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DE4326539A1 - Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten

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Publication number
DE4326539A1
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DE
Germany
Prior art keywords
ammonia
peroxodisulfates
preparation
alkali
solutions
Prior art date
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Withdrawn
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DE4326539A
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English (en)
Inventor
Wolfgang Dr Habermann
Joachim Dr Meyer
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/28Per-compounds
    • C25B1/29Persulfates

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, Alkalilaugen und Peroxodisulfaten aus neutralen Ammonium- oder alkalisulfathaltigen Lösungen in einer durch eine Kationenaustauschermembran zweigeteilten Elektrolysezelle durch Oxidation der Sulfatlösungen an der Anode in Gegenwart von Thio­ cyanaten, Rhodanwasserstoffsäure, Dirhodan und organischen Stick­ stoff-Kohlenstoff-Schwefelgruppen-haltigen Verbindungen und/oder stickstoffhaltigen Heteroaromaten, wobei die Ammonium- oder Alkalikationen mit hohen Stromausbeuten in den Kathodenraum über­ führt werden und Ammoniak oder Alkalilaugen bilden.
Bei der Herstellung von Peroxodisulfaten sind Sulfatgehalte von 250 g/l erforderlich, um Stromausbeuten von < 50% zu erreichen, wodurch maximal 70% des eingesetzten Sulfates umgesetzt werden können. Die anodische Oxidation der Sulfate zu Peroxosulfaten kann nur an glatten Platinelektroden und nicht an Metalloxidelek­ troden mit wirtschaftlichen Stromausbeuten durchgeführt werden. In verdünnten Natriumsulfatlösungen von 20 Gew.-% werden Peroxo­ sulfate je nach Temperatur auch an Platinanoden nur mit Stromaus­ beuten von 5% erhalten. Eine Ausnahme bilden verdünnte Kalium- und Ammoniumsulfatlösungen, in denen Peroxidsulfate mit Stromaus­ beuten bis zu 18% erzeugt werden können. In der chemischen Industrie bestehen die meisten Abwässer in der Regel aus verdünn­ ten Natriumsulfatlösungen oder sind schwefelsäurehaltig, so daß es bisher nicht möglich war Peroxosulfate mit hohen Stromaus­ beuten und gleichzeitig Alkalilaugen oder Ammoniak zu erzeugen und dadurch Sulfatlösungen oder Abwässer kostengünstig aufzuar­ beiten. Die Elektrolyse von sauren Lösungen oder Abwässern führt durch die Hydroniumionenwanderung in der Kationenaustauschermem­ bran zu niedrigen Stromausbeuten für die Alkali- und Ammonium­ ionenübertragung und wird damit unwirtschaftlich. Bei der Elek­ trolyse von neutralen Natriumsulfatlösungen, deren Wirtschaft­ lichkeit hohe Stromausbeuten für die Ammonium- oder Alkaliüber­ tragung erfordert, können, bedingt durch die niedrigen Tem­ peraturen von +35°C für die Peroxodisulfatbildung nur max. 20gew.-%ige Natriumsulfatlösungen eingesetzt werden. Hierdurch sinken die Stromausbeuten für die Peroxodisulfatbildung unter 5%, da der Sulfatgehalt nicht ausreichend ist. Zusätze an den bekannten potentialerhöhenden Substanzen wie Fluorwasserstoff­ säure, Salzsäure, Thioharnstoff, Cyaniden und Rhodaniden, die in Konzentrationen von 1500 ppm in der Sulfatlösung verwendet werden; ergeben keine ausreichenden Stromausbeuten und bedingen erhebliche Korrosionsprobleme an den Anoden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Ammoniak oder Alkali­ laugen und Peroxodisulfate aus niedrig konzentrierten Sulfat­ lösungen mit hohen Stromausbeuten und geringem Energieaufwand kostengünstig zu erzeugen und damit auch hoch konzentrierte Sulfatlösungen weitgehend umsetzen zu können, so daß der Rest­ sulfatgehalt in der Peroxodisulfatlösung nach der direkten elek­ trochemischen Umsetzung möglichst gering ist.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Ammonium- oder Alkalisulfate im Anodenraum einer durch eine Kationenaustauschermembran zweigeteilten Elektrolysezelle mit einer glatten Platinanode, die eine hohe Sauerstoffüberspannung aufweist, elektrolysiert und die Elektrolyse der sulfathaltigen Lösungen oder Abwässer in Gegenwart von Thiocyanaten und/oder Rhodanwasserstoffsäure und/oder Dirhodan und Thioamiden und/oder Thioaldehyden und/oder Thiocarbonsäuren und/oder Thiocarbonsäure­ estern und/oder Thioalkanolen und/oder Thioketalen und/oder Dithioverbindungen und/oder stickstoffhaltigen Heteroaromaten durchführt.
Als Anodenmaterialien mit hoher Sauerstoffüberspannung kommen vorzugsweise glattes Platin auf Trägermaterialien aus Titan, Niob oder Tantal oder Platin auf Trägern aus Legierungen dieser Metalle in Betracht. Besonders bevorzugt ist glattes Platinblech auf Tantal oder Niob-Tantal-Legierungen.
Zur Bildung von Peroxosulfaten mit wirtschaftlichen Stromausbeu­ ten bei niedrigen Sulfatgehalten von < 20% bei der Verwendung von sulfathaltigen Lösungen und Abwässern sind Inhibitor-Kombina­ tionen bestehend aus Thiocyanaten und/oder Rhodanwasserstoffsäure und/oder Dirhodan mit den in Anspruch 1 beanspruchten erfindungs­ gemäßen Zusätzen unbedingt erforderlich.
Die Thiocyanate werden in Form ihrer Kalium-, Natrium- oder Ammoniumsalze verwendet, während die Rhodanwasserstoffsäure als wäßrige Lösung eingesetzt wird.
Als Thioamide können Thioformamid, Thioharnstoff und Thiosemi­ carbazid verwendet werden.
Geeignete Thioaldehyde sind solche, die man aus Aldehyden und Schwefelwasserstoff herstellt.
Als Thiocarbonsäuren, Thiocarbonsäureesther, Thioalkanole oder Thioketale sind bevorzugt aliphatische C₁ bis C₄-Verbindungen geeignet, während man als Dithioverbindungen Thiokohlensäure und/oder Dimercaproalkanole verwendet.
Vorteilhafte organische Thioverbindungen sind die Abkömmlinge der Thiokohlensäure wie z. B. Thioharnstoff, Thiosemicarbazid, Thio­ carbohydrazid, Bis-thioharnstoff, Thiosemicarbazon, Dithizon und S-Alkyl-isothiuroniumsalze, wobei sich Thiosemicarbazid als be­ sonders geeignet erwiesen hat.
Neben diesen Verbindungen können Thioglykole, Thiomorpholin, Thio­ ether, Thiocyansäure, Thiocyansäureester, Thiocarbonsäureester und Rhodanin eingesetzt werden.
Als stickstoffhaltige Heteroaromate sind z. B. Pyridin und/oder Derivate des Pyridins und/oder kondensierte Ringsysteme des Pyridins und/oder Pyrimidin und/oder Pyrimidinderivate und/oder Pyridazinderivate und/oder Pyrazin und/oder Pyrazinderivate und/oder Pyrazon und/oder Pyrazonderivate geeignet. Bevorzugt kommen die benzolkondensierten Ringsysteme des Pyridins, oder ihre Abkömmlinge, wie z. B. Chinolin, Isochinolin, 1,2-Dihydro­ chinolin, Chinolin-8-Sulfonsäure, Aminochinoline, 3-Chlorchino­ lin, Chinolinsäure und Hydrochinoline in Betracht.
Weiterhin sind chlorierte Derivate des Pyridins und/oder Chino­ lins und/oder Pyrimidins und/oder Pyridazins und/oder Pyrazins und/oder Pyrazons in Kombination mit Thiocyanaten und/oder Dirhodan und/oder anderen organischen Thioverbindungen verwend­ bar, wobei man den Sulfatlösungen zusätzlich geringe Mengen an Chloriden zusetzen kann.
Zum Schutz der Anode und zur Verminderung der Korrosion des Platins verwendet man die chlorierten Derivate des Pyridins und/oder Pyrimidins und/oder Pyridazins und/oder Pyrazins und/oder Pyrazons in Kombination mit Hexamethylentetramin und Thiocyanaten und/oder Rhodanwasserstoffsäure und/oder Dirhodan.
Das Hexamethylentetramin kann auch in Kombination mit allen anderen beanspruchten Inhibitorzusätzen verwendet werden, da es zu einer Verminderung der Platinverluste führt.
Die Konzentration an Thiocyanaten und/oder Rhodanwasserstoffsäure und/oder Dirhodan in der Sulfatlösung oder im Abwasser kann 0,5 bis 2000 ppm, vorzugsweise 50 bis 800 ppm betragen. Zur Stabili­ sierung der Stromausbeute kann diese Konzentration während der Elektrolyse kontinuierlich durch Thiocyanate und/oder Rhodan­ wasserstoffsäure und/oder Dirhodan ergänzt werden.
Der Zusatz an Stickstoff-Kohlenstoff-Schwefelgruppen-haltigen organischen Verbindungen und/oder stickstoffhaltigen Heteroaroma­ ten sollte zwischen 10 und 2000 ppm, vorzugsweise 50 bis 500 ppm liegen und während der Elektrolyse kontinuierlich ergänzt werden. Der Ammonium- oder Alkalisulfatgehalt des Elektrolyten kann 5 bis 44 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 22 Gew.-% bei Alkalisulfaten und 5 bis 44 Gew.-% bei Ammoniumsulfat betragen. Besonders günstig sind Sulfatkonzentrationen zwischen 8 und 20 Gew.-% bei Alkalisulfat- und 8 bis 40 Gew.-% bei Ammoniumsulfatlösungen.
Geeignete Kathodenmaterialien sind Elektroden, die eine niedrige Wasserstoffüberspannung aufweisen. Es kommen mit Platinmetallen und/oder Platinmetallmischoxiden dotiertes Titan oder Nickel oder dotiertes Kupfer oder dotiertes metallisches Silber in Betracht. Bevorzugt eignet sich mit Raney-Nickel beschichtetes Nickel sowie auch mit Eisen-Nickel oder Eisen-Kobaltlegierungen beschichtetes Eisen oder Nickel gemäß DPB 3102306. Die Wasserstoffüberspannung der Kathoden sollte weniger als 200 mV, vorzugsweise 10 bis 80 mV betragen, um Energiekosten zu sparen.
Zur Trennung des Anoden- und Kathodenraumes der Elektrolysezelle werden Kationenaustauschermembranen oder Diaphragmen verwendet. Als Kationenaustauschermembranen werden bevorzugt Polymere auf Basis von perfluorierten Olefinen oder Copolymere aus Tetrafluor­ ethylen mit ungesättigten perfluorierten Ethern oder Copolymere aus Styrol und Divinylbenzol verwendet, die als ladungstragende Gruppen Sulfonsäure- und Carboxylgruppen oder nur Sulfonsäure­ gruppen enthalten. Kationenaustauschermembranen, die nur Sulfon­ säuregruppen enthalten, sind wesentlich beständiger gegenüber Einlagerungen und Verschmutzungen durch mehrwertige Kationen und daher bei Verwendung sulfathaltiger Prozeß- und Abwässer bevor­ zugt geeignet.
Zur Trennung des Anoden und Kathodenraumes können auch Diaphrag­ men verwendet werden. Geeignete Diaphragmen sind solche aus hydrophilierten perfluorierten und/oder perchlorierten Kunst­ stoffen oder Sinterkeramik auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid. Bevorzugt eignen sich Diaphragmen, die aus Polymeren auf der Basis von perfluorierten Olefinen bestehen und mit Zirkonoxid hydrophiliert sind.
Die elektrochemische Synthese der Peroxodisulfate und des Ammoniaks bzw. der Alkalilaugen kann kontinuierlich oder im Batchbetrieb durchgeführt werden. Beim kontinuierlichen Betrieb werden die Elektrolysezellen als Kaskade in Reihe geschaltet. Die elektrochemische Umsetzung der neutralen Ammonium- oder Alkalisulfatlösungen führt man bevorzugt in der Weise durch, daß die Elektrolysezelle als kontinuierliche Kaskade betrieben wird, wobei die Sulfatlösung oder das sulfathaltige Abwasser die Anodenräume über die gesamte Kaskade durchströmt. Zur Stabili­ sierung der Stromausbeute werden in verschiedenen Abschnitten der Kaskade kontinuierlich die beanspruchten Zusatzstoffe zudosiert. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man der Sulfatlösung oder dem sulfathaltigen Abwasser im letzten Drittel der Kaskade keine Zusatzstoffe wie Thiocyanate, Rhodanwasserstoffsäure, Dirhodan und organische Stickstoff-Kohlenstoff-Schwefelverbindun­ gen oder Heteroaromaten zusetzt. Bei dieser Betriebsweise erhält man reine Peroxosulfate, die keine Verunreinigungen durch Inhibi­ toren enthalten. Auf der Kathodenseite verwendet man bevorzugt verdünnte Alkalilaugen als Zulauf zur Kaskade. Neben Alkalilaugen kann auch wäßrige Ammoniaklösung als Leitelektrolyt eingesetzt werden. Die Zulaufkonzentrationen zur Kaskade können 0,25 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 8 Gew.-% betragen. Als Ablaufkonzen­ tration sind 5- bis 40gew.-%ige Lösungen, vorzugsweise 8- bis 30gew.-%ige Lösungen geeignet.
Die Anoden und Kathoden, an denen sich Gase entwickeln, kann man in Form von Gasliftelektroden verwenden. Bei diesen Elektroden werden die Auftriebskräfte genutzt, die sich im Elektrolyten durch die Gasbeladung einstellende Dichteunterschiede gegenüber den gasfreien Elektrolyten einstellen. Die Auftriebskräfte werden durch konstruktive Gestaltung der Elektroden und Umlaufsysteme so gelenkt, daß eine gerichtete Elektrolytströmung mit minimalem Gasanteil im Elektrodenraum entsteht. Die Strömungsgeschwindig­ keiten sollten 0,15 m/s und 10 m/s, vorzugsweise 2 bis 5 m/s betragen. Besonders günstig ist dabei die Unterteilung der Elek­ trodenzwischenräume in vertikale, vom Elektrolyten durchströmte Kanäle. Auf diese Weise wird eine Minimierung des gasblasenbe­ dingten Spannungsabfalls erreicht.
Die Elektrolyse der Ammonium- oder Alkalisulfatlösungen kann bei Stromdichten von 0,3 bis 25 kA/m² durchgeführt werden. Vorzugs­ weise arbeitet man bei Stromdichten von 1 bis 8 kA/m².
Die Temperatur bei der elektrochemische Synthese sollte -5 bis 45°C, vorzugsweise 10 bis +30°C betragen. Es ist aber auch mög­ lich, insbesondere bei höheren Sulfatkonzentrationen die Elektro­ lyse mit den beanspruchten Zusatzstoffen bei höheren Temperaturen durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur elek­ trochemischen Umsetzung von neutralen oder schwach alkalischen Lösungen oder sulfathaltigen Abwässern, die Ammonium- oder Alkalisulfate enthalten, zu Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten. In Gegenwart von Thiocyanaten und/oder Rhodan­ wasserstoffsäure und/oder Dirhodan und Thioamiden und/oder Thio­ aldehyden und/oder Thiocarbonsäuren und/oder Thiocarbonsäuree­ stern und/oder Thioalkanolen und/oder Thioketalen und/oder Dithioverbindungen und/oder stickstoffhaltigen Heteroaromaten erhält man in verdünnten sowie in hochkonzentrierten Lösungen hohe Stromausbeuten für die Peroxodisulfat- und Ammoniak- oder Alkalilaugen-Bildung. Mit der beanspruchten Kombination von Inhibitoren, die in wesentlich geringeren Konzentrationen einge­ setzt werden können, ist es möglich, verdünnte neutrale Ammonium- oder Alkalisulfatlösungen wirtschaftlich zu Ammoniak, Alkali­ laugen und Peroxodisulfaten und hoch konzentrierte Lösungen weit­ gehend umzusetzen, so daß die erzeugten Peroxodisulfatlösungen nur geringe Restsulfatgehalte aufweisen.
Beispiel 1
In einer zweigeteilten Elektrolysezelle, deren Anoden- und Kathodenraum durch eine Kationenaustauschermembran vom Typ Neosepta CMH/2 (Tokuyama Soda) getrennt ist, wird eine Anode aus Platinblech auf einem Tantalträger und eine Kathode aus Nickel eingebaut.
Im Kathodenraum der Elektrolysezelle wird wäßrige 5gew.-%ige Natronlauge eingesetzt, während im Anodenraum die folgenden Elektrolyte getestet werden:
  • 1. 15gew.-%ige wäßrige Natriumsulfatlösung
  • 2. 15gew.-%ige wäßrige Natriumsulfatlösung + 500 ppm Natrium­ thiocyanat
  • 3. 15gew.-%ige wäßrige Natriumsulfatlösung mit 500 ppm Natrium­ thiocyanat und 100 ppm Thioharnstoff
  • 4. 15gew.-%ige wäßrige Natriumsulfatlösung mit 500 ppm Natrium­ thiocyanat + 100 ppm Thiosemicarbazid
  • 5. 11gew.-%ige wäßrige Kaliumsulfatlösung
  • 6. 11gew.-%ige wäßrige Kaliumsulfatlösung mit 500 ppm Kalium­ thiocyanat
  • 7. 11gew.-%ige wäßrige Kaliumsulfatlösung mit 500 ppm Kalium­ thiocyanat und 100 ppm Thioharnstoff
  • 8. 15gew.-%ige Ammoniumsulfatlösung
  • 9. 15gew.-%ige Ammoniumsulfatlösung mit 500 ppm Ammoniumthio­ cyanat
  • 10. 15gew.-%ige Ammoniumsulfatlösung + 500 ppm Ammoniumthiocyanat + 100 ppm Thioharnstoff
  • 11. 15gew.-%ige Ammoniumsulfatlösung mit 500 ppm Thiocyanat und 100 ppm Thiosemicarbazid.
Die Elektrolyse der Elektrolyte wird unter den folgenden Prozeß­ bedingungen durchgeführt:
- Temperatur
+28 bis 30°C
- anodische Stromdichte 5 kA/m²
- Stromangebot 30 Ah/l
- Strömungsgeschwindigkeit an der Anode 1,2 m/s
Nach der Elektrolyse wurden in den einzelnen Elektrolyten die aufgeführten Gehalte an S₂O₈⁻⁻ und Stromausbeuten ermittelt:
Aus den Ergebnissen wird deutlich, daß ohne Zusätze bei der Elek­ trolyse verdünnter, neutraler Natriumsulfatlösungen kaum Peroxo­ verbindungen entstehen (Versuch 1), während in Ammonium- und Kaliumsulfatlösungen Peroxoverbindungen mit Stromausbeuten von 20% erhalten werden (Versuche 5 und 8). Die Zusätze von Thio­ cyanat führen zu einer Erhöhung der Stromausbeute in der Natrium­ sulfatlösung auf 30% (Versuch 2) in der Kaliumsulfatlösung auf 33% (Versuch 6) und in der Ammoniumsulfatlösung auf 32% (Ver­ such 9), während der gleichzeitige Zusatz von Thioharnstoff oder Thiosemicarbazid Stromausbeuten von 50% für die S₂O₈⁻⁻-Bildung ergibt (Versuche 3, 4, 7, 10 und 11).
Verwendet man an Stelle einer Platinanode Elektroden aus Zinn­ dioxid, Bleidioxid und Mangandioxid erhält man ohne Zusätze zu den Elektrolyten sowie mit den in den Versuchen 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10 und 11 aufgeführten Zusätzen Stromausbeuten für die S₂O₈⁻⁻- Bildung, die deutlich unter 1% liegen.
Dieses Beispiel zeigt, daß Peroxoverbindungen nur an glatten Platinanoden und nicht an Metalloxidelektroden bei Abwesenheit und in Gegenwart von Kohlenstoff-Stickstoff-Schwefelgruppen- haltigen Verbindungen mit technisch interessanten Stromausbeuten gebildet werden.
Beispiel 2
In einer Elektrolysezelle wie in Beispiel 1 wird in den Anoden­ raum 43gew.-%ige Ammoniumsulfatlösung eingesetzt, während als Leitelektrolyt im Kathodenraum wäßrige 5gew.-%ige Natronlauge verwendet wird. Der pH-Wert Lösung beträgt etwa 6.
Die Elektrolyse wird bei einer Zellspannung von 4,1 V und einer Stromdichte von 5 kA/m² Anodenfläche durchgeführt. Im Anodenraum beträgt die Strömungsgeschwindigkeit 1,2 m/s. Die Temperatur wird zwischen +28 und +30°C gehalten. Während der Elektrolyse werden der Sulfatlösung nach unterschiedlichen Stromangeboten Proben entnommen und die Stromausbeuten für die Peroxosulfatbildung und Ammoniakübertragung bestimmt.
In Abhängigkeit vom Stromangebot werden folgende Stromausbeuten für die Peroxodisulfatbildung und Ammoniumionenübertragnng erhal­ ten.
Setzt man der Ammoniumsulfatlösung bei der Oxidation zusätzlich 135 ppm Ammoniumthiocyanat zu, erhält man folgende Ergebnisse.
Elektrolysiert man die Ammoniumsulfatlösung mit einem Zusatz an 135 ppm Natriumthiocyanat und 100 ppm Thiosemicarbazid, werden folgende Resultate erhalten.
Das Beispiel zeigt, daß der gleichzeitige Zusatz von Thiocyanat und Thiosemicarbazid zu einer wesentlichen Verbesserung der Stromausbeuten bei der elektrochemischen Oxidation führt. Senkt man die Temperatur auf +20 bis +21°C ab, dann erhöhen sich die Stromausbeuten für die Peroxodisulfatgewinnung um 5 bis 8%, während die Stromausbeute für die Ammoniumübertragung um 2 bis 3% sinkt.
Beispiel 3
In einer Elektrolysezelle wie in Beispiel 1 wird 20gew.-%ige Natriumsulfatlösung im Anodenraum eingesetzt.
Im Kathodenraum wird wäßrige 5gew.-%ige Natronlauge als Leit­ elektrolyt verwendet. Die Elektrolyse wird bei einem pH-Wert von 6,2, einer Stromdichte von 5 kA/m² und einer Zellspannung von 4,08 V und einer Temperatur von +28 und +30°C durchgeführt.
Es werden folgende Resultate erhalten.
Elektrolysiert man die Natriumsulfatlösung mit einem Zusatz von 500 ppm Natriumthiocyanat in der Elektrolysezelle, so erhält man in Abhängigkeit vom Stromangebot folgende Ergebnisse.
Aus dem Beispiel wird deutlich, daß der Zusatz von Thiocyanat die Stromausbeute deutlich erhöht.
Setzt man der Sulfatlösung zusätzlich 200 ppm Thiosemicarbazid zu, so ergeben sich folgende Veränderungen in den Stromausbeuten.
Hierbei zeigt sich, daß die Stromausbeute für die S₂O₈⁻⁻-Bildung fast verdoppelt und für den Na⁺-Übertrag zusätzlich erhöht wird.
Steigert man die Strömungsgeschwindigkeit auf 4,3 m/s an der Anode, so ändern sich die Ergebnisse wie folgt.
Bei einer Absenkung der Temperatur auf +15 bis +18°C ergibt sich eine Steigerung der Stromausbeute für die Peroxodisulfatbil­ dung von 5 bis 6%, während die Stromausbeute für die Natrium­ übertragung um 4 bis 5% absinkt.

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten aus Ammonium- oder alkalisulfathaltigen Elektrolyten durch Elektrolyse der Ammonium- oder Alkali­ sulfate im Anodenraum einer durch eine Kationenaustauscher­ membran zweigeteilten Elektrolysezelle mit einer glatten Platinanode, die eine hohe Sauerstoffüberspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man sulfathaltige Lösungen oder Abwässer in Gegenwart von Thiocyanaten und/oder Rhodanwasser­ stoffsäure und/oder Dirhodan und Thioamiden und/oder Thio­ aldehyden und/oder Thiocarbonsäuren und/oder Thiocarbonsäure­ estern und/oder Thioalkanolen und/oder Thioketalen und/oder Dithioverbindungen und/oder stickstoffhaltigen Heteroaromaten elektrolysiert.
2. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anodenmaterial glattes Platinblech auf Titan und/oder Niob und/oder Tantal verwendet wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man neutrale sulfathaltige Lösungen oder Abwässer bei Temperaturen bis zu +45°C elektrolysiert.
4. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man 5- bis 44gew.-%ige ammonium- oder alkalisulfat­ haltige Lösungen oder Abwässer elektrolysiert.
5. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man als Thioamide Thiosemicarbazid und/oder Thio­ formamid und/oder Thioharnstoff verwendet.
6. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß man als Thioaldehyde Verbindungen aus Aldehyden und Schwefelwasserstoff verwendet.
7. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß man als Thiocarbonsäuren, Thiocarbonsäureestern, Thioalkanolen oder Thioketalen aliphatische C₁ bis C₄-Ver­ bindungen verwendet.
8. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß man als Dithioverbindungen Thiokohlensäuren und/oder Dimercaproalkanole verwendet.
9. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als stickstoffhaltige Heteroaromate Pyridin und/oder Derivate des Pyridins und/oder Chinolin und/oder Derivate des Chinolins und/oder kondensierte Ringsysteme des Pyridins und/oder Pyrimidin und/oder Pyrimidinderivate und/oder Pyridazin und/oder Pyridazinderivate und/oder Pyrazon und/oder Pyrazonderivate und/oder Pyrazin und/oder Pyrazinderivate verwendet.
10. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß man die sulfathaltigen Lösungen oder Abwässer in Gegenwart von Natrium- und/oder Kalium- und/oder Ammonium­ thiocyanat und/oder Rhodanwasserstoffsäure und Thiosemicarba­ zid und/oder Thioformamid und/oder Thioharnstoff elektroly­ siert.
11. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Konzentration an Thiocyanat und/oder Rhodan­ wasserstoffsäure und/oder Dirhodan in den sulfathaltigen Lösungen oder Abwässern 3 bis 2000 ppm, vorzugsweise 100 bis 800 ppm beträgt und während der Elektrolyse kontinuierlich ergänzt wird.
12. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anteil der in den Ansprüchen 1 und 5 bis 10 bean­ spruchten Zusatzstoffe 10 bis 1000 ppm, vorzugsweise 50 bis 500 ppm, neben dem Gehalt an Thiocyanat und/oder Rhodan­ wasserstoffsäure und/oder Dirhodan beträgt und während der Elektrolyse kontinuierlich ergänzt wird.
13. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Kathodenraum der Elektrolysezelle oder der Elektrolysezellenkaskade wäßrige 0,25- bis 25gew.-%ige Ammoniaklösung oder Alkalilauge als Leitelektrolyt zugeführt wird.
14. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ablaufkonzentration der Ammoniaklösung oder der Alkalilauge aus dem Kathodenraum der Elektrolysezelle oder Elektrolysezellenkaskade 8 bis 30 Gew.-% beträgt.
15. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stromdichte bei der Elektrolyse 1 bis 8 kA/m² beträgt.
16. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektrolysezellen als Kaskade geschaltet werden, wobei in der letzten Zelle die Zusatzstoffe zur Elektrolyse der Sulfatlösung durch anodische Oxidation eleminiert werden.
17. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Alkalilaugen und Peroxodisulfaten nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß im Anodenraum die Strömungsgeschwindigkeit 1 bis 8 m/s, vorzugsweise 2 bis 4 m/s beträgt.
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