Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

10.3 Натрий хлор эритмасининг электролизи

Натрий хлор (ош тузи) нисбатак арзон хом ешё бўлганлиги ҳамда, уни злектролизидан учта (хлор, натрий гидроксиди ва водород) муҳим Саноат мохсулоти олиниши сабабли шу билан бир қаторда электролиз жараёнининг соддалиги туфайли унинг эритмасмни электролизи иктисодий ясизртдан анче самарали усул хисобланади.

Хлор нормал шароитда газ -34,1 °С дҳ суюҳланади,- 101, 6°С ; музлайди» сариқ- яшил рангли заҳарли газ. Хлор: хлорорганик бирикмалар эритувчилэҳр, каучук, кимёвий захарли кимёвий бирикмалар ва бошқалар) олишда, металлургия (рудаларни хлорлаб куйдиришда тўқимачилик, целлюлоза коғоз саноатларида исҳларида (оқартириш ва тозалаш учун), ичимлик ва оқова оувларини тозалэш ва стериллашда ва бошкаларда жуда кенг кўлланилади.
Электролизнинг иккинчи маҳсулоти натрий гидроксида бўлиб, муҳимлиги жиҳатидан асосий маҳсулптдан (хлордан) қолишмайди.
натрий гидроксиди каттик, оқ рангли сувда яхшим эрийди 328⁰ С да суюқланади» Натрий гидрокси органик синтезда, суний тола ишлаб чиқаришда, целлюлоза ва коғоз олишда совун ва алю­миний ишлаб чиқаришда, нефтни қайта ишлаш саноатида кенг кўламда ишлатилади.
Электролиз килиш учун ош тузининг туйинган эритмасидан (305-310 г/л) шуробадан Фойдаланилади. Электролиз иrки хил аппаратда каттик пўлатли диафрагмали ёки диафрагмасиз суюк симоб катодли аппаратларда. (электролизёрларда) олиб борилади ҳар икала ҳолда ҳам углеродли (графитли) анод ёки сиртирутений оксиди билан қопланган титанли анод ишлатилади. Бу иккала усул катод бушлирида борадиган жaрaёнлар билан бир - бирмсидан фарк килади. Электролиз пайтида цущимча реакциялар кетишини олдини олиш ҳамда, электролиз махсулотларини ажралишии учун қаттиқ катодли электролиз ёрларда анод ва катод фазаси бир-бирисидан ғовакли дифрагма билан ажратилган бўлади.
Ош тузи эритмасини каттик катодли электролизёрларда
Электролизи.
Ош тузининг сувдаги туйинган эритмасида. Эритмадан доимий ток утквзилганда бу ионларнинг зарядсизланиб ажралиб чиқиш тартиби электрод потенциалларининг катталиги ва бир-бирисига бўлган нисбати билан аниқланади Натрий ионларининг пулат катодларида қайтарилиши (зарядсизланиши) мумкин эмас,чунки бу жарвённинг потенциали катта манфий қийматга эга С - 2,71 В). Шунинг учун катодда мувозанат потенциоли кичик манфий кийматга эга булган водород ажралиб чиқади.(водороднинг NaCl нинг сувдаги туйинган эритмасида мувозанат потенциал киймати – 0,415 Вга тенг )
2Н₂О + 2 е ^-= Н₂+2ОН^- (а)
Катод бўшлиғида колган гидроксидионлари натрий ионлари билан бирикиб натрий гидроксидинп ҳосил қилади.

ОН^- + Na⁺ → Na ОН (б)

Анодда эса хлор ажралади:
2 Cl^- → Cl₂ + 2e^- (в)
Хлорнинг туйинган эритмада мувозанат потенциали гидроксид ионникидан катта.
О2 (ОН) = 0,82 B ; - CL₂ = 1,32 В
Аммо кўмир-графитли ёки рутений оксиди билан копланган анодларда ОН - иони катта ўта кучланиш билан зарядсизланади, шунинг учун ҳам анода газ холда ажралади. Натрий хлор эритмасини электролизини умумий, амалда асосий реакциялар билан бир каторда қушимча реакция ҳам кетади.
2Н₂О + 2NaCl = Cl₂+Н₂+2 Na ОН
Aнотда бўшлиғида кислород ажралиб чиқади. 2ОН^-+2е^-→ 0,5О₂+ Н₂О
Кислород углеродли электрод билан таъсирлашиб, СО₂ га айланади. Анод бўшлиғида, хлорнинг сувда эришидан иккиламчи реакциялар бориб гипо хлорит (NaС1О) ва нaтрий хлорадлар ва нитрат хилоридлар ҳосил бўлади. Барча бу қўшимча риакцяларнинг ток бўйичаасосий маҳсулотлар унумини ҳамда энргиялар фойдаланиш даражасини камайтиради.
83- расмда узлуксиз ишловчи, вертикал фильтирловчи диафрагма элнектролизёр (ваннаси) схемаси берилган. Ваннанинг корпуси аспесдан тайёрлинган филътрловчи диафрагма билан катод ва анод бўшлиқларига ажратилган, Диафрагма, перфорацияланган (кўп тешиклар қилинган) пўлат
катодга ёпиштириб қуйилади. Анод бўшлиғида эса графитдан ясалганод ўрнатилади.
Тозланган шўроба (рассол) анот бўшлиққа солинади. Гидростатик босим туфойли у диафрагмадан ва катоддан фильтрланиб ўтади. Электр токи утгач катодда водород ажралиб ваннадан чикади, аноддан эса хлор ажралиб чикади. Қатор бўшлиқда натрий гидроасиди ҳосил бўлиб ваннадан узлуксиз чикниб олиниб турилади. Хосил бўлган хлор-газ таркибида 93-96 % хлор ушлайди. У газ 20 ⁰С хароратгача совутиш йули билан қуритилади.
Сўнгра хлор керакли жойларга синтезлар учун юборилоди ёки 1-1,2 мпа босимда уй ҳароратида ёки 0,3-0,6 мпа босимда - 5 дан - 25 С гача ҳароратда суюҳлантирилади. Суюқ хилор махсус баллонлар ёки цистерналариз керакли жойяарга ташилади.
Катод мазҳсулоти (натрий гидроксиди эритмаси) таркибида 120-140 NaОН ва 170-180 г/л парчаланмаган ош тузи бўлада. Эритма буғлантирилади. Эритмада натрий гидрооксидининг концентратцияси ортиши билан оштузи чўмага тушади.( NaОНнинг иссик сувда эрувчанлиги юкори, Ош тузининг эрувчанлиги эса кам булганлигидан NaОН нинг эритмда конц-си ортиши билан Ош тузи чукмага тушади ). Натрий гидрооксид эритмаси тўлиқ буғлантириб суюқ ҳолда сувсиз натрий гидрооксид олинади. У таркибида 92-95 %. Nа0H ва 2-4 % ош тузи сақлайди.
Собиқ СССРда ишлатиладиган БГК -50 типидпги эликролизёрнинг электролиз шароити ва ўртача курсаткичи қуймдагича: Ток кучи, А - 50000, электротлардаги кучланш, В - 3,7, токнинг зичлиги, А/м - 1000, ток бушча унум, % - 96,0,1 т. хлор олиш учун электр энергияси сарфи, КВт.с - 2840; Шуидай электролизёр бир суткада—1500 кг. хлор ва - 1800 кг натрий гидродсид ишлаб чиқаради. Натрий хлор эритмасини симоб катодли электршизёрларда электролиз килиш.
Собик Совет ва Чехословакия мутахассислари натрий гидроксид олиш учун юкрри унум билан ишлайдиган симоб катодли саноат электролизёрларини яратдилар.
Симоб катодли ванналарда катодда водород катта кучланиш билан ажралиб чикади. (симобли катоддан ионининг зарядсизланиш потенциали 1,7-1,85 В, темир катодда эса у 0,1415 В га тенг) Натрий эса симобдан тез ва осонликча ажралади. Чунки натрий ионининг симоб катодида зарядсизланиш потенцали мувозанат потенциалидан анча кичик ва у 1,2 В га тенг.Бу ҳодиса катодда кимёвий бирикма натрий амалгамаси ҳосил булиши билан тушинтирилади. Натижада амалда симоб катодда водород ҳосил бўлмайди, буни куйдаги жараёнлар боради.
Na⁺+е^-→ Na
Nа + nHg → NaHg_n
Симоб катодининг устида жойлашган графит анода хлор зарядсизланиб газ холда ажралиб чикади.
2Cl^- -2e→Cl₂
Натрий амальгамаси (0,1- 0,3 %Nа. сақлайди) ваннадан чиқариб олинади ва бошқа реакторда иссик сув билан парча лантирилади. Бунда ҳам электрокимёвий реакция боради ва натрий гидроксиди ҳамда водород гази ҳосил бўлади.
Na→ Na⁺+e^-
Na⁺+OH^-→NaOH
H₂O+e^-→OH-+0.5H₂

Симоб катодли электролиз усули NaС1 эритмасини жуда тозалашни талаб килади, чунки эритмада магний темир ва бошқа металларнинг бўлиши, симобли катода водороднинг кучланишини пасайтириб юборади. Бу ҳол катод жараёнини бузилишига ва портлашга олиб келади. Водород ионининг зарядсизланишини каматиришучун ток зичлигини оширилади.

Симоб катодли электролизёрларнинг асосий ютуғи, бунда кимёвий тоза (таркибида) NaС1 бошқа бегона аралашалари булмаган) юқори концнтрацияли ишҳол олиш мумкин бўлади. Сувни электролиз қилиб водород олиш айниқса истиқболли усулдир.