为什么有些金属氧化物可以用卤素电解？

电解氢卤酸制备卤素气体的方法包括(a)将氢卤酸加入阳极液室；(b)向阴极电解液中加入阴极电解液，其中向阴极电解液中加入多价或二价金属氧化物参与氧化还原，在阴极电解液中高价金属离子被还原成低价金属离子，含有被还原成低价态的金属离子物质的含水阴极电解液从阴极电解液中流出；(c)在电流的作用下，在阳极电极产生卤素气体，卤素气体和残留的氢卤酸从阳极液室流出；(d)收集从步骤(c)流出卤素气体用于工业生产，用工业副产物卤化氢将从步骤(c)流出的氢卤酸调节至合适的浓度，然后返回步骤(a)。解决了传统电解槽阴极溶液电流密度低、还原电位高的问题，降低了电解槽槽电压。

该专利描述了一种电解池和一种通过电解氢卤酸制备卤素气体的方法。

技术领域

[0001]本发明涉及电解槽技术领域，尤其涉及一种离子膜氢卤酸电解槽及电解氢卤酸制备卤素气体的方法。

技术背景

[0002]槽电压是电解槽非常重要的参数，也是衡量电解过程是否先进的重要指标，直接影响电解槽的电耗。离子膜电解槽的槽电压主要由以下几个方面组成，如下表公式所示:

[0003] V = ν 0+ν μ+η阳+η阴+IR液+IR金。

[0004]其中:V-电池电压，V；

[0005]v 0-理论分解电压，v；

[0006]Vm-离子膜电压降，v；

[0007]q pa-阳极超电势，v；

[0008] n P月-阴极过电位，v；

[0009]IRS-液体的欧姆电压降，v；

[0010]金-金属的IR欧姆压降，v；

【0011】影响槽电压的主要因素可分为两个方面:(1)结构因素的影响:槽的结构、一种导体材料的导电性、电极间距的大小、离子膜的结构和性能、阳极和阴极的性能等。(2)操作因素的影响:电流密度、阴阳极液循环量、盐水中的杂质、电解液浓度、温度等。

[0012]电解槽的功耗与槽电压直接相关。根据法拉第定律，电解过程中生产ImolCl 2所需的法拉第数为2F，即53。6a . h，因此生产It氯气所需的功耗为755x V

[0013] W =- η

[0014]其中V是电池电压，η是电流效率。

[0015]传统木法(Uhde)的电流密度为4？4.8kA/m2，槽电压约为65438±0 . 05。92?2.06ν，能耗为1600kwh/吨氯气，能耗高，维护成本高，电解气体纯度低，容易出现安全问题。UHDE公司还开发了ODC电解技术，将氧气引入阴极电解液室，而不是分离阴极4，产生水，从而使传统UHDE电解槽的电压下降。这种ODC电解技术的电流密度为4kA/m 2，槽电压约为I. 4v，电耗为1050Kwh/吨氯气。通过对现有技术的分析，发现电耗高的主要原因是阴极H+结合电子生成氢气，ODC电解技术不会造成阴极H 2的分离，因此比传统UHDE电解技术降低电耗550Kwh/吨氯。第二，传统的UHDE电解法和ODC电解法的电流密度不够大。如果电流密度达到5？10kA/m 2，传统的UHDE电解工艺和ODC电解技术会造成电解槽无法承受的损坏。但是电解常识告诉我们，提高电解槽电流密度，保持稳定运行，可以有效降低电耗。

[0016]在ODC电解技术的基础上，选择三维电极，在阴极溶液中加入多价或二价金属氧化物参与氧化还原。改进后的ODC电解法标准电位高于ODC电解法，槽电压进一步降低，电流密度为5？10kA/m 2，槽电压约为0。85?一、13v，电耗仅为650-860Kwh/吨氯气，在ODC电解基础上节约约400kwh，在传统电解工艺基础上节约900kwh(电流密度10kA/m2生产)。