Разработка технологии электрохимических процессов утилизации хлорида кальция - многотоннажного промышленного отхода Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.13.057

М. А. Гусейнов, 3.М.Алиев, А.М.Гадкиева

Дагестанский университет, г.Махачкала

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УТИЛИЗАЦИИ ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ -

МНОГОТОННАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ОТХОДА

Исследован электрохимический синтез ценных кальцийсодержащих соединений из растворов хлорида кальция - многотоннажного промышленного отхода. Разработаны технологии электрохимических процессов синтеза сахарата кальция, диоксида углерода и ацетата кальция электролизом нитрата кальция и хлорида кальция.

The data of electrochemical synthesis are cited in work containing connections valuable calcium from solutions of calcium chloride - a large tonnage industrial waste. Technologies of electrochemical processes of synthesis calcium saccharine, carbon dioxide and calcium acetate at electrolysis calcium nitrate and calcium chloride are developed.

Защита окружающей среды от воздействия вредных веществ и создание малоотходных технологий является актуальной проблемой. Особенно перспективны исследования по утилизации кальцийсодержащих соединений, встречающихся в природных водах и являющихся отходом промышленного производства.

По известной технологии разложение карбоната кальция протекает при высокой температуре (до 1000 °С) по реакции СаСОз ^ СаО + С02. Нами разработан сопряженный электрохимический процесс разложения карбоната кальция и получения сахарата кальция. Известен способ разложения карбоната кальция электролизом смеси 4М раствора нитрата кальция и карбоната кальция [1, 3]. Недостатками указанного процесса является то, что при высоких плотностях тока и длительности электролиза наблюда-

ется отложение осадка Са(ОН)г на катоде, что снижает производительность процесса. Эти недостатки устраняются при проведении электролиза в диафрагменном электролизере (керамическая диафрагма), в анодную камеру которого наливают смесь 4М раствора нитрата и карбоната кальция, в катодную - раствор сахарозы.

При электролизе смеси раствора Са^Оз^ и карбоната кальция ионы кальция переходят из анодного пространства в катодное, образующаяся при этом в анодной камере азотная кислота разлагает СаСОз по реакции

2НЖ)3 + СаСОз

Са(Ж>3)2 + Н20 + С02Т-

В катодной камере в результате взаимодействия сахарозы и гидроксида кальция

образуется ценное соединение - сахарат кальция 14].

Зависимость выхода по току диоксида углерода от плотности тока при электролизе 4М раствора Са(1МОз.Ь, в который введено 20 г карбоната кальция, при температуре 70 °С на платиновом электроде характеризуют следующие данные:

Плотность анодного тока, А/см: 0,01 0,05 0,1 0,2 Выход по току, % 90 96 92 90

Итак, наиболее высокие выходы по току наблюдаются при средних плотностях тока.

Одним из химических соединений, применяемых для получения ацетона, является ацетат кальция. Ацетат кальция по известной методике получают взаимодействием гидроксида кальция с уксусной кислотой по схеме:

Са(ОН)2 + 2СН3СООН - 2Н20 -»• (СН3СОО)2Са -» СН3 - СО - СН3 + СаСО-Ц.

Нами были проведены исследования по катодному синтезу уксуснокислого кальция в диафрагменном электролизере с использование хлорида кальция [2]. В катодное пространство наливали раствор уксусной кислоты, в анодное - раствор хлорида кальция. В качестве материала анода выбрана платина, в качестве катода - сталь. В катодном пространстве протекали реакции

2СН3СОО~ + Са2+ (СН3СОО)2Са; 2Н* + 2е — Н2Т, в анодном реакция

2СГ- 2е —» С12|.

Были исследованы зависимости выхода целевых продуктов от плотности тока и продолжительности электролиза. Максимальные выходы по току наблюдаются при плотности тока около 0,014 А/см2 (рис.1).

Прямолинейная зависимость концентрации ацетата кальция при одной и той же плотности тока от продолжительности электролиза т показывает, что в системе протекает одна электродная реакция (выделение водорода) и экранирования поверхности катода гидроксидом кальция не наблюдается (рис.2).

Выводы

1. Впервые осуществлено разложение карбоната кальция электролизом по разработанной авторами технологии проведения катодного процесса, предотвращающей образование нерастворимого осадка Са(ОН)2 на поверхности электрода.

2. Разработана технология электрохимических процессов получения ацетата натрия, хлора и водорода.

3. Установлены оптимальные параметры протекания электрохимических

0,005

0,01

0,015 I. А/см*

Рис. I. Зависимость выхода по току у к су сно-кислого кальция от плотности тока /

80

£

60

О

40

15 30

45

60

75 т, мин

Рис.2. Зависимость концентрации ацетата кальция от продолжительности электролиза при г = 0,014 мА/см2

— ___ 169

Санкт-Петербург. 2003

процессов: плотность тока, материал электрода, температура, концентрации электролитов.

ЛИТЕРАТУРА

I. Гаджиееа Л.М. Использование кальцийсодер-жащнх соединений для получения диоксида углерода электролизом / А.М.Гаджиева, З.М.Алиев // Химия в

технологии и медицине: Материалы Всероссийской на-уч.-практ. конф./ЦГУ Махачкала, 2002.

2. Гаджиева А.М. Электрохимический синтез аце-тата кальция / А.М.Гаджиева. М.А.Гусейнов, З.М.Алиев // Там же.

3. Патент 2078150 РФ, Кл. С 25 В 1/00. Способ получения диоксида углерода / З.М.Алиев. Опубл. 27.04.97 Бюл. №12.

4. Патент 2086654, Кл. С 25 3/00. Способ получения сахарата кальция / З.М.Алиев. Опубл. 10.08.97. Бюл № 22.