Chlor-Alkali-Elektrolyse

Allgemein

Elektrolyse (Zerlegung durch elektrische Energie) wässriger Lösungen von Kochsalz dient zur Technischen Gewinnung von Chlor, Natronlauge und Wasserstoff.

•Normalpotentiale von Natrium (-2,7V), Wasserstoff (-0,4V), Chlor (+1,4V) und Sauerstoff (+0,8V) bei Natriumchloridlösung von c=1mol/l

Abscheidungspotential für Wasserstoff geringer als für Natrium und Sauerstoff geringer als Chlor

An dem (-)-Pol gasförmiger Wasserstoff (Protonen durch Elektronenaufnahme zu Wasserstoff reduziert); an dem (+)-Pol Sauerstoff (durch Oxidation aus Hydroxidionen unter Bildung von Wasser)

•anstatt Sauerstoff sollte sich jedoch Chlor an der Anode ablagern

durch Elektrodenmaterial hohe Überspannung bei Sauerstoff und geringe bei Chlor

Abscheidungspotential von Sauerstoff größer als von Chlor, dabei wird Graphit als (+)-Pol und billiges Eisen als (-)-Pol verwendet

•Am (+)-Pol wird Chlorid zu Chlor oxidiert und am (-)-Pol Protonen zu Wasserstoff reduziert

Lösung mit unentladenen Natrium- und Hydroxidionen

•Gefahr: Vermischen von Chlor mit Wasserstoff => Chlorknallgasexplosion

•Verhinderung: Raum des (-)-Pols vom Raum des (+)-Pols durch ein Diaphragma-/Amalgamverfahren trennen, dafür muss der Ausgangsstoff Natriumchlorid sorgfältig von Magnesium und Calcium gereinigt werden (diese bilden sonst schwerlösliche Hydroxide, die das Diaphragma oder den Amalgamzersetzer verstopfen), außerdem muss Sulfat sorgfältig entfernt werden, weil diese die Sauerstoff-Überspannung am (+)-Pol herabsetzt und dieser dort Hydroxidionen frei setzt und mit dem Graphit des (+)-Pols gasförmiges Kohlendioxid bildet => Verschluss des (+)-Pols

Amalgam-Verfahren (Quecksilber-Verfahren):

(-)-Pol Reduktion

2Na + 2e  2Na (mit Hg  NaHg)

Folgeraktion: 2Na + 2H O 2Na + 2OH +H(+)-Pol Oxidation

2Cl  Cl +2e

Redoxreaktion: 2Na + 2Cl +2H O  2Na + 2OH +2H +2Cl

Moderne Großanlagen haben Zellengrößen von ca. 35m², Stromstärken bis zu 450000A und Stromdichten von 10-15kA/m² (bis zu 65 Zellen erforderlich).

Die Elektrolyse findet bei 70°C in Stahlwannen statt.

Vorteile: Natronlauge wird getrennt von Natriumchloridlösung erzeugt.

sehr reine und hoch konzentrierte Lauge

Nachteile: Quecksilber und Quecksilberverbindungen werden zwangsläufig bei dem Abfluss aus der Amalgamerzeugungszelle mitgeführt. Weil diese sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, werden sie unter hohem Kostenaufwand aus den Elektrolytabwässern entfernt. Aufwändige Reinigungsmaßnahmen der Elektrolyseanlagen

Das Amalgamverfahren verliert immer mehr an Bedeutung.