Xút – clo là hai sản phẩm quan trọng không thể thiếu trong các ngành công nghiệp. Năm 1785 clo được sản xuất và dung trong công nghiệp bằng cách tác dụng axit sunfuric với muối ăn và bi[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG N Khoa Cơng nghệ hóa học Mơi trường
BÀI GIẢNG ĐIỆN PHÂN KHƠNG THỐT KIM LOẠI
Biên soạn: Tập thể tác giả Bộ mơn cơng nghệ hóa học
Hưng n, 2011 MỤC LỤC
(2)1.2 Tính chất clo xút
1.2.1 Clo
1.2.2 Xút
1.3 Ứng dụng
1.3.1 Clo - sản phẩm điện phân
1.3.2 Ứng dụng xút 10
1.4 Các phương pháp sản xuất 10
1.4.1 Phương pháp hóa học 11
1.4.2 Phương pháp điện hóa học 14
CHƯƠNG 19
PHƯƠNG PHÁP CATÔT RẮN 19
2.1 Cơ sở lý thuyết 19
2.1.1 Các trình điện cực 19
2.1.2 Điện phân hủy 25
2.1.3 Điện catot 26
2.1.4 Điện anot 27
2.1.5 Quá 28
2.1.6 Hiệu suất dòng điện lượng tiêu hao 30
2.2 Điện cực màng 31
2.2.1 Anot 31
2.2.2 Catôt 34
2.2.3 Màng 35
2.3 Các nguyên tắc cấu tạo thùng điện phân loại thùng 37
2.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp chất điện giải không chuyển động 37
2.3.2 Phương pháp ngược chiều 44
2.3.3 Cấu tạo thùng 52
CHƯƠNG 59
PHƯƠNG PHÁP CATÔT THỦY NGÂN 59
3.1 Cơ sở lý thuyết 59
3.1.1 Quá trình catot 59
3.1.2 Q trình anơt 62
3.1.3 Q trình phụ catơt thủy ngân hiệu suất dòng điện 62
3.1.4 Điện cực phân giải hỗn hống 62
3.1.5 Điện phân hủy NaCl lượng tiêu hao 66
3.1.6 Sử dụng lượng phân giải hỗn hống 67
3.1.7 Hợp lý hóa điều kiện điện phân 69
3.2 Cấu tạo thùng thủy ngân 69
3.2.1 Giới thiệu chung 69
3.2.2 Những nguyên tắc thùng thủy ngân cải tiến 70
3.2.3 Giới thiệu vài kiểu thùng chủ yếu 71
3.3 So sánh phương pháp catôt thủy ngân catôt rắn 81
CHƯƠNG 82
NHỮNG QUÁ TRÌNH CƠ BẢN VÀ SƠ ĐỒ SẢN XUẤT XUT - CLO 82
4.1 Những trình 82
4.1.1 Làm nước muối 82
4.1.2 Điện phân 84
4.1.3 Sấy clo 84
4.1.4 Cô đặc xút 84
(3)ĐIỆN PHÂN ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT CLO 87
5.1 Hypoclorit natri NaClO 87
5.2 Clorat natri NaClO3 89
5.3 Peclorat natri NaClO4 89
CHƯƠNG 91
ĐIỆN PHÂN NƯỚC 91
6.1 Quá trình điện cực 91
6.1.1 Q trình catơt 91
6.1.2 Q trình anơt 93
6.2 Dung dịch – điện cực – màng 93
6.2.1 Dung dịch 93
6.2.2 Điện cực 94
6.2.3 Màng 95
6.3 Tiêu tốn nước cho điện phân 95
6.4 Điện phân nước áp suất cao 96
CHƯƠNG 97
ĐIỆN PHÂN SẢN XUẤT MỘT SỐ HỢP CHẤT VÔ CƠ 97
7.1 Pemanganat Kali 97
7.1.1 Phương pháp bán điện hóa 98
7.1.2 Phương pháp điện hóa 99
7.2 Đi oxyt mangan 100
PHẦN PHỤ LỤC 102
CHƯƠNG
ĐẠI CƯƠNG VỀ SẢN XUẤT XÚT - CLO 1.1 Lịch sử phát triển
Xút – clo hai sản phẩm quan trọng thiếu ngành công nghiệp Năm 1774 người ta điều chế clo cách tác dụng axit clohydric với boxyt mangan
Năm 1785 clo sản xuất dung công nghiệp cách tác dụng axit sunfuric với muối ăn bioxyt
(4)Năm 1870 phương pháp sản xuất xut – clo dùng thực tế oxyt hóa clorua hydro oxy khơng khí có đồng làm xúc tác
Năm 1807 người ta điều chế clo phương pháp điện phân dung dịch muối ăn, phương pháp ứng dụng sản xuất vào năm 1879 phát minh H.ryxob Ø Ba UyK Năm 1897 OTenaHob chế thiết bị điện phân muối ăn từ người ta thấy phương pháp điện hóa học có nhiều ưu việt so với phương pháp hóa học
Công nghiệp sản xuất xút – clo phát triển mạnh sau đại chiến giới lần thứ với phát triển công nghiệp chất hữu Clo dùng đại phận vào việc clo hóa chất hữu phần sản xuất dung môi hữu Cuối kỷ thứ 19 người ta điều chế xút – clo catot thủy ngân, đến đầu kỷ 20 phương pháp tăng nhanh vượt phương pháp màng
Sau đại chiến giới lần thứ hai, sản xuất xút - clo có bước nhảy vọt Ngày phát triển công nghiệp sợi nhân tạo, nên xút yêu cầu phải có độ tinh khiết cao, phương pháp catot thủy ngân có nhiều tính ưu việt
Năm 1958 nước châu Âu có khoảng 85% clo sản xuất theo phương pháp thủy ngân
Kế hoạch năm phát triển công nghiệp Liên Xô sản xuất clo theo phương pháp thủy ngân chiếm 50%
Theo số liệu (1957) tỷ lệ phương pháp thủy ngân phương pháp màng sau:
Bảng I
Nước Phương pháp
Màng Thủy ngân
Mỹ 84,5% 15%
Anh 44,5 55,5
Đức 96
Pháp 30 70
Ý 96
(5)Ngày lượng clo dùng nhiều vượt lượng xút nên nhiều nước sản xuất clo sản xuất clo khơng đồng thời với xút
1.2 Tính chất clo xút
1.2.1 Clo
*) Trong điều kiện thường clo khí màu vàng lục nặng khơng khí Khi làm lạnh clo khí ta clo lỏng nhiệt độ sôi -34,60, tiếp tục làm lạnh đến 10205 ta clo thể rắn
Trọng lượng nguyên tử clo 35,457
Một lít clo điều kiện thường nặng 3,214 gam 2,5 lần nặng khơng khí Nhiệt dung trung bình khí clo là: 0,124 calo/độ điều kiện áp suất không đổi nhiệt độ từ 15 – 2200, đến 3400 nhiệt dung trung bình 0,1155 calo/độ Nhiệt bay -220 67,4 calo/gam, +80 62,7 calo/gam
Độ hòa tan clo nước (theo thể tích ) 100C : 0,99%, 200C: 0,72%, 400C: 0,45% 900C: 0,13%
Bảng 2: Độ hòa tan clo nước dung dịch NaCl
Nồng độ NaCl g/l
Độ hòa tan Clo g/l
200C 400 600 800
Nước (0 g/l) 7,3 4,59 2,5 1,15
230 g/l 2,90 1,84 0,95 0,42
298 g/l 1,86 1,05 0,54 0,25
Bảng 3: Áp suất khí clo bề mặt chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt độ 0C
Áp suất Cl2/Hg
Nhiệt độ 0C
Áp suất Clo ata
Nhiệt độ 0C
Áp suất Clo ata
Nhiệt độ 0C
Áp suất Clo ata
600 210 -30 1,20 4,25 40 11,5
50 350 -25 1,50 10 4,95 50 14,7
(6)35 705 -10 2,63 20 6,62 70 23
33,6 760 -5 3,14 25 7,63 80 28,4
0 3,68 30 8,75 90 34,5
35 9,95 100 41,7
*) Hóa tính: Clo nguyên tố hoạt động hóa học mạnh tác dụng với nước theo phản ứng:
Cl2 + H2O = HCl + HClO
Clo khô không tác dụng với sắt, đồng, gang, chì kim loại khác
Hỗn hợp clo với hydro tạo thành hỗn hợp nổ từ – 96% clo kết hợp với amoniac tạo thành hợp chất nổ
6Cl2 + 12NH3 = NCl3 + 9NH4Cl + N2
Clo tác dụng với oxyt cacbon có chất xúc tác hay ánh sáng mặt trời tạo thành phôt-gen chất độc:
Cl2 + CO = COCl2
Hợp chất clo với oxy có dạng sau: oxyt clo Cl2O, bioxyt clo ClO2 màu vàng tối dễ nổ, oxy hóa mạnh Clo độc với thể người gây chết người Nếu ta thở khơng khí chứa 0,1 – 0,2 mg/l clo thời gian 30’ chết Theo tiêu chuẩn vệ sinh hàm lượng clo khơng khí phịng sản xuất khơng vượt 0,001mg/l
1.2.2 Xút
Xút khan nóng chảy 3160 sôi 13850, trạng thái nóng chảy nhiệt độ 340 – 3500C trọng lượng riêng 1,8 – 1,9 g/cm3
Xút hịa tan nhiều nước, độ hòa tan tăng theo nhiệt độ
Bảng 4: Nồng độ xút dung dịch theo nhiệt độ
Nhiệt độ 0C 10,3 18 40,2 57,8 64,3 72 80 100 Nồng độ xút
(7)Nồng độ xút dung dịch % Hình 1: Biểu đồ trạng thái hệ thống NaOH – H2O
Đường cong đẳng áp biểu đồ cho ta thấy làm lạnh ví dụ: dung dịch xút 57% 420 tinh thể NaOH H2O bắt đầu tách
Nếu tiếp tục làm lạnh dung dịch nồng độ xút dung dịch giảm đến lúc nhiệt độ dung dịch không thấp 120C (điểm B)
Nếu tiếp tục làm lạnh dung dịch, tinh thể NaOH.2H2O bắt đầu tách Khi 60C(điểm C) dung dịch chứa 46% NaOH hồn tồn đóng băng, kết tạo thành tinh thể NaOH.2H2O NaOH.3,5H2O Dung dịch chứa gần 40% NaOH Khi 60C tất dung dịch đóng băng tạo thành tinh NaOH.3,5H2O NaOH.2H2O làm lạnh dung dịch có nồng độ bé 40% tinh thể NaOH.3,5H2O bắt đầu tách đến nhiệt độ cao -200C(D), sau tinh thể NaOH.5H2O (điểm G) bắt đầu tách cuối nhiệt độ -280 tinh thể NaOH.7H2O (điểm E) tách
10 20 30 40 50 60 70 80 90
A NaO
H
NaOH.H2O
NaOH.2H2O
C B NaOH.3,5H2O
NaOH.5H2O
O
D E G
NaOH.7H2O
100 80 60 40 20 -20 -40
N
hi
ệt
đ
ộ
(8)Tồn dung dịch đóng băng nồng độ xút 19% nhiệt độ
Bảng 5: Độ phân ly xút nhiệt độ khác
180C 250C 400C 600C
Nồng độ g/l α
Nồng độ g/l α
Nồng độ g/l α
Nồng độ g/l α 0,756 0,997 0,753 0,992 0,753 0,983 0,754 2,001 0,709 1,995 0,707 1,983 0,710 1,964 0,728 4,083 0,673 4,071 0,687 4,044 0,708 4,004 0,731 5,045 0,610 5,030 0,623 4,935 0,652 5,125 0,654 6,250 0,571 6,292 0,583 6,189 0,648
Bảng 6: Trọng lượng riêng dung dịch xút 200C
Trọng lượng riêng g/cm3
Nồng độ NaOH Trọng lượng riêng g/cm3
Nồng độ NaOH
% g/l % g/l
1,021 20,4 1,306 28 365,8
1,043 41,7 1,328 30 398,4
1,065 63,9 1,349 32 431,7
1,087 86,9 1,370 34 465,7
1,109 10 110,9 1,390 36 550,4
1,131 12 135,7 1,410 38 535,8
1,153 14 161,4 1,430 40 572,0
1,175 16 188,0 1,444 42 608,7
1,197 18 215,5 1,469 44 646,1
1,219 20 243,8 1,487 46 684,2
1,241 22 273,0 1,507 48 723,1
1,263 24 303,1 1,525 50 762,7
1,285 26 334,0
(9)1.3 Ứng dụng
1.3.1 Clo - sản phẩm điện phân
- Dùng sản xuất hữu cơ: 58% clo dùng công nghiệp chất hữu Hàng loạt sản phẩm clo hữu quan trọng sản xuất theo phương pháp clo hóa metan Ví dụ: clorua metyl CH3Cl; clorua metylen CH2Cl2; cloroform CHCl3; tetraclorua cacbon CCl4; dung mơi hữu quan trọng Nhưng phương hướng sử dụng sản phẩm để tổng hợp hàng loạt chất hữu clorua metyl, clorua metylen, tetraclorua cacbon dùng để sản xuất freon, dùng clorofoc để sản xuất chất dẻo Teflon có độ bền hóa học cao tác dụng với mơi trường xâm thực( kể nhiệt độ cao) Tetraclorua cacbon CCl4 dùng để tổng hợp sợi có giá trị Trong cơng nghiệp hóa học người ta clo hóa chất cacbua hydro sản phẩm khác Ví dụ: triclo êtylen CCl2 = CHCl, tetraclorua êtylen CCl2 = CCl2, diclo êtan CH2Cl – CH2Cl chất khác
Clo dùng để sản xuất hợp chất cao phân tử quan trọng polivynyl clorit nhựa peclovynyl Những chất cao phân tử điều chế từ clorua – vynyl CH2 = CHCl, clorua vynyl điều chế từ axetylen clorua hydro có tham gia chất xúc tác, clo hóa polivynyl ta nhựa peclorua vynyl ứng dụng việc sản xuất sơn chống ăn mòn sợi tổng hợp
Clo dùng để sản xuất thuốc trừ sâu Ví dụ DDT hexan cloran chất khác để diệt trừ sâu bọ nông nghiệp clo dùng để diệt trùng nước sinh hoạt
- Dùng để sản xuất sản phẩm vô cơ: Tổng hợp clo hydro ta cloua hydro, khí dùng để sản xuất axyt clohydric dùng nhiều tổng hợp hữu
Clo dùng nhiều việc chế tạo kim loại màu Ví dụ: clo hóa quặng mangan ta clorua mangan từ điều chế mangan kim loại
Clo hóa quặng silic chất bán dẫn có giá trị đặc biệt
Bảng 7: Sản xuất clo nước tư ( nghìn tấn)
Tên nước 1951 1955 1956 1957 1958
Mỹ 2284 3092 3453 3553 3265
(10)Anh 270 350 470
Pháp 101 168 182 211 245
Nhật Bản 155 200 202
Canada 160 200 198 208 268
Ý 87 82 116 149
Thụy Điển 62 80 96 107 150
Thế giới 3800 5600 6100 6400 7000
1.3.2 Ứng dụng xút
Xút dùng nhiều cơng nghiệp xà phịng, cơng nghiệp giấy, xenlulo dệt, xút nguyên chất dùng nhiều công nghiệp sợi nhân tạo Xút dùng công nghiệp hóa học sản xuất chất màu, chất dẻo, bán sản phẩm hữu cơ, dược phẩm,…
Kỹ nghệ dầu mỏ dùng xút để chế biến nhiên liệu lỏng chế biến dầu hỏa
Những số liệu bảng cho thấy tốc độ sản xuất Liên Xô tăng nhanh so với nước tư Ở Liên Xô lượng lớn xút dùng dạng dung dịch, sản xuất xút phương pháp hóa học thời gian khoảng 70% so với lượng chung, dùng hai phương pháp chủ yếu sữa vôi ferit
Bảng 8: Sản lượng xút nước tư Liên Xô
Năm Các nước tư Liên Xơ
Nghìn % Nghìn %
1940 4100 100 190,4 100
1945 5300 129 128,2 67
1950 6480 153 329,8 173
1954 7500 183 498,1 262
1955 563,4 295
1956 7282 631,0 392
1957 7593
(11)1.4.1 Phương pháp hóa học
1.4.1.1 Sản xuất xút
- Phương pháp sữa vôi: Phương pháp bắt đầu Nga vào năm 1864.Theo số liệu Mendeleep năm 1897 nước Nga có 10 nhà máy sản xuất theo phương pháp
Xút điều chế từ Na2CO3 sữa vôi theo phản ứng: Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3
Ở điều kiện xác định( nồng độ nhiệt độ) Phản ứng tạo thành xút không đến Chiều phản ứng phụ thuộc vào hòa tan Ca(OH)2 CaCO3 dung dịch xút Na2CO3 NaOH hịa tan nhiều nước
Q trình tiến hành lâu nồng độ xút dung dịch lớn, ion OH -trong dung dịch tăng độ hịa tan Ca(OH)2 giảm
Ta có cân sau:
Na2CO3 dd + Ca(OH)2 rắn = NaOHdd + CaCO3 rắn
Ở trạng thái cân bằng( nhiệt độ không thay đổi) tích số hịa tan Ca(OH)2 đạt đến giá trị khơng thay đổi thể phương trình:
[ Ca2+][OH-]2 = Πp
Cuối trình cân Na2CO3 NaOH thành lập Hằng số cân xác định từ phương trình sau:
] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ 2 2 CO OH CO Na OH Na K
Trong điều kiện thực tế số cân cực đại nồng độ ion OH- lớn nồng độ CO3-2 nhỏ
Nếu chia [CO3-2] cho hai vế phương trình khai ta có dạng sau:
] [ ] [
OH
CO K
Kết thực nghiệm cho ta thấy nồng độ Na2CO3 dung dịch đầu bé độ chuyển hóa tăng Những số liệu thực tế cho thấy mức độ chuyển hóa khơng vượt q 90%
(12)+ Điều chế sản phẩm bỏ từ 1000 – 1300 kg CaCO3 + Điều chế xút loãng (120g/l)
- Phương pháp ferrit: Phương pháp dùng Liên Xơ Q trình chia làm hai giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: tác dụng cabonat natri với oxyt sắt theo phản ứng: Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O Fe2O3 + CO2
+ Giai đoạn 2: phân hủy ferrit natri nước theo phản ứng: Na2O Fe2O3 + H2O = 2NaOH + Fe2O3
Nếu đem cô đặc ta xút rắn, oxyt sắt tuần hoàn chu trình sản xuất
Kết nghiên cứu động học trình tạo thành ferrit natri xác định rằng: nâng cao nhiệt độ trình tiến hành nhanh Bởi điều kiện công nghiệp tạo thành ferrit natri tiến hành nhiệt độ cao (10000C) Sự nghiên cứu trình nung CaCO3 với hàm lượng khác thời gian gờ ta thấy
nhiệt độ 13500C tỷ lệ phân tử cacbonat oxyt sắt ] [ ] [ 3 CO Fe CO
Na lượng CO
2 tỏa tương đương với lượng tạo thành Na2OFe2O3
Khi tỷ lệ
] [ ] [ 3 CO Fe CO Na
lượng CO2 tỏa tương đương với Fe2O3
Khi tỷ lệ
] [ ] [ 3 CO Fe CO
Na lượng CO
2 tỏa tương đương với Na2CO3
Những kết cho thấy tạo thành ferít natri tương ứng với công thức: Na2OFe2O3
*Ưu khuyết điểm phương pháp ferit + Khơng có sản phẩm thừa
+ Nồng độ xút đặc so với phương pháp sữa vôi (370 g/l) + Tốn nhiều nhiên liệu
+ Vận chuyển phân xưởng cồng kềnh * Sơ lược số phương pháp khác:
(13)Quá trình tiến hành nhiệt độ 15000C độ chuyển hóa 10% Hai nhà bác học người Nga nghiên cứu phản ứng:
Na2CO3 + H2Ohơi = 2NaOH + CO2
Phản ứng tiến hành nhiệt độ 800 – 11000C tốc độ phản ứng bé, hiệu suất chuyển hóa bé 40%
- Điều chế xút từ Na2SiF6 theo phản ứng: Na2SiF6 → 2NaF + SiF4
2NaF + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaF2 CaF2 + SiF4 + NaCl → Na2SiF6 + CaCl2 - Điều chế xút từ phốtphát natri:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 Na2SO4 + Ca(H2PO4)2 = 2NaH2PO4 + CaSO4
2NaH2PO4 + 3Ca(OH)2 = 4NaOH + Ca3(PO4)2 + 2H2O
Nói chung tất phương pháp không dùng công nghiệp
1.4.1.2 Sản xuất clo
a Phương pháp Ven-ton
Phản ứng tác dụng bioxyt mangan với axit clohyđric: MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + H2O
Phương pháp tốn nhiều MnO2 nguyên liệu quý nên phương pháp dùng cơng nghiệp Muốn sử dụng phương pháp người ta cần tìm cách hồn ngun MnO2
Muốn hồn ngun MnO2 người ta gia cơng dung dịch có chứa MnCl2 sữa vơi:
MnCl2 + Ca(OH)2 = Mn(OH)2 + CaCl2
Khi thổi khơng khí cho thừa sữa vơi Mn(OH)2 bị oxy hóa tạo thành kết tủa có chứa MnO2
2Mn(OH)2 + Ca(OH)2 + O2 = CaO.2MnO2 + 3H2O CaO.2MnO2 tuần hồn chu trình sản xuất
CaO.2MnO2 + 10HCl = CaCl2 + 2MnCl2 + 5H2O + 2Cl2
(14)b Phương pháp Dikon
Phương pháp dựa nguyên tắc oxy hóa clorua hyđro oxy khơng khí nhiệt độ cao( gần 4500C) có xúc tác
4HCl + O2 = 2Cl2 + 2H2O
Chất xúc tác có tác dụng rút ngắn q trình oxy hóa chất xúc tác thường dùng muối đồng Những viên đất sét hay gạch thấm ướt dung dịch muối đồng chất đầy lị phản ứng
Cơ cấu q trình phản ứng:
1- 2CuCl2 = Cu2Cl2 + Cl2 2- Cu2Cl2 + O = CuO.CuCl2
3- CuO.CuCl2 + HCl = CuCl2 + H2O
Clo điều chế theo phương pháp có lẫn nhiều khí nitơ q trình oxy hóa, dùng oxy khơng khí
Phương pháp hiệu suất sử dụng HCl cao phương pháp trên, cịn 35%HCl khơng tác dụng với oxy khơng khí
Người ta dùng nước để làm khí clo khử HCl
1.4.2 Phương pháp điện hóa học
1.4.2.1 Giới thiệu chung
Phương pháp điện hóa học phương pháp phổ biến ngày có thành tựu
Bản chất phương pháp là:
Cho qua dung dịch nươc muối bão hòa dòng điện chiều để thực phản ứng: 2NaCl + 2H2O = Cl2↑ + 2NaOH + H2↑
Quá trình thực thiết bị đặc biệt gọi thùng điện phân
Quá trình điện cực phức tạp catôt khác người ta chia phương pháp điện hóa thành hai loại:
- Sản xuất clo xút phương pháp catôt rắn
- Sản xuất clo xút phương pháp catôt thủy ngân
1.4.2.2 Nguyên liệu
(15)Muối ăn nguyên liệu có nhiều nước biển, đất…
Trong thiên nhiên muối ăn hỗn hợp gồm có CaCl2, MgCl2, SO42- tạp chất khác
Tùy điều kiện nước, người ta lấy nước muối từ nguồn khác nhau:
- Nước biển: Nồng độ muối nước biển 33-36 g/l, nồng độ phụ thuộc vào điều kiện nước, vùng Ở vùng ven biển người ta sản xuất muối ăn cách cho bay tự nhiên nước muối muối dạng tinh thể Phương pháp phổ biến nước có khí hậu nhiệt đới
Việt Nam có 2500km đường biển nguồn vô tận cung cấp muối ăn Hiện miền Bắc nước ta có nhiều nơi sản xuất muối theo phương pháp bay tự nhiên: Hà Tĩnh, Thanh Hóa,Nghệ An, Hải Phịng, Nam Định, Thái Bình…Chất lượng muối cao Nghệ An Đặc biệt, miền Nam điều kiện thiên nhiên nắng mưa nhiều, khí hậu khơ,nhiệt độ trung bình 29- 300C, gió nhiều lại cộng thêm bờ biển dài thuận lợi cho việc làm muối Tổng diện tích đồng muối miền Nam 7000 ha, có đồng muối lớn như: Sa Huỳnh( Quảng Ngãi), Hịn Khói( Khánh Hịa), Cà Ná( Ninh Thuận)…Tổng sản lượng muối hàng năm lên tới 200.000 tấn, tương lai nhiều Theo số liệu vài nơi sản xuất muối cho thấy muối ta có hàm lượng NaCl cao, tạp chất
- Nước hồ: số hồ nước mặn, nước bay làm cho nước muối bão hòa kết tinh muối ăn( có nhiều Liên Xơ)
- Muối mỏ: muối đóng thành lớp dày đất - Dung dịch nước muối ngầm đất
Có thể lấy dùng trực tiếp cho việc sản xuất xút – clo
Việc khai thác muối mỏ tốn nhiều sức lao động tốn nhiều tiền xây dựng, muốn sử dụng muối mỏ phải đặt nhà máy cạnh mỏ hịa tan muối đất Phương pháp tích kiệm, suất cao phẩm chất tốt
1.4.2.3 Tính chất muối dung dịch nước muối
(16)- Trọng lượng riêng: trọng lượng riêng dung dịch nước muối thay đổi theo nồng độ nhiệt độ
Trọng lượng riêng dung dịch nước muối dùng sản xuất xút – clo(nồng độ NaCl 20 – 26%) khoảng nhiệt độ từ 10-400 thay đổi 10 thay đổi 0,005g/cm3
Bảng 9: Trọng lượng riêng dung dịch nước muối 200C
Nồng độ NaCl Trọng lượng riêng g/cm3
Nồng độ NaCl Trọng lượng riêng g/cm3
% g/l % g/l
5 51,7 1,0345 22 256 1,1639
10 107,1 1,0707 23 270 1,1722
15 166,3 1,1087 24 284 1,1804
18 204 1,1319 25 297 1,1888
20 230 1,1478 26 311 1,1972
21 243 1,1559 26,4 318 1,2003
- Độ hòa tan: NaCl dễ hòa tan nước
Độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, độ hòa tan KCl NaCl tăng tăng nhiệt độ NaCl tăng không đáng kể tăng nhiệt độ
Bảng 10: Độ hòa tan NaCl nước nhiệt độ khác
Nhiệt độ 0C Độ hòa tan NaCl Nhiệt độ 0C Độ hòa tan NaCl
% g/l % g/l
-14 24,41 290,3 50 26,89 319,2
-6 25,48 305,4 60 27,09 320,5
0 26,34 316,2 70 27,3 321,8
10 26,35 316,7 80 27,53 323,3
20 26,43 317,2 90 27,80 325,3
(17)- Nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sôi nước áp suất thường 1000 Dung dịch nước muối sơi nhiệt độ cao Ví dụ: dung dịch bão hịa muối ăn sơi 1080
Bảng 11: Nhiệt độ sôi dung dịch muối ăn
Nồng độ NaCl dd, g/l
Nhiệt độ sôi dung dịch, 0C
Nồng độ NaCl dd, g/l
Nhiệt độ sôi dung dịch, 0C
64,8 101 234,5 105
120,2 102 266,7 106
162 103 299,9 107
200,8 104 232,2 108
- Nhiệt độ đông đặc:
Bảng 12: Nhiệt độ bắt đầu kết tinh dung dịch clorua natri
Nồng độ dung dịch %
Nhiệt độ kết tinh Nồng độ dung dịch %
Nhiệt độ kết tinh
4,3 -2,7 17,5 -14,6
8,3 -5,5 20 -17,8
11 -7,8 21,2 -19,4
14,9 -11,8 22,4 -21,2
Biểu đồ trạng thái hệ thống NaCl – H2O
Nếu nồng độ nước muối bé 22,4% tinh thể nước bắt đầu tách đến nhiệt độ đông đặc dung dịch
Nồng độ NaCl dung dịch tăng, hạ nhiệt độ đến 21,20 ứng với nồng độ muối ăn dung dịch 22,4% tất dung dịch đơng đặc
(18)Hình Hình
- Độ dẫn điện: Trong khoảng nhiệt độ từ 0-400 độ dẫn điện riêng tính theo cơng thức:
xt = x0(I + ct +c’t2) xt : Độ dẫn điện riêng t0 x0: Độ dẫn điện riêng 00
(19)CHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP CATÔT RẮN 2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Các trình điện cực
Điện phân dung dịch muối ăn theo phương pháp catơt rắn anơt khơng tan, dung dịch có loại ion sau:
NaCl → Na+ + Cl- H2O → H+ + OH -Q trình catơt:
H+ + e → H H + H → H2
Nồng độ ion hyđro dung dịch nhỏ Bởi hyđro sinh catôt phân huỷ nước:
2H2O + 2e → 2H+ + 2OH
-Na+ đến catôt kết hợp OH- tạo thành xút: Na+ + OH- → NaOH
Chúng ta biết rằng: điện điện cực tiêu chuẩn H+ = 0, điện điện cực tiêu chuẩn Na+ = -2,7V Bởi điện cực rắn nồng độ H+ nhỏ có H+ phóng điện cịn Na+ khơng thể phóng điện điện phóng điện ion H+ dương điện phóng điện ion Na+
H+ ←
→
+ _
→ ←
Na+
OH -Cl
(20)Quan sát đường cong phân cực hình thấy rằng: Sự phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần dung dịch mà cịn phụ thuộc vào trạng thái bề mặt catơt
Hình 3: Đường cong phân cực catơt – Catôt thép, thành phần dung dịch
NaOH 120 g/l, NaCl 190 g/l NaClO 0,5 g/l nhiệt độ 600C 2- Catôt thép ( 0,3%C 0,7% Mn),
thành phần dung dịch: NaOH 80 g/l, NaCl 170 g/l
3- Catôt sắt, thành phần dung dịch: NaOH 80 g/l, NaCl 170 g/l, 750C
* ) Quá trình anốt: Cl- e → Cl -Cl + -Cl → -Cl2 Ở anôt Cl- phóng điện
Ở ta thấy điện thuận nghịch phóng điện ion OH- âm với điện thuận nghịch phóng điện ion Cl- dung dịch NaCl bão hòa
Trong dung dịch NaCl bão hịa 180C điện thuận nghịch phóng điện ion OH- là:
εOH- = 0,41 – 0,058lg( 0,8x10-7) = 0,82
Điện thuận nghịch phóng điện ion Cl- điều kiện là: εCl- = 1,36 – 0,058lg( 5,5 – 0,6) = 1,33V
-0,9 -1,0 -1,1 -1,2 -1,3 -1,4 -1,5
M
ật
đ
ộ
dò
ng
đ
iệ
n
ca
tô
t
2000 1600 1200 800 400
1
2