Способ получения дитионита кальция

 

Изобретение относится к области технологии производства химических веществ, а точнее к способам получения дитионита кальция. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что процесс проводится путем электролиза в двухкамерном диафрагменном электролизере, в котором в анодное пространство заливают 20%-ный раствор хлористого кальция, а в катодное - дистиллированную воду. При этом снизу вверх для полного перемешивания раствора и увеличения выхода целевого продукта подается сернистый ангидрид, а затем задается плотность тока 800-1000 А/м и напряжение 15 В при температуре 18-20°С в течение 1 часа. Технический результат - экономичность и доступность способа вследствие утилизации многотоннажных отходов содовой промышленности. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области технологии производства химических веществ, а точнее к способам получения дитионита кальция.

Изобретение может быть использовано в фармацевтической, текстильной и металлургической промышленности в качестве восстановителя при синтезе кубовых красителей, при вытравном печатании, в процессе отбеливания и для поглощения кислорода при газовом анализе.

Известен электрохимический способ получения дитионита натрия с применением хлористого натрия Известен также электрохимический способ получения дитионита натрия с применением 20%-ного раствора едкого натра (Бейдин В.К. - В кн.: Тезисы докладов и сообщений Всесоюзного отраслевого научно-технического совещания по производству хромовых соединений, сульфитных солей и сернистого натрия. УНИХИМ, Свердловск, 1970).

Способ связан с большими затратами едкого натра в процессе, что влияет на стоимость продукта.

Сущность способа в восстановлении сернистого ангидрида ионами натрия на катоде при электролизе электролита, содержащего натрий, причем в катодном пространстве образуется дитионит натрия в виде раствора или пульпы.

Отходом производства является газообразный хлор, поэтому проведение электрохимического способа целесообразно только на тех предприятиях, где имеется потребитель хлора.

В известных способах недостатком является то, что они не находят распространения из-за сложности и дороговизны.

Проведенный поиск по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, содержащий сведения о получении дитионита кальция.

Задача предлагаемого изобретения - получение дитионита кальция.

Технический результат - экономичность и доступность способа вследствие утилизации многотоннажных отходов содовой промышленности.

При этом нами прослеживается химизм процессов, протекающих на электродах и в электролизере.

Указанный технический результат достигается тем, что процесс проводится путем электролиза в двухкамерном диафрагменном электролизере насыщенного раствора хлористого натрия при охлаждении до 5-10^oC, катодной плотности тока 1,1 кА/м².

Особенность заключается в том, что процесс проводят при плотности тока 800-1000 А/м² при температуре 18-20^oC в течение 1-2 часов.

Кроме того, особенность способа также в том, что в качестве исходного продукта берут хлористый кальций, который преобразуется в гидроксид кальция, затем избытком сернистого ангидрида нейтрализуется с образованием гидросульфита кальция и при низких катодных плотностях тока восстанавливается до дитионита кальция.

В катодное пространство приливают 100 мл дистиллированной воды, в анодное - 20%-ный раствор хлорида кальция. В течение 3-5 минут в катодное пространство снизу вверх через трубку подается сернистый ангидрид для насыщения католитов. Таким образом происходит полное перемешивание раствора, за счет чего увеличивается выход целевого продукта, а затем задается плотность тока от 500 до 1200 А/м² и напряжение 15 В. В ходе электролиза из анодного пространства через катионитовую мембрану в катодное пространство переходят ионы кальция, где с гидроксид-ионами образуют гидроксид кальция (Ca²⁺+ 2OH^-__→ Ca(OH)₂). Образующийся гидроксид кальция нейтрализуется избытком сернистого ангидрида с образованием гидросульфита кальция: Ca(OH)₂+ 2SO₂ __→ Ca(HSO₃)₂. Гидросульфит кальция при низких катодных плотностях тока 600-1000 А/м² восстанавливается до дитионита кальция На аноде протекает окислительные процессы с образованием газообразного хлора: 2Cl^-- 2e^-__→ 2Cl __→ Cl₂. Суммарная реакция, протекающая в электролизере выглядит следующим образом: CaCl₂+ 2SO₂+ 2H₂O __→ CaS₂O₄·2H₂O + Cl₂. Продолжительность экспериментальных опытов 1-2 часа. Нами были определены зависимости выхода по току продукта реакции от плотности тока и продолжительности процесса. Эти данные приведены в таблице и на чертеже.

Проведение опытов при более низких плотностях тока (меньше 500 А/м²) дает очень малые выходы по току. Выходы по току дитионита кальция при значениях плотностей тока больше 500 А/м² становятся более заметными (выше 80%). В ходе электролиза через 15-20 минут в катодном пространстве уже видно заметное образование белого осадка дитионита кальция.

Из приведенных в таблице данных видно, что наибольшие выходы по току дитионита кальция наблюдаются при плотность тока 800-1000 А/м², продолжительность процесса - 1 час. Увеличение продолжительности электролиза ведет к уменьшению выходов по току. Непрореагировавший избыток сернистого газа по специальной трубке от катодного пространства отводится в поглотительной щелочной раствор, где он нейтрализуется. Образующийся в ходе электролиза в анодном пространстве газообразный хлор отводится в стакан с раствором йодистого калия, где тоже нейтрализуется до хлористого калия.

Надо заметить, что дитиониты щелочных и щелочноземельных металлов относительно нестойкие соединения.

При хранении на открытом воздухе, при температурах выше 25^oC они быстро окисляются и превращаются в тиосульфаты и др. соединения. Из литературных источников известно также, что в ходе получения дитионита натрия без перемешивания электролита образующийся дитионит может далее гидролизоваться с образованием тиосульфатов по схеме В результате этой реакции в католите появляется тиосульфат, катализирующий разложение дититонита натрия. Поэтому, процесс проводят при более высоких плотностях тока и при перемешивании.

Установлено, что при повышении температуры электролита от 10 до 25^oC скорость разложения дитионита увеличивается в 3-5 раз. Для увеличения выхода продукта по току нами в католит пропускался сернистый ангидрид под давлением из баллона. Этим самым мы достигаем в определенной степени перемешивания раствора. После окончания опыта мы проводили объемный анализ для определения концентрации дитионита кальция, результаты которых приведены в табл. 1. Установлено, что в наших условиях эксперимента в течение 2 часов процесса в 100 мл электролита образуется 3,5-5 г дитионита кальция, что составляет 85-95% выхода по току. В пересчете на 1 л электролита получается 35-50 г дитионита кальция.

По ходу электролиза в течение 1-2 часов при комнатной температуре некоторая часть образующихся дитионитов гидролизуется с получением тиосульфата кальция. Количество тиосульфатов мы определяем по известной методике. Тиосульфат кальция также является хорошим восстановителем.

Заявленный способ получения дитионита кальция экономически выгоден, прост и доступен в исполнении, не требует, специального образования, может иметь широкое распространение в фармацевтической, текстильной и металлургической промышленности в качестве восстановителя при синтезе кубовых красителей, при вытравном печатании, в процессах отбеливания и для поглощения кислорода при газовом анализе.

Формула изобретения

Способ получения дитионита кальция, заключающийся в том, что процесс ведут путем электролиза хлорида кальция при катодной плотности тока 800 - 1000 А/м² и температуре 18 - 20^oC с подачей сернистого ангидрида снизу вверх для насыщения католита.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2