AMELIORATION DU RENDEMENT FARADAY DANS LA PREPARATION ELECTROLYTIQUE DU CHLORATE DE SODIUM

FARADAY YIELD ENHANCEMENT IN THE ELECTROLYTIC PREPARATION OF SODIUM CHLORATE

French Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:
L'invention concerne un procédé permettant d'améliorer
le rendement FARADAY lors de la fabrication électrolytique
du chlorate de sodium sur anodes métalliques revêtues de platine-
iridium ou d'oxyde de ruthénium. Le procédé selon l'invention
consiste à ajouter à l'acide chlorhydrique utilisé pour mainte-
nir le pH optimal de fonctionnement, de l'acide phosphorique à
raison de 1 à 2 kg d'acide à 85% par tonne de chlorate de
sodium fabriquée.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Procédé permettant d'améliorer le rendement
FARADAY lors de la fabrication électrolytique du chlorate
de sodium sur anodes métalliques revêtues de platine-iridium
ou d'oxyde de ruthénium, caractérisé en ce que l'on ajoute à
l'acide chlorhydrique utilisé pour maintenir le pH optimal
de fonctionnement, de l'acide phosphorique à raison de 1 à
2 kg d'acide à 85 % par tonne de chlorate de sodium fabriquée.

Description

~1'14~8~
La présente invention concerne un perfectionnement
à la fabrication du chlorate de sodium par électrolyse et
plus particulièrement un moyen d'améliorer le rendement
FARADAY dans le cas où on utilise des cellules d'électrolyse
équipées d'anodes en titane revêtues d'une couche électroactive
telle que platine-iridium ou oxyde de Luthénium.
La fabrication électrolytique du chlorate de sodium
est effectuée essentiellement par électrolyse d'une solution
de chlorure de sodium.
Les réactlons aux électrodes sont les suivantes :
- à l'anode, il y a formation de chlore suivant:
6 C1 ---~3 C12 + 6e (1)
le chlore formé à l'anode réagit avec l'eau suivant :
3 C12 + 3 H20 '3 H + 3 Cl + 3 MC10 (2)
3 HC10< - ~3 H + 3 C10 (3)
3 H20 ~ ~3 OH + 3 H (4)
et l'hypochlorite formé se transforme en chlorate suivant la
réact1on :
2 HC10 + C10 -~--~C103 + 2 H + 2 Cl (5)
Dans le même temps, il y a formation électrochimique
de chlorate à partir des ions hypochlorite suivant :
6 C10 + 3 H20--~2 C103 + 4 Cl + 6 H + 3 2 + 6 e (6)
Cette réaction serait responsable du dégagement
d'oxygène que l'on observe lors de l'électrolyse, ce dégagement
étant la cause essentielle de la baisse du rendement F~RADAY.
- à la cathode, i-l y a formation d'hydrogène suivant :
6 H + 6e ;3 H2 (7)
L'hypochlorite formé dans la cellule peut être réduit
par l'hydrogène suivant :
C10- + H - - ',Cl- + H O ~ (8)
Cette réaction (8) parasité, également génératrice

11~4888
d'une baisse du rendement FARADAY est généralement combattue
par addition de bichromate de sodium à raison de 2 à 10 g/l dans
l'électrolyte.
Une autre cause de la baisse du rendement FARADAY
provient du fait que le chlore qui se forme à l'anode peut
s'échapper directement de la cellule sans être absorbé, par
suite des équilibres
C10 + H ~ - H C10
HC10 + H + Cl ~ C12 2
il existe une certaine tension de vapeur de chlore au dessus
de la solution et du chlore peut donc s'échapper de toute
la surface du liquide.
La réaction (5) est primordiale dans la genèse du
chlorate et cette réaction est favorisée par un pH donné
variable de 6 à 6,5, la valeur optimale dépendant en fait
: de la température de onctionnement. Pour maintenir ce pH
optimal, on ajoute donc à l'électrolyte une solution acide,
généralement de l'acide chlorhydrique, ce qui.permet en
outre de compenser les éventuelles pertes en chlore.
Cette addition est faite suivant les procédés
classiques
- soit dans la solution d'alimentation de la cellule
- soit directement dans la cellule
- soit des deux façons simultanément
et elle est généralement automatisée grâce à une régulation de
pH.
Dans les conditions opératoires habituellement
rencontrées
NaC103 g/1 0 à 700
NaCl g/l 320 à 120
bichromate de soude g/l 2 à 10
température de fonctionnement 55 à 85C

~L448~8
pl~ ~e onctionnement 6 à 6,5 obtenu par addition
de 25 à 4 kg d'HCl
33 % ~ar tonne de
chlorate de sodium
fabriquée
densité de courant A/m2 1500 à ~000
anodes support titane avec revêtement
Pt/Ir ou Ru02
les gaz dégagés ont la composition suivante :
~2 96 %
2 3,5
C12 0,2 à 0,5 ~
et le rendement FARADAY est supérieur à 92 ~.
On a cherché à améliorer ce rendement. Diverses
solutions ont été proposées qui se ramènent toutes à l'améliora-
tion des revêtements d'anodes, comme indiqué dans le
BF.2.187.416.
La Demanderesse a mis au point un procédé qui
permet d'obtenir une augmentation de 1 à 3 points du rendement
FARADAY par intervention directe sur l'électrolyte.
Le procédé selon l'invention consiste à ajouter à
l'acide chlorhydrique utilisé pour le maintien du pH optimum,
de l'acide phosphorique à raison de 1 à 2 kg d'acide phosphori-
que 85 % par tonne de chlorate de sodium fabriquée.
L'augmentation du rendement dépend du rendement de
l'électrolyte, de la technologie de cellule et des conditions
opératoires utilisées.
Les exemples suivants illustrent de façon non
limitative le procédé suivant l'invention.
EXEMPLE 1
1) On effectue une électrolyse suivant le mode
opératoire classigue dans une cellule industrielle de 35000 A
équipée d'anodes en titane avec un revêtement à base de
bioxyde de ruthénium. La cellule est alimentée par la

solution de composition :
NaCl g/l 210
NaC103. g/l 325
bichromate g/l 7
NaC10 g/l 0,3
Ca + Mg mg/l 35
Fe, Co, Ni mg/l 2
le débit d'alimentation est de 120 l/h.
On ajoute en continu 550 ml d'HCl 33% dans la
cellule.
La cellule travaille avec une densité de courant
de 2000 A/m2 à 70C. Le pH est de 6,3.
La composition de la solution sortant de la
cellule est :
NaCl g/l 110
NaC103g/l 520
bichromate g/l 7
NaC10g/l 1,5
Ca + Mgmg/l 15
Fe, Co, Ni mg/l 2
les gaz formés lors de l'électrolyse ont la composition
suivante
H2 96,7 %
2 2,9
C12 0~4 %
le rendement FARADAY est égal à 92,7 %
2) dans les mêmes conditions opératoires et selon
le procédé de la présente demande de brevet, on ajoute à
l'acide chlorhydrique un débit continu de 220 ml d'H3P04
d'origine thermique à 10 ~. La composition des gaz formés
est alors :
H2 97,6
-- 4 --

888
2 2
C12 0,4 ~
et le rendement FARADAY atteint 94,5 %.
On constate donc une amélioration du rendement de
l,8 point.
EXEMPLE 2
Dans les mêmes conditions opératoires d'électrolyse
que dans l'exemple l, on ajoute de l'acide phosphorique à 10 %
obtenu par voie humide, à une teneur de 0,15 g d'acide par
litre d'électrolyte.
Le taux d'oxygène dans les gaz est abaissé de 0,3 %,
ce qui fait passer le rendement FARADAY de 92,72 % à 93,32 ~.