RU2061103C1

RU2061103C1 - Process of manufacture of sodium perborate

Info

Publication number: RU2061103C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Бердюгина; В.М. Архипова; О.Н. Баландин; В.Я. Коноплицкий
Original assignee: Приморское производственное объединение "Бор"
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: textile industry. SUBSTANCE: invention relates to electrochemical methods of production of sodium perborate which finds use in compositions of bleaching, cleaning and disinfection products, in textile industry and at home. Process includes decomposition of calcium by mixture of sodium carbonate and potassium carbonate with mass relation K₂CO₃ and Na₂CO₃ equal to 1: (10-20) followed by electric synthesis and crystallization. EFFECT: reduced energy consumption due to increase of output current and drop of voltage across electrodes. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству перекисных соединений, в частности к производству пербората натрия электрохимическим способом. The invention relates to the production of peroxide compounds, in particular to the production of sodium perborate by electrochemical method.

Существующие способы получения пербората натрия электрохимическим путем включают приготовление раствора метабората натрия, их фильтрацию, электролиз на платиновом аноде, кристаллизацию и отделение готового продукта. Existing methods for producing sodium perborate electrochemically include the preparation of a solution of sodium metabolite, their filtration, electrolysis on a platinum anode, crystallization and separation of the finished product.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемой цели является способ получения пербората натрия путем электрохимического окисления растворов метабората натрия и карбоната натрия, получаемых путем разложения бората кальция содовым раствором. The closest in technical essence and the achieved goal is a method of producing sodium perborate by electrochemical oxidation of solutions of sodium metaborate and sodium carbonate obtained by decomposition of calcium borate with soda solution.

Недостатком этого способа является большой расход электроэнергии за счет невысокого выхода по току целевого продукта и повышенного напряжения на электродах. The disadvantage of this method is the high energy consumption due to the low current efficiency of the target product and the increased voltage at the electrodes.

Цель изобретения совершенствование процесса получения пербората натрия из бората кальция путем снижения энергозатрат на процесс электрохимического окисления карбонатметаборатных растворов, полученных разложением бората кальция карбонатом натрия. The purpose of the invention is the improvement of the process for producing sodium perborate from calcium borate by reducing energy consumption for the process of electrochemical oxidation of carbonate metabolite solutions obtained by decomposition of calcium borate with sodium carbonate.

Цель достигается тем, что в способе, включающем электрохимическое окисление растворов метабората натрия и карбоната натрия, получаемых путем разложения бората кальция содовым раствором, разложение бората кальция проводят смесью карбоната натрия и карбоната калия при соотношении карбоната калия к карбонату натрия равном от 1:20 до 1:10. The goal is achieved in that in a method comprising the electrochemical oxidation of solutions of sodium metaborate and sodium carbonate obtained by decomposition of calcium borate with a soda solution, the decomposition of calcium borate is carried out with a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate at a ratio of potassium carbonate to sodium carbonate equal to from 1:20 to 1 :10.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются разложение бората кальция карбонатом натрия в смеси с карбонатом калия при соотношении карбоната калия к карбонату натрия равном от 1:20 до 1:10. Distinctive features of the proposed method are the decomposition of calcium borate with sodium carbonate in a mixture with potassium carbonate with a ratio of potassium carbonate to sodium carbonate equal to from 1:20 to 1:10.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано в электрохимическом производстве пербората натрия. The invention is industrially applicable, as it can be used in the electrochemical production of sodium perborate.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Борат кальция разлагают раствором, содержащим смесь карбонатов натрия и калия, при +90^оС в течение 30 мин. Полученный карбонат-метаборатный раствор отделяют фильтрацией от выпавшего в осадок карбоната кальция и затем направляют на электрохимическое окисление. Электросинтез пербората натрия осуществляют в электролизере, представляющем собой герметичный пакет из чередующихся между собой стальных катодов и титановых анодов. Образовавшийся в карбонат-метаборатном растворе перборат натрия выделяют в твердом виде в кристаллизаторах с взвешенным слоем кристаллов пербората натрия. Готовый кристаллический продукт (перборат натрия) выводится из кристаллизатора, а осветленный электролит (маточник), обогатив карбонат-метаборатным раствором, направляют в электролизер на очередной цикл.Calcium borate is decomposed with a solution containing a mixture of sodium and potassium carbonate, at 90 ^{° C} for 30 min. The resulting carbonate-metaborate solution is separated by filtration from the precipitated calcium carbonate and then sent to electrochemical oxidation. The electrosynthesis of sodium perborate is carried out in an electrolyzer, which is a sealed bag of alternating steel cathodes and titanium anodes. The sodium perborate formed in the carbonate-metabolite solution is isolated in solid form in crystallizers with a suspended layer of sodium perborate crystals. The finished crystalline product (sodium perborate) is removed from the crystallizer, and the clarified electrolyte (mother liquor), enriched with a carbonate-metaborate solution, is sent to the electrolyzer for the next cycle.

Существенными признаками изобретения являются разложение бората кальция смесью карбоната натрия и карбоната калия при массовом соотношении равном от 1:20 до 1:10 (К₂СО₃:Na₂СО₃).The essential features of the invention are the decomposition of calcium borate with a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate in a mass ratio of from 1:20 to 1:10 (K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ ).

Разложение бората кальция карбонатом натрия в смеси с карбонатом калия позволяет получать карбонат-метаборатные растворы, используемые для электрохимического окисления, с улучшенными электрохимическими характеристиками: повышается электропроводность растворов, изменяется потенциал выделения кислорода. Использование таких растворов в электросинтезе пербората натрия приводит к ускорению основной электрохимической реакции (окисление карбонат-иона в перкарбонат-ион) и снижению напряжения на электродах. The decomposition of calcium borate by sodium carbonate in a mixture with potassium carbonate allows one to obtain carbonate-metabolite solutions used for electrochemical oxidation with improved electrochemical characteristics: the conductivity of solutions increases, the oxygen evolution potential changes. The use of such solutions in the electrosynthesis of sodium perborate leads to an acceleration of the main electrochemical reaction (oxidation of the carbonate ion to the percarbonate ion) and a decrease in the voltage at the electrodes.

Технический результат наблюдается при использовании для разложения бората кальция смеси К₂СО₃ и Na₂СО₃, взятых в соотношении 1:20-1:10. Осуществление разложения бората кальция смесью карбонатов натрия и калия при соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ ниже, чем 1:20 не позволяет получить карбонат-метаборатные растворы с улучшенными электрохимическими характеристиками. При этом электрохимическое окисление карбонат-метаборатных растворов протекает при повышенном расходе электроэнергии. Поэтому значение соотношения К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:20 взято за нижний предел заявляемого способа.The technical result is observed when using a mixture of K ₂ CO ₃ and Na ₂ CO ₃ for the decomposition of calcium borate, taken in a ratio of 1: 20-1: 10. The implementation of the decomposition of calcium borate with a mixture of sodium and potassium carbonates at a ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ lower than 1:20 does not allow to obtain carbonate-metaborate solutions with improved electrochemical characteristics. In this case, the electrochemical oxidation of carbonate-metaborate solutions occurs at an increased energy consumption. Therefore, the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:20 is taken as the lower limit of the proposed method.

Повышение соотношения К₂СО₃:Na₂СО₃ в смеси карбонатов, используемых для разложения бората кальция, сверх 1:10 приводит к значительному повышению электропроводности карбонат-метаборатного раствора, что позволяет значительно снизить напряжение на электродах. Однако, использование таких растворов в электросинтезе пербората натрия становится практически невозможным из-за резкого снижения выхода по току пербората натрия, связанного с повышением растворимости образующегося пербората натрия, в результате чего резко снижается выход продукта в кристаллическую фазу и возрастают потери полезно затраченного электричества.An increase in the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ in the mixture of carbonates used for the decomposition of calcium borate in excess of 1:10 leads to a significant increase in the electrical conductivity of the carbonate-metabolite solution, which can significantly reduce the voltage at the electrodes. However, the use of such solutions in the electrosynthesis of sodium perborate becomes practically impossible due to a sharp decrease in the current efficiency of sodium perborate, associated with an increase in the solubility of the resulting sodium perborate, resulting in a sharp decrease in the yield of the product in the crystalline phase and increased losses of useful electricity.

В связи с этим, значение соотношения К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:10 принято за верхний предел предлагаемого способа.In this regard, the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:10 is taken as the upper limit of the proposed method.

Практическое осуществление предлагаемого способа иллюстрирует следующий пример. The practical implementation of the proposed method is illustrated by the following example.

П р и м е р 1 (опыт 1). Борат кальция подается на разложение смесью карбонатов (К₂СО₃ и Na₂СО₃), взятых в соотношении: 1 мас.ч. К₂СО₃ и 20 мас. ч. Na₂СО₃. Разложение ведут при 90^оС при перемешивании в течение 0,5 ч. Полученный в результате разложения карбонат-метаборатный раствор подвергается электрохимическому окислению на титано-платиновых анодах при плотности тока 0,4 А/см². Образовавшийся в результате электроокисления перборат натрия выкристаллизовывают при 10-12^оС, фильтруют, сушат, определяют выход по току пербората натрия, фиксируют напряжение на электролизере и рассчитывают удельный расход электроэнергии на процесс. За 40 ч непрерывной работы выход по току составляет 51,5% при этом напряжение на электролизере не превышает 4,35 В, что соответствовало расходу электроэнергии на процесс 3619 кВт·ч/т.PRI me R 1 (experiment 1). Calcium borate is supplied for decomposition with a mixture of carbonates (K ₂ CO ₃ and Na ₂ CO ₃ ), taken in the ratio: 1 wt.h. To ₂ CO ₃ and 20 wt. including Na ₂ CO ₃ . Decomposition was carried out at 90 ^{° C} with stirring for 0.5 hours. The resulting decomposition metaboratny carbonate solution undergoes electrochemical oxidation at the titanium-platinum anodes at a current density of 0.4 A / cm ^2. The resulting electrooxidation sodium perborate crystallized at 10-12 ^{° C,} filtered and dried to determine the current efficiency of sodium perborate, fixed cell voltage and calculated specific energy consumption in the process. For 40 hours of continuous operation, the current efficiency is 51.5%, while the voltage on the cell does not exceed 4.35 V, which corresponded to the power consumption for the process 3619 kW · h / t.

П р и м е р ы 2-8 (опыты 2-8). Получение пербората натрия из бората кальция осуществляют в условиях аналогичных условиям примера 1 при изменяющихся значениях соотношения К₂СО₃:Na₂СО₃ в смеси, используемой для разложения бората кальция.PRI me R s 2-8 (experiments 2-8). Obtaining sodium perborate from calcium borate is carried out under conditions similar to the conditions of example 1 with varying values of the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ in the mixture used to decompose calcium borate.

П р и м е р 2. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:18.PRI me R 2. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in a ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:18.

П р и м е р 3. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:16.PRI me R 3. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:16.

П р и м е р 4. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:14.PRI me R 4. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:14.

П р и м е р 5. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:12.PRI me R 5. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in a ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:12.

П р и м е р 6. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:10.PRI me R 6. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in a ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:10.

П р и м е р 7. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:9.PRI me R 7. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1: 9.

П р и м е р 8. Используют смесь карбоната калия и карбоната натрия в соотношении К₂СО₃:Na₂СО₃ 1:21.PRI me R 8. Use a mixture of potassium carbonate and sodium carbonate in the ratio of K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ 1:21.

Цифровые результаты каждого опыта приведены в таблице. The digital results of each experiment are shown in the table.

Опыт 9 проводят в условиях известного способа (прототип). Выявлено, что для получения пербората натрия из бората кальция по известному способу требуется значительное количество электроэнергии 3763 кВт·ч/т из-за высокого значения напряжения на электролизере 5,4 В и низкого значения выхода по току 50%
Опыты 1-6 проводят в условиях предлагаемого способа при использовании для разложения бората кальция смеси карбоната калия и натрия при определенных их соотношениях, в пределах предлагаемых условий. Опыты показывают, что при получении пербората натрия из бората кальция, путем разложения последнего смесью карбонатов калия и натрия и последующим электрохимическим окислением карбонат-метаборатных растворов, достигаются более высокие значения выхода по току (51,5-51,8%) в сравнении с известным способом (50,0%), низкие значения напряжения на электродах (5,35-4,6 В) в сравнении с известным (5,4 В), что позволяет затрачивать на процесс меньшее количество электроэнергии: 3619-3206 кВт·ч/т против 3763 кВт·ч/т по известному способу.Experience 9 is carried out in the conditions of a known method (prototype). It was found that to obtain sodium perborate from calcium borate by a known method, a significant amount of electricity is required 3,763 kWh / t due to the high voltage value on the electrolytic cell of 5.4 V and the low current efficiency value of 50%
Experiments 1-6 are carried out under the conditions of the proposed method when using a mixture of potassium carbonate and sodium for the decomposition of calcium borate at certain proportions within the proposed conditions. Experiments show that when sodium perborate is obtained from calcium borate, by decomposing the latter with a mixture of potassium and sodium carbonates and the subsequent electrochemical oxidation of carbonate-metaborate solutions, higher current efficiencies (51.5-51.8%) are achieved in comparison with the known method (50.0%), low voltage values on the electrodes (5.35-4.6 V) in comparison with the known (5.4 V), which allows you to spend less electricity on the process: 3619-3206 kWh / t against 3763 kW · h / t by a known method.

Таким образом, в пределах предлагаемого способа достигается снижение энергозатрат на процесс получения пербората натрия электрохимическим путем. Thus, within the proposed method, a reduction in energy consumption for the process of producing sodium perborate is achieved by the electrochemical method.

Осуществление разложения бората кальция при более низком соотношении смеси К₂СО₃:Nа₂СО₃ или более высоком, чем предлагаемые, не позволяет снизить энергозатраты на процесс при электрохимическом окислении полученных в данном случае карбонат-метаборатных растворов (опыты 7 и 8), т.е. на выходе за пределы предлагаемых условий технический результат не достигается.The decomposition of calcium borate at a lower ratio of the mixture K ₂ CO ₃ : Na ₂ CO ₃ or higher than the proposed ones does not allow to reduce the energy consumption for the process during electrochemical oxidation of the carbonate-metabolite solutions obtained in this case (experiments 7 and 8), t .e. on going beyond the proposed conditions, the technical result is not achieved.

В сравнении с известным способом, предлагаемый способ позволяет снизить расход электроэнергии на процесс в количестве 144-557 кВт·ч/т. In comparison with the known method, the proposed method allows to reduce the energy consumption for the process in the amount of 144-557 kW · h / t.

Claims

A method of producing sodium perborate, including the decomposition of calcium borate with sodium carbonate, separation of the precipitate of calcium carbonate and the electrochemical oxidation of the resulting carbonate-metabolite solution, characterized in that the decomposition of calcium borate is carried out with a mixture of sodium carbonate with potassium carbonate at a mass ratio of potassium carbonate to sodium carbonate 1 10 20 .