[发明专利]氯酸的生产

说明书

本发明涉及氯酸（HClO₃）的生产。

通常二氧化氯是通过在酸性水溶液反应介质中还原一种金属的氯酸盐（通常为氯酸钠）来生产的。在使用氯酸钠时，需要存在一种起补偿作用的阴离子并同时生成含该种阴离子的副产品钠盐。例如，用氯酸钠、氯化钠和硫酸在一起反应，该反应可用下式来表达：

很早就已有人提出（例如美国专利US2，811，420）用氯酸代替金属的氯酸盐来生产二氧化氯，这是考虑到这样的事实，即这种反应不存在要求对它进行补偿的金属阳离子，例如氯酸与盐酸的反应，它将产生二氧化氯、氯和水而不产生其他副产品，该反应按下式进行：

然而，尽管这是一个明显的优点，但由于要先生产氯酸，因而使得该方法在工业上是不可取的。一个已知的制备方法包括用氯酸钡与硫酸按下式进行反应：

这一方法是十分不切实际的，并且它所带来的新问题，特别是硫酸钡的处置问题，要比它所能克服的问题来得严重。

过去还有人提出（美国专利US3，695，839和3，810，969），借助阳离子交换树脂来制取氯酸。但是这类方法需要定期地再生离子交换树脂，这样它又产生了一种需要处置的物流。同时离子交换树脂不够稳定并且其本身也是昂贵的。

根据本发明，使用一种3室或4室的电解槽装置，通过一种电解-电渗析的方法来制取氯酸。

本发明提供了一种包含几个步骤的生产氯酸的方法。把一种氯酸盐水溶液加入所说的电解-电渗析槽中。在该槽的一个极室通过电解生成氢离子，而氯酸根离子则从进料的氯酸盐水溶液中通过一块阴离子交换膜进入上述的极室并在其中形成氯酸。将氯酸从该极室排出。在电解槽的另一个极室通过电解生成氢氧根离子，而氯酸盐的阳离子则从进料的氯酸盐水溶液中通过一块阴离子交换膜进入所说的另一个极室并在其中形成了该种阳离子的氢氧化物。将这种氢氧化物水溶液从所说的另一个极室排出。所说的氯酸盐水溶液通常是氯酸钠水溶液，这样生成的氢氧化物就是氢氧化钠。

在本发明的另一个实施方案中，利用一单个单元的电解-电渗析槽来制取氯酸。在此实施方案中，氯酸在电解槽的阳极室生成，而氢氧化物水溶液在电解槽的阴极室生成，氯酸钠水溶液从中间室加入，该中间室处于阳极室和阴极室之间并相应地被阴离子交换膜与阳离子交换膜将其与这两个极室分隔开。氧气伴随氯酸在阳极室生成并通过出气口排出，而氢气则伴随氢氧化物水溶液在阴极室生成并通过出气口排出。放出的氢气可以用作燃料。

因此，在该实施方案中总的电解槽反应可用下式表达：

可用一块阳离子交换膜把阳极室分隔成两个分室，第1分室邻接可让氯酸根离子通过的阴离子交换膜，而第2分室则为装有阳极的分室。在此装置中，通过电解生成的氢离子从它本身生成的第2分室进入第1分室，并在其中与通过阴离子交换膜进来的氯酸根一起形成氯酸，生成的氯酸产品从该第1分室中排出。伴随氢离子一起产生的氧气从第2分室的出气口排出。

使用如上所述的，阳极室被分隔成两个分室的这种电解装置，可以避免出现氯酸根离子被电解生成高氯酸根的任何可能性。

在本发明的另一个实施方案中，利用一个包含多个电解单元的装置来生产氯酸，每一个单元都被一种双极性（bipolar）隔膜将其与相邻的单元分隔开。这种双极性隔膜的一侧为阴离子表面，另一侧为阳离子表面，其阴离子表面向着电解槽的一个极室，而阳离子表面则向着相邻电解槽的另一个极室。氯酸钠水溶液从中间室进入，该中间室处于每一个电解槽中所说的一个极室与另一个极室之间并相应地被阴离子交换膜与阳离子交换膜将其与这两个极室分隔开。

在使用被双极性隔膜分隔成多个电解单元的组合装置中，不管在任何一个极室中皆没有气体放出。这时总的反应过程可用下式表达：