower the content of impurities to acceptable levels.

Si les techniques usuelles de purification des saumures de sels de chlorure, par précipitation et/ou absorption sur résine, permettent d'abaisser les teneurs de certaines impuretés, notamment les sels de calcium et de magnésium, il n'existe pas de procédé industriel permettant de réduire la teneur d'éléments, tels que le silicium, l'aluminium ou d'autres métaux à quelques ppm voire quelques ppb.If the usual techniques for the purification of brines of chloride salts, by precipitation and / or absorption on resin, make it possible to lower the contents of certain impurities, in particular calcium and magnesium salts, there is no industrial process allowing to reduce the content of elements, such as silicon, aluminum or other metals to a few ppm or even a few ppb.

La présente invention concerne donc un procédé de préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane, d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin, la solution de chlorure de métal alcalin étant obtenue à partir d'une saumure préalablement purifiée de manière à éliminer la quasi totalité des impuretés qui risqueraient de détériorer ou de colmater la membrane lors de l'électrolyse.The present invention therefore relates to a process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell, of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and of a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide, the alkali metal chloride solution being obtained from a brine previously purified so as to remove almost all of the impurities which would risk damaging or clogging the membrane during electrolysis.

Selon la présente invention, la purification de la saumure est obtenue par la succession d'étapes suivantes :

  • électrolyse dans une cellule de type "chlore-soude" d'une saumure de chlorure de métal alcalin pour former d'une part du chlore gazeux, et d'autre part une solution concentrée d'hydroxyde de métal alcalin,
  • transfert du chlore gazeux et de la solution d'hydroxyde de métal alcalin produits, dans une colonne d'abattage, pour les faire réagir l'un sur l'autre, et
  • récupération de la solution saline ainsi obtenue, pour son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane.
According to the present invention, the purification of the brine is obtained by the following sequence of steps:
  • electrolysis in a "chlorine-soda" type cell of an alkali metal chloride brine to form on the one hand chlorine gas, and on the other hand a concentrated solution of alkali metal hydroxide,
  • transfer of the chlorine gas and of the solution of alkali metal hydroxide produced, into a slaughter column, to make them react one on the other, and
  • recovery of the saline solution thus obtained, for its use as an anolyte in the membrane cell.

La cellule de type "chlore-soude" employée dans le procédé selon l'invention est de préférence une cellule à membrane.The cell of the "chlor-sodium hydroxide" type used in the process according to the invention is preferably a membrane cell.

Ce type de cellule est bien connu dans l'art antérieur, puisque décrit notamment dans le brevet US-A-4 285 795 ou dans "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry" (5ème édit., Vol. A6, p. 399-481).This type of cell is well known in the prior art, since it is described in particular in US-A-4,285,795 or in "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry" (5th ed., Vol. A6, p. 399-481) .

Les membranes sont des membranes synthétiques échangeuses d'ions, préférentiellement en polymères fluorocarbonés susceptibles de résister à des conditions opératoires drastiques, en particulier à des solutions alcalines fortes, à de hautes températures.The membranes are synthetic ion-exchange membranes, preferably made of fluorocarbon polymers capable of withstanding drastic operating conditions, in particular strong alkaline solutions, at high temperatures.

A ces polymères flurocarbonés sont associés de fonctions acides carboxyliques et/ou sulfoniques, préférentiellement sous la forme d'un sel de métal alcalin. D'une manière préférentielle, les polymères fluorocarbonés sont des polytétrafluoroéthylènes (PTFE). Les membranes employées sont obtenues par extrusion ou laminage du polymère, et peuvent être renforcées par des pièces tissées de fibres de PTFE.These flurocarbon polymers are associated with carboxylic and / or sulfonic acid functions, preferably in the form of an alkali metal salt. Preferably, the fluorocarbon polymers are polytetrafluoroethylenes (PTFE). The membranes used are obtained by extrusion or rolling of the polymer, and can be reinforced with woven pieces of PTFE fibers.

Les membranes, développées depuis 1970, ont une sélectivité au moins égale à celle des diaphragmes mais sont beaucoup plus sensibles aux dégradations et aux colmatages dues aux impuretés présentes dans l'électrolyte.The membranes, developed since 1970, have a selectivity at least equal to that of the diaphragms but are much more sensitive to degradation and clogging due to impurities present in the electrolyte.

De manière à préserver la durée de vie des membranes, dans le procédé selon l'invention, la saumure de chlorure de métal alcalin est généralement prépurifiée par des méthodes classiques de précipitation et/ou d'adsorption sur résines.In order to preserve the lifetime of the membranes, in the process according to the invention, the alkali metal chloride brine is generally prepurified by conventional methods of precipitation and / or adsorption on resins.

La saumure de métal alcalin employée comme anolyte dans la cellule de type "chlore-soude" comprend de préférence entre 170 et 315 g/l de chlorure de métal alcalin, de préférence entre 290 et 310 g/l.The alkali metal brine used as an anolyte in the "chlor-sodium hydroxide" type cell preferably comprises between 170 and 315 g / l of alkali metal chloride, preferably between 290 and 310 g / l.

Par ailleurs, cette saumure est employée de préférence à un pH compris entre 2 et 7, avantageusement entre 2,5 et 4,5.Furthermore, this brine is preferably used at a pH of between 2 and 7, advantageously between 2.5 and 4.5.

La réaction globale effectuée dans la cellule électrolyse de type "chlore-soude" peut se résumer par l'équation A suivante : (A)    2 MeCl + 2 H₂O → 2 MeOH + Cl₂+H₂

Figure imgb0001

avec Me représentant un métal alcalin.The overall reaction carried out in the "chlorine-soda" type electrolysis cell can be summarized by the following equation A: (AT) 2 MeCl + 2 H₂O → 2 MeOH + Cl₂ + H₂
Figure imgb0001

with Me representing an alkali metal.

Cette réaction met en jeu le transfert de deux électrons pour deux molécules de chlorures de métal alcalins impliquées.This reaction involves the transfer of two electrons for two molecules of alkali metal chlorides involved.

Au cours de l'électrolyse, le chlore gazeux est produit dans le compartiment anodique (2Cl⁻ → Cl₂+2e⁻), et l'hydrogène gazeux dans le compartiment cathodique (2H₂O+2e → 2OH⁻+H₂).During electrolysis, chlorine gas is produced in the anode compartment (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻), and hydrogen gas in the cathode compartment (2H₂O + 2e → 2OH⁻ + H₂).

Dans le même temps, sous l'action du champ électrique, les deux ions de métal alcalin correspondant au chlore généré sont transférés au travers de la membrane, du compartiment anodique vers le compartiment cathodique de la cellule de type "chlore-soude" pour équilibrer la charge électrique due à la production simultanée de deux anions hydroxyles.At the same time, under the action of the electric field, the two alkali metal ions corresponding to the chlorine generated are transferred through the membrane, from the anode compartment to the compartment cathode of the cell type "chlorine-soda" to balance the electric charge due to the simultaneous production of two hydroxyl anions.

La formation de chlore dans le compartiment anodique s'accompagne donc d'une baisse de concentration en chlorure de métal alcalin dans l'anolyte simultanément à un enrichissement en hydroxyde métal alcalin du compartiment cathodique.The formation of chlorine in the anode compartment is therefore accompanied by a drop in concentration of alkali metal chloride in the anolyte simultaneously with an enrichment in alkali metal hydroxide in the cathode compartment.

Après son électrolyse, la saumure appauvrie en chlorure de métal alcalin est évacuée de la cellule de type "chlore-soude". On peut donc envisager de recycler cette saumure appauvrie par l'ajout de chlorure de métal alcalin.After its electrolysis, the brine depleted in alkali metal chloride is removed from the "chlorine-soda" cell. We can therefore consider recycling this depleted brine by adding alkali metal chloride.

Avantageusement, la solution d'hydroxyde de métal alcalin obtenue par l'électrolyse a une concentration comprise entre 10 et 55% en poids, de préférence entre 30 et 50% en poids.Advantageously, the alkali metal hydroxide solution obtained by electrolysis has a concentration of between 10 and 55% by weight, preferably between 30 and 50% by weight.

Par le procédé selon l'invention, le chlore gazeux et la solution d'hydroxyde produits sont exempts d'impureté détectable.By the process according to the invention, the chlorine gas and the hydroxide solution produced are free of detectable impurity.

Ils sont alors transférés dans une colonne d'abattage pour les faire réagir l'un sur l'autre.They are then transferred to a slaughter column to make them react one on the other.

La réaction dans la colonne d'abattage peut se résumer par l'équation B suivante : (B)    6 MeOH + 3Cl₂ → 3 MeCl + 3 MeClO + 3 H₂O,

Figure imgb0002

Me étant défini précédemment.The reaction in the slaughter column can be summarized by the following equation B : (B) 6 MeOH + 3Cl₂ → 3 MeCl + 3 MeClO + 3 H₂O,
Figure imgb0002

Having defined myself previously.

L'hypochlorite obtenu va alors se dismuter d'une part en chlorure, et d'autre part en chlorate de métal alcalin selon l'équation C ci-après (C)    3 MeClO → 2 MeCl + MeClO₃,

Figure imgb0003

Me étant défini précédemment.The hypochlorite obtained will then disproportionate on the one hand into chloride, and on the other hand into alkali metal chlorate according to equation C below (VS) 3 MeClO → 2 MeCl + MeClO₃,
Figure imgb0003

Having defined myself previously.

La solution saline obtenue en sortie de la colonne d'abattage comprend entre 50 et 200 g/l de chlorure de métal alcalin et entre 30 et 700 g/l de chlorate de métal alcalin. Avantageusement, cette solution saline comprend entre 70 et 170 g/l de chlorure et entre 400 et 650 g/l de chlorate de métal alcalin.The saline solution obtained at the outlet of the slaughter column comprises between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and between 30 and 700 g / l of alkali metal chlorate. Advantageously, this solution saline comprises between 70 and 170 g / l of chloride and between 400 and 650 g / l of alkali metal chlorate.

Afin de favoriser la dismutation de l'hypochlorite, la solution saline avant son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane peut être avantageusement transférée dans un bac d'évolution pour un temps de séjour prolongé, à un pH compris entre 6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7.In order to promote the disproportionation of hypochlorite, the saline solution before its use as an anolyte in the membrane cell can be advantageously transferred to an evolution tank for a prolonged residence time, at a pH of between 6 and 8, of preferably between 6.5 and 7.

Elle comprend alors moins de 5 g/l d'hypochlorite de métal alcalin, de préférence moins d'1 g/l.It then comprises less than 5 g / l of alkali metal hypochlorite, preferably less than 1 g / l.

Dans le procédé de préparation de chlorate selon la présente invention, la solution saline obtenue par le procédé de purification décrit précédemment, est alors employée comme anolyte dans la cellule à membrane à un pH compris entre 1 et 8, préférentiellement entre 2 et 5, et à une température comprise entre 50 et 100°C, d'une manière avantageuse entre 70 et 90°C.In the chlorate preparation process according to the present invention, the saline solution obtained by the purification process described above, is then used as an anolyte in the membrane cell at a pH between 1 and 8, preferably between 2 and 5, and at a temperature between 50 and 100 ° C, advantageously between 70 and 90 ° C.

De manière préférée, après son électrolyse, une partie de l'anolyte est recyclée dans la colonne d'abattage.Preferably, after its electrolysis, part of the anolyte is recycled to the slaughter column.

Avantageusement, la solution d'hydroxyde de métal alcalin, obtenue par électrolyse dans la cellule à membrane, a une concentration comprise entre 10 et 55% en poids et de préférence entre 30 et 50% en poids. Elle est également transférée dans la colonne d'abattage.Advantageously, the alkali metal hydroxide solution, obtained by electrolysis in the membrane cell, has a concentration of between 10 and 55% by weight and preferably between 30 and 50% by weight. It is also transferred to the slaughter column.

Lors de l'électrolyse dans la cellule à membrane, du chlore gazeux est également produit dans le compartiment anodique.During electrolysis in the membrane cell, chlorine gas is also produced in the anode compartment.

Ce chlore est alors tranféré dans la colonne d'abattage, avantageusement en mélange avec le chlore gazeux produit lors de l'électrolyse de type "chlore-soude".This chlorine is then transferred to the slaughter column, advantageously in admixture with the chlorine gas produced during the electrolysis of the "chlorine-soda" type.

On peut donc définir une boucle anodique constituée par le compartiment anodique de la cellue à membrane et la colonne d'abattage, les produits en solution de l'électrolyse de la cellule à membrane étant transférés dans la colonne d'abattage et inversement la solution obtenue en sortie de la colonne d'abattage étant employée comme anolyte dans la cellule à membrane.It is therefore possible to define an anode loop constituted by the anode compartment of the membrane cell and the slaughter column, the products in solution of the electrolysis of the membrane cell being transferred to the slaughter column and vice versa the solution obtained. at the outlet of the slaughter column being used as an anolyte in the membrane cell.

Au cours du procédé selon la présente invention, on atteint rapidement un état stationnaire où les différentes solutions, en sortie de la colonne d'abattage ou en sortie du compartiment anodique de la cellule à membrane ont une composition constante.During the process according to the present invention, a stationary state is quickly reached where the different solutions, at the outlet of the slaughter column or at the outlet from the anode compartment of the membrane cell have a constant composition.

L'anolyte contient entre 50 et 200 g/l de chlorure de métal alcalin et de préférence entre 70 et 170 g/l. La concentration en chlorate sortie de la cellule à membrane nécessaire pour que celui-ci soit isolable directement par cristallisation, est aisément déterminée à partir des diagrammes de cristallisation connus des systèmes eau-chlorure-chlorate (thèse de A. NALLET, faculté des Sciences de l'Université de Lyon, N° d'ordre 209, soutenue le 19 janvier 1955). Elle est par exemple comprise entre 400 et 650 g/l d'anolyte.The anolyte contains between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and preferably between 70 and 170 g / l. The concentration of chlorate leaving the membrane cell necessary for it to be isolable directly by crystallization, is easily determined from known crystallization diagrams of water-chloride-chlorate systems (thesis by A. NALLET, Faculty of Sciences of the University of Lyon, Order number 209, defended on January 19, 1955). It is for example between 400 and 650 g / l of anolyte.

Ainsi, selon la présente invention, une partie de l'anolyte après son électrolyse est transférée dans un cristallisoir ou le chlorate est laissé à cristalliser, les eaux mères étant récupérées et recyclées dans la boucle anodique de la cellule à membrane.Thus, according to the present invention, part of the anolyte after its electrolysis is transferred to a crystallizer or the chlorate is left to crystallize, the mother liquors being recovered and recycled in the anode loop of the membrane cell.

On peut également, d'une manière facultative, envoyer l'anolyte dans un bac d'évolution avant son transfert vers le cristallisoir.One can also, optionally, send the anolyte to a progress tank before its transfer to the crystallizer.

Le métal alcalin employé dans le procédé selon l'invention, est choisi parmi le lithium, le sodium et le potassium, de préférence le sodium.The alkali metal used in the process according to the invention is chosen from lithium, sodium and potassium, preferably sodium.

La présente invention concerne également un dispositif pour la préparation d'un chlorate de métal alcalin, mettant en oeuvre le procédé décrit précédemment, comprenant la combinaison d'une cellule de type "chlore-soude" pour la préparation de chlore gazeux et d'hydroxyde de métal alcalin, d'une colonne d'abattage du chlore par un hydroxyde de métal alcalin, et une cellule à membrane pour l'électrolyse d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin.The present invention also relates to a device for the preparation of an alkali metal chlorate, implementing the method described above, comprising the combination of a "chlorine-soda" type cell for the preparation of chlorine gas and hydroxide of an alkali metal, of a column for the removal of chlorine by an alkali metal hydroxide, and a membrane cell for the electrolysis of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide.

D'autres caractéristiques du dispositif selon la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

  • la figure 1 représente un diagramme général de dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention,
  • la figure 2 représente une réalisation préférentielle du dispositif de purification de la saumure de sel de métal alcalin.
Other characteristics of the device according to the present invention will appear on reading the detailed description given below, with reference to the accompanying drawings in which:
  • FIG. 1 represents a general diagram of the device for implementing the method according to the present invention,
  • FIG. 2 represents a preferred embodiment of the device for purifying the brine of an alkali metal salt.

La figure 1 montre un dispositif, employé d'une manière préférentielle, et dans lequel la cellule de type "chlore-soude" (1) est une cellule à membrane, comprenant un ou plusieurs compartiments anodiques (11) séparés du ou des compartiments cathodiques (12) correspondant par une membrane (13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (111) et de récupération (113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (112), le ou les compartiments cathodiques (12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (121) et de récupération (122) du catolyte et un dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux (123).FIG. 1 shows a device, used in a preferential manner, and in which the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell, comprising one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartment or compartments each comprising a suitable device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and a suitable device for recovering chlorine gas (112), the cathode compartment (s) (12) each comprising a suitable device for admitting (121) and recovering (122) the catolyte and a suitable device for removing hydrogen gas (123).

La colonne d'abattage (2) comprend au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin (21) en provenance de la cellule de type "chlore-soude", un dispositif approprié d'admission du chlore gazeux (22) et de préférence un dispositif d'admission (24) d'une solution saline pauvre en chlorure et un dispositif approprié (23) de récupération de la solution saline obtenue.The slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21) from the cell of the "chlor-sodium hydroxide" type, a suitable device for admitting the chlorine gas (22) and preferably a device (24) for admitting a saline solution poor in chloride and a suitable device (23) for recovering the saline solution obtained.

La cellule à membrane (3) comprend comme la cellule de type "chlore-soude" (1) un ou plusieurs compartiments anodiques (31) séparés du ou des compartiments cathodiques (32) correspondant par une membrane (33), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (312) de la solution saline, un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (314) et un dispositif de récupération de la solution saline après son électrolyse (311).The membrane cell (3) comprises, like the "chlorine-soda" type cell (1) one or more anode compartments (31) separated from the cathode compartment (s) (32) corresponding by a membrane (33), the compartment (s) anodic each comprising a suitable device for admitting saline solution (312), a suitable device for recovering chlorine gas (314) and a device for recovering saline solution after its electrolysis (311).

Le ou les compartiments cathodiques (32) de cette cellule à membrane (3) comprennent quant à eux un dispositif approprié d'admission (321) d'eau, un dispositif approprié de récupération (322) du catholyte après son électrolyse et un dispositif approprié d'extraction de l'hydrogène (323).The cathode compartment (s) (32) of this membrane cell (3) include a suitable device for admitting water (321), a suitable device (322) for recovering the catholyte after its electrolysis and a suitable device hydrogen extraction (323).

Selon l'invention, le dispositif approprié de récupération (313) de l'anolyte de la cellule à membrane (3) est relié à un dispositif approprié d'introduction de cet anolyte (24) dans la colonne d'abattage (2).According to the invention, the appropriate device for recovering (313) the anolyte from the membrane cell (3) is connected to a suitable device for introducing this anolyte (24) into the slaughter column (2).

De même, le dispositif d'extraction (314) du chlore gazeux est également relié à la colonne d'abattage par l'intermédiaire du dispositif approprié d'admission (22) du chlore gazeux.Likewise, the chlorine gas extraction device (314) is also connected to the slaughter column by means of the appropriate chlorine gas intake device (22).

Enfin, le compartiment anodique (31) de la cellule à membrane (3) est relié soit directement par un moyen approprié, soit par le dispositif de récupération de la solution saline après son électrolyse (311) à un cristallisoir (4).Finally, the anode compartment (31) of the membrane cell (3) is connected either directly by an appropriate means, or by the device for recovering the saline solution after its electrolysis (311) to a crystallizer (4).

D'une manière avantageuse, le cristallisoir comprend un dispositif approprié de récupération des eaux mères (43) relié au compartiment anodique (31) de la cellule à membrane (3). Dans une variante du dispositif selon l'invention, les eaux mères peuvent être renvoyées au niveau de la boucle anodique définie précédemment.Advantageously, the crystallizer comprises an appropriate device for recovering mother liquors (43) connected to the anode compartment (31) of the membrane cell (3). In a variant of the device according to the invention, the mother liquors can be returned to the level of the anode loop defined above.

Lorsque l'on reprend le bilan global des réactions de la cellule "chlore-soude" (A) et de la colonne d'abattage (B + C), on obtient l'équation générale D suivante:

Figure imgb0004
When we take the overall balance of reactions of the "chlorine-soda" cell (A) and the slaughter column (B + C), we obtain the following general equation D:
Figure imgb0004

Me étant défini précédemment, et F représentant un Faraday.Having defined myself previously, and F representing a Faraday.

Le chlorate de métal alcalin obtenu entrant dans le bilan final de la préparation de chlorate selon l'invention, on peut donc considérer qu'il ne s'agit pas d'une impureté.Since the alkali metal chlorate obtained enters the final balance of the chlorate preparation according to the invention, it can therefore be considered that it is not an impurity.

En conséquence, la combinaison d'une électrolyse de type "chlore-soude" avec une colonne d'abattage du chlore par la soude peut être considérée comme une étape de purification d'une saumure de métal alcalin.Consequently, the combination of a chlorine-soda type electrolysis with a column for the removal of chlorine by soda can be considered as a step for purifying an alkali metal brine.

De fait, la solution de chlorure obtenue est quasiment exempte de toute impureté. Une telle combinaison électrolyse-colonne d'abattage apparaît d'une manière inattendue comme le seul procédé industriel permettant d'éviter l'ensemble des impuretés, néfastes au bon fonctionnement des membranes, que sont le calcium, le magnésium, le strontium, le baryum, l'iode, le brome, l'aluminium, la silice, le sulfate, le fer, le manganèse, le cuivre, etc.In fact, the chloride solution obtained is practically free from any impurity. Such an electrolysis-slaughter column combination unexpectedly appears to be the only industrial process making it possible to avoid all of the impurities, harmful to the proper functioning of the membranes, such as calcium, magnesium, strontium, barium, iodine, bromine, aluminum, silica, sulfate, iron, manganese, copper, etc.

En conséquence, la présente invention concerne également un dispositif de purification d'une saumure de chlorure de métal alcalin, comprenant la combinaison d'une cellule à électrolyse de type "chlore-soude" (1) et d'une colonne d'abattage (2) du chlore par la soude.Consequently, the present invention also relates to a device for purifying an alkali metal chloride brine, comprising the combination of an electrolysis cell of the "chlor-soda" type (1) and a slaughter column ( 2) chlorine by soda.

La figure 2 montre une cellule de type "chlore-soude" (1) à membrane, constituée d'un ou plusieurs compartiments anodiques (11) séparés du ou des compartiments cathodiques (12) correspondant par une membrane (13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (111) et de récupération (113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (112), et le ou les compartiments cathodiques (12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (121) et de récupération (122) du catholyte, et un dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux (123). La colonne d'abattage (2) comprend au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin (21), un dispositif approprié d'admission (22) de chlore gazeux, et un dispositif approprié de récupération (23) d'une solution purifiée de chlorure de métal alcalin, les dispositifs d'admission d'hydroxyde (21) et de chlore (22) étant respectivement reliés directement aux dispositifs de récupération du catholyte (122) et de chlore gazeux (112) de la cellule de type "chlore-soude" (1).FIG. 2 shows a cell of the "chlorine-soda" type (1) with a membrane, consisting of one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the anode compartments each comprising a suitable device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and a suitable device for recovering chlorine gas (112), and the cathode compartment (s) (12) each comprising a suitable device inlet (121) and recovery (122) of the catholyte, and a suitable device for evacuating hydrogen gas (123). The slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21), a suitable device for admitting chlorine gas, and a suitable device for recovering (23) of a purified solution of alkali metal chloride, the hydroxide inlet devices (21) and chlorine (22) being respectively connected directly to the devices for recovering the catholyte (122) and chlorine gas (112 ) of the "chlorine-soda" type cell (1).

D'une manière avantageuse, on peut ajouter au dispositif de purification selon l'invention, un bac d'évolution relié directement au dispositif de récupération (23) de la solution purifiée de métal alcalin.Advantageously, one can add to the purification device according to the invention, an evolution tank directly connected to the recovery device (23) of the purified solution of alkali metal.

Les exemples suivants permettront d'illustrer les différentes étapes du procédé selon l'invention.The following examples will illustrate the different steps of the process according to the invention.

EXEMPLE 1:EXAMPLE 1: Purification de la saumurePurification of brine

Une cellule, "chlore-soude" (1) équipée d'une membrane (13) N 90209 (commercialisée sous la marque NAFION par la société DU PONT) produit sous 30 A/dm², 19 g/h de Cl₂ et de la soude à 32%.A cell, "chlorine-soda" (1) equipped with a membrane (13) N 90209 (marketed under the NAFION brand by the company DU PONT) produced under 30 A / dm², 19 g / h of Cl₂ and 32% sodium hydroxide.

Pendant 4h le chlore est récupéré au pied d'une colonne d'abattage (2) montée au-dessus d'un réservoir thermostaté à 50°C qui contient 0,5 l d'eau. Une mesure de pH, permet de réguler l'addition de soude à 32% pour abattre le chlore et maintenir le pH entre 6,5 et 7.During 4h the chlorine is recovered at the foot of a slaughter column (2) mounted above a thermostatically controlled tank at 50 ° C which contains 0.5 l of water. A pH measurement makes it possible to regulate the addition of sodium hydroxide to 32% to reduce the chlorine and maintain the pH between 6.5 and 7.

Environ 269 g de soude à 32% ont été nécessaire pour abattre tout le chlore.About 269 g of 32% sodium hydroxide was required to remove all of the chlorine.

En final on récupère dans le réacteur une solution contenant 12,3% en poids de NaCl et 4,5% en poids de NaClO₃ à 50°C. La teneur des différentes impuretés est en-dessous des limites de détection (Ca, Mg, Sr, Ba, Si, Al, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb ≦ 50 ppb et SO₄ ≦ 1 ppm)Finally, a solution containing 12.3% by weight of NaCl and 4.5% by weight of NaClO₃ at 50 ° C. is recovered in the reactor. The content of the various impurities is below the detection limits (Ca, Mg, Sr, Ba, Si, Al, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb ≦ 50 ppb and SO₄ ≦ 1 ppm)

EXEMPLE 2EXAMPLE 2 : Influence du bac d'évolution: Influence of the development bin

On reprend le dispositif opératoire décrit dans l'exemple 1, associé à une cellule à membrane (3).We use the operating device described in Example 1, associated with a membrane cell (3).

L'anolyte de l'électrolyseur à membrane (3) contient 120 à 150 g/l de NaCl et 450 à 500 g/l de NaClO₃.The membrane electrolyzer anolyte (3) contains 120 to 150 g / l of NaCl and 450 to 500 g / l of NaClO₃.

La soude du catholyte est à 32% en poids et la température à 90°C. La tension aux bornes de l'électrolyseur est comprise entre 3,7 et 3,8 V à 30 A/dm².The sodium hydroxide of the catholyte is 32% by weight and the temperature at 90 ° C. The voltage across the electrolyzer is between 3.7 and 3.8 V at 30 A / dm².

Le chlore produit par la cellue à membrane (3) et la cellule "chlore-soude" (1) est abattu dans la colonne (2).The chlorine produced by the membrane cell (3) and the "chlorine-soda" cell (1) is killed in column (2).

La teneur en hypochlorite de sodium de la solution récupérée en sortie de la colonne d'abattage (2) est de 7,5 à 8 g/l. Après son transfert dans un bac d'évolution maintenu à 70°C, la teneur en hypochlorite de sodium est de 1 à 2 g/l. Le pH est régulé à 6,5 par addition de soude.The sodium hypochlorite content of the solution recovered at the outlet of the slaughter column (2) is 7.5 to 8 g / l. After its transfer to an evolution tank maintained at 70 ° C, the sodium hypochlorite content is 1 to 2 g / l. The pH is regulated at 6.5 by addition of sodium hydroxide.

Le bilan réactionnel dans la cellule à membrane (3) peut se résumer par l'équation générale E suivante : E   5 MeCl + MeClO₃ + 15H₂O → 6 MeClO₃ + 15H₂

Figure imgb0005
The reaction balance in the membrane cell (3) can be summarized by the following general equation E: E 5 MeCl + MeClO₃ + 15H₂O → 6 MeClO₃ + 15H₂
Figure imgb0005

Me étant définie précédemment et met en jeu le transfert de 30 électrons.Me being defined previously and involves the transfer of 30 electrons.

Le bilan global D+E du procédé de préparation du chlorate de métal alcalin selon l'invention peut donc se résumer par l'équation F suivante :

Figure imgb0006
The overall balance D + E of the process for preparing the alkali metal chlorate according to the invention can therefore be summarized by the following equation F:
Figure imgb0006

Me et F étant défini précédemment.Me and F being defined previously.

On remarquera que seulement 1/6 du transfert électronique total est effectué dans la cellule de type "chlore-soude" (1), alimentée en saumure brute ou prépurifiée par des techniques usuelles, et 5/6 de ce transfert dans la cellule à membrane (3).It will be noted that only 1/6 of the total electronic transfer is carried out in the "chlorine-soda" type cell (1), supplied with crude brine or prepurified by usual techniques, and 5/6 of this transfer in the membrane cell. (3).

Les produits (Cl₂ et solution d'hydroxyde de métal alcalin) passant de la cellule "chlore-soude" (1) à l'étape suivante sont très purs et constituent ainsi en sortie de la colonne d'abattage (2) une saumure très pure entrant dans la cellule à membrane (3). Cette cellule (3) et sa membrane (33) vont donc fonctionner dans de très bonnes conditions qui prolongeront la durée de vie (fortement influencée par la teneur en impuretés de l'électrolyte) de la membrane. Ainsi 5/6 du chlorate produit le sont dans de très bonnes conditions pour la durée de vie des membranes dont le coût est élevé.The products (Cl₂ and alkali metal hydroxide solution) passing from the "chlor-soda" cell (1) to the next step are very pure and thus constitute very brine at the outlet of the slaughter column (2) pure entering the membrane cell (3). This cell (3) and its membrane (33) will therefore operate under very good conditions which will prolong the life (strongly influenced by the content of impurities in the electrolyte) of the membrane. Thus 5/6 of the chlorate produced are produced under very good conditions for the life of the membranes, the cost of which is high.

D'autre part, au point de vue bilan eau, le procédé habituel de production de chlorate de sodium nécessite l'introduction de 1 563 kg d'eau par tonne de NaClO₃, associée au chlorure de sodium alimenté sous forme de saumure contenant 26% en poids de NaCl.On the other hand, from a water balance point of view, the usual process for the production of sodium chlorate requires the introduction of 1,563 kg of water per tonne of NaClO₃, associated with sodium chloride supplied in the form of brine containing 26% by weight of NaCl.

Dans le procédé exposé, la cellule (3) est alimentée par un flux issu de la réaction entre le chlore et la solution aqueuse à 33% en poids de soude. Ceci n'induit globalement l'introduction que de 719 kg d'eau par tonne de NaClO₃ produit. Il y a donc une économie de 844 kg d'eau qu'il serait nécessaire d'évaporer dans une installation où le chlorate de sodium sort à l'état solide, c'est-à-dire où toute quantité d'eau entrante doit être évaporée.In the process described, the cell (3) is supplied by a flow resulting from the reaction between chlorine and the aqueous solution at 33% by weight of soda. This generally leads to the introduction of only 719 kg of water per tonne of NaClO₃ produced. There is therefore a saving of 844 kg of water which it would be necessary to evaporate in an installation where the sodium chlorate leaves in the solid state, that is to say where any quantity of incoming water must be evaporated.

Claims (21)

Procédé de préparation de chlorate de métal alcalin par électrolyse dans une cellule à membrane (3) d'un anolyte comprenant une solution de chlorure de métal alcalin et d'un catholyte comprenant une solution d'hydroxyde de métal alcalin, caractérisé en ce que la solution de chlorure de métal alcalin est préalablement purifiée par la succession d'étapes suivantes : - électrolyse dans une cellule de type "chlore-soude" (1) d'une saumure de chlorure de métal alcalin pour former d'une part du chlore gazeux, et d'autre part une solution concentrée d'hydroxyde de métal alcalin, - transfert du chlore gazeux et de la solution d'hydroxyde de métal alcalin produits, dans une colonne d'abattage (2), pour les faire réagir l'un sur l'autre, et - récupération de la solution saline ainsi obtenue, pour son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane (3). Process for the preparation of alkali metal chlorate by electrolysis in a membrane cell (3) of an anolyte comprising a solution of alkali metal chloride and a catholyte comprising a solution of alkali metal hydroxide, characterized in that the alkali metal chloride solution is previously purified by the following sequence of steps: - electrolysis in an "chlorine-soda" type cell (1) of an alkali metal chloride brine to form on the one hand chlorine gas, and on the other hand a concentrated solution of alkali metal hydroxide, transfer of the chlorine gas and of the solution of alkali metal hydroxide produced, into a slaughter column (2), to make them react one on the other, and - recovery of the saline solution thus obtained, for its use as an anolyte in the membrane cell (3). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule de type "chlore-soude" (1) est une cellule à membrane.Method according to claim 1, characterized in that the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la saumure de chlorure de métal alcalin est prépurifiée par des méthodes classiques de précipitation et/ou d'adsorption sur résines.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the alkali metal chloride brine is prepurified by conventional methods of precipitation and / or adsorption on resins. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la saumure comprend entre 170 et 315 g/l de chlorure de métal alcalin, de préférence entre 290 et 310 g/l.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the brine comprises between 170 and 315 g / l of alkali metal chloride, preferably between 290 and 310 g / l. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la saumure de chlorure de métal alcalin a un pH compris entre 2 et 7, de préférence entre 2,5 et 4,5.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the alkali metal chloride brine has a pH between 2 and 7, preferably between 2.5 and 4.5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution d'hydroxyde de métal alcalin obtenue par l'électrolyse de type "chlore soude" a une concentration comprise entre 10 et 55% en poids de préférence entre 30 et 50% en poids.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the alkali metal hydroxide solution obtained by electrolysis of the "chlorine soda" type has a concentration of between 10 and 55% by weight, preferably between 30 and 50% by weight. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution saline obtenue en sortie (23) de la colonne d'abattage (2) comprenant entre 50 et 200 g/l de chlorure de métal alcalin et entre 30 et 700 g/l de chlorate de métal alcalin.Process according to Claim 1, characterized in that the saline solution obtained at the outlet (23) of the slaughter column (2) comprising between 50 and 200 g / l of alkali metal chloride and between 30 and 700 g / l of alkali metal chlorate. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la solution saline comprend entre 70 et 170 g/l de chlorure de métal alcalin et entre 400 et 650 g/l de chlorate de métal alcalin.Process according to claim 7, characterized in that the saline solution comprises between 70 and 170 g / l of alkali metal chloride and between 400 and 650 g / l of alkali metal chlorate. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la solution saline, avant son emploi comme anolyte dans la cellule à membrane (3), est préalablement transférée dans un bac d'évolution pour un temps de séjour prolongé, à un pH compris entre 6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the saline solution, before its use as an anolyte in the membrane cell (3), is previously transferred to an evolution tank for an extended residence time, at a pH between 6 and 8, preferably between 6.5 and 7. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la solution saline, après un temps de séjour prolongé, comprend moins de 5 g/l d'hypochlorite de métal alcalin, de préférence moins de 1 g/l.Process according to claim 9, characterized in that the saline solution, after an extended residence time, comprises less than 5 g / l of alkali metal hypochlorite, preferably less than 1 g / l. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la solution saline employée comme anolyte dans la cellule à membrane (3) a un pH compris entre 1 et 8, préférentiellement entre 2 et 5, et une température comprise entre 50 et 100°C, de préférence entre 70 et 90°C.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the saline solution used as an anolyte in the membrane cell (3) has a pH between 1 and 8, preferably between 2 and 5, and a temperature between 50 and 100 ° C, preferably between 70 and 90 ° C. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'une partie de l'anolyte, après son électrolyse, est recyclé dans la colonne d'abattage (2).Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that part of the anolyte, after its electrolysis, is recycled in the slaughter column (2). Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la solution d'hydroxyde de métal alcalin, obtenue par électrolyse dans la cellule à membrane (3), a une concentration comprise entre 10 et 55% en poids de préférence entre 30 et 50% en poids.Process according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the solution of alkali metal hydroxide, obtained by electrolysis in the membrane cell (3), has a concentration of between 10 and 55% by weight, preferably between 30 and 50% by weight. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le catholyte, après son électrolyse, est transféré dans la colonne d'abattage (2).Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the catholyte, after its electrolysis, is transferred to the slaughter column (2). Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le chlore gazeux produit dans le compartiment anodique (31) de la cellule à membrane (3) est transféré dans la colonne d'abattage (2).Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the chlorine gas produced in the anode compartment (31) of the membrane cell (3) is transferred to the slaughter column (2). Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'une partie de l'anolyte, après son électrolyse, est transférée dans un cristallisoir (4) où le chlorate est cristallisé, les eaux-mères étant récupérées et recyclées dans la boucle anodique de la cellule à membrane (3).Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that part of the anolyte, after its electrolysis, is transferred to a crystallizer (4) where the chlorate is crystallized, the mother liquors being recovered and recycled to the anode loop of the membrane cell (3). Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le métal alcalin est choisi parmi le lithium, le sodium et le potassium, de préférence le sodium.Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the alkali metal is chosen from lithium, sodium and potassium, preferably sodium. Dispositif pour la préparation d'un chlorate de métal alcalin, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison d'une cellule de type "chlore-soude" (1), d'une colonne d'abattage (2) du chlore par un hydroxyde de métal alcalin et d'une cellule à membrane (3).Device for the preparation of an alkali metal chlorate, characterized in that it comprises the combination of a cell of the "chlorine-soda" type (1), of a column for the removal (2) of chlorine by a alkali metal hydroxide and a membrane cell (3). Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison des éléments suivants : - une cellule de type "chlore-soude" (1) constituée d'une cellule à membrane comprenant un ou plusieurs compartiments anodiques (11) séparés du ou des compartiments cathodiques (12) correspondant par une membrane (13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (111) et de récupération (113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (112), le ou les compartiments cathodiques (12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (121) et de récupération (122) du catholyte, et un dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux (123) ; - une colonne d'abattage (2) comprenant au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin (21), un dispositif approprié d'admission du chlore (22), et un dispositif approprié de récupération (23) d'une solution saline de chlorure de métal alcalin, les dispositifs d'admission d'hydroxyde (21) et de chlore (22) étant respectivement reliés directement aux dispositifs de récupération du catholyte (122) et de chlore gazeux (112) de la cellule de type "chlore-soude" (1) ; - une cellule à membrane (3) comprenant un ou plusieurs compartiments anodiques (31) séparés du ou des compartiments cathodiques (32) correspondant par une membrane (33), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (312) de la solution saline, un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (314) et un dispositif de récupération de la solution saline après son électrolyse (311), le compartiment cathodique (32) comprenant un dispositif approprié d'admission (321) d'eau, un dispositif approprié de récupération (322) du catholyte et un dispositif approprié d'extraction de l'hydrogène gazeux (323), le dispositif approprié de récupération (313) de l'anolyte de la cellule à membrane (3) étant relié à un dispositif approprié d'introduction de cet anolyte (24) dans la colonne d'abattage (2) et le dispositif d'extraction (314) du chlore gazeux étant également relié à la colonne d'abattage par l'intemédiaire du dispositif approprié d'admission (22) du chlore gazeux ; et - le compartiment anodique (31) de la cellule à membrane (3) étant relié soit directement par un moyen approprié, soit par le dispositif de récupération de la solution saline (311) après son électrolyse à un cristallisoir (4), lequel comprend d'une manière avantageuse un dispositif approprié de récupération des eaux mères (43) relié au compartiment anodique (31) de la cellule à membrane (3). Device according to claim 18, characterized in that it comprises the combination of the following elements: - a "chlorine-soda" type cell (1) consisting of a membrane cell comprising one or more anode compartments (11) separated from the cathode compartment (s) (12) corresponding by a membrane (13), the compartment (s) anode each comprising a suitable device (111) for collecting and recovering (113) the anolyte and a suitable device for recovering chlorine gas (112), the cathode compartment (s) (12) each comprising a device suitable for admission (121) and recovery (122) of the catholyte, and a suitable device for evacuating hydrogen gas (123); - a slaughter column (2) comprising at least one suitable device for admitting an alkali metal hydroxide solution (21), a suitable device for admitting chlorine (22), and a suitable device for recovering (23) of an alkali metal chloride saline solution, the hydroxide inlet devices (21) and chlorine (22) being respectively connected directly to the devices for recovering the catholyte (122) and chlorine gas (112 ) of the "chlorine-soda" type cell (1); - a membrane cell (3) comprising one or more anode compartments (31) separated from the cathode compartment (s) (32) corresponding by a membrane (33), the anode compartment or compartments each comprising an appropriate intake device (312) of the saline solution, a suitable device for recovering chlorine gas (314) and a device for recovering the saline solution after its electrolysis (311), the cathode compartment (32) comprising a suitable device (321) for admitting water, a suitable device for recovering (322) the catholyte and a suitable device for extracting hydrogen gas (323), the appropriate device (recovering (313) for the anolyte of the membrane cell (3) being connected to a suitable device for introducing this anolyte (24) into the slaughter column (2) and the device (314) for extracting chlorine gas being also connected to the slaughter column by means of the di suitable chlorine gas intake device (22); and - the anode compartment (31) of the membrane cell (3) being connected either directly by an appropriate means, or by the saline solution recovery device (311) after its electrolysis to a crystallizer (4), which comprises d 'Advantageously a suitable device for recovering mother liquors (43) connected to the anode compartment (31) of the membrane cell (3). Dispositif pour la purification d'une saumure de chlorure de métal alcalin, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison d'une cellule de type "chlore-soude" (1), et d'une colonne d'abattage (2), du chlore par la soude.Device for the purification of an alkali metal chloride brine, characterized in that it comprises the combination of a "chlorine-soda" type cell (1), and a slaughter column (2), chlorine by soda. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que la cellule de type "chlore-soude" (1), est une cellule à membrane, constituée d'un ou plusieurs compartiments anodiques (11) séparés du ou des compartiments cathodiques (12) correspondant par une membrane (13), le ou les compartiments anodiques comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (111) et de récupération (113) de l'anolyte et un dispositif approprié de récupération du chlore gazeux (112), et le ou les compartiments cathodiques (12) comprenant chacun un dispositif approprié d'admission (121) et de récupération (122) du catholyte, et un dispositif approprié d'évacuation de l'hydrogène gazeux (123) et la colonne d'abattage (2) comprend au moins un dispositif approprié d'admission d'une solution d'hydroxyde de métal alcalin (21), un dispositif approprié d'admission (22), et un dispositif approprié de récupération (23) d'une solution purifiée de chlorure de métal alcalin, les dispositifs d'admission d'hydroxyde (21) et de chlore (22) étant respectivement reliés directement aux dispositifs de récupération du catholyte (122) et de chlore gazeux (112) de la cellule de type "chlore-soude" (1).Device according to claim 20, characterized in that the "chlorine-soda" type cell (1) is a membrane cell, consisting of one or more anode compartments (11) separate from the corresponding cathode compartment (s) (12) by a membrane (13), the anode compartment (s) each comprising an appropriate device for admitting (111) and recovering (113) the anolyte and an appropriate device for recovering chlorine gas (112), and the one or more cathode compartments (12) each comprising a suitable device catholyte intake (121) and recovery (122), and a suitable device for evacuating hydrogen gas (123) and the slaughter column (2) comprises at least one suitable device for admission of an alkali metal hydroxide solution (21), a suitable inlet device (22), and a suitable recovery device (23) from a purified solution of alkali metal chloride, the hydroxide inlet devices (21) and chlorine (22) being respectively connected directly to the devices for recovering the catholyte (122) and chlorine gas (112) from the "chlorine-soda" type cell (1).
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