專利名稱：電解金屬鹽制備汞齊的方法
技術領域：
本發明涉及一種電解金屬鹽制備汞齊的方法。
汞齊是汞和堿金屬，堿土金屬和過渡金屬的合金。它們在工業中的應用甚為廣泛。在牙科技術中用钖-銅-貴金屬-汞齊補牙。金和銀的汞齊用于純化含汞的氣體和液體。堿金屬汞齊主要用作化學工業中的還原劑，例如制備堿金屬的醇化物。鈉汞齊是氯-堿電解的重要中間產物。在大的工業規模反應中所用的汞齊量一般由此方法提供。
所需之汞齊通過電解在汞陰極上獲得。堿金屬汞齊一般是氯-堿電解汞齊法的中間產物。該方法中，氯化鈉水溶液經電能分解，生成苛性鈉、氯和氫。
陽極產物氯和陰離產物汞齊分離。汞齊在循環系統中流經后置的所謂分解器，在此汞齊在水溶液中以電解再分解為苛性鈉，同時放出氫。陰極采用汞，陽極一般采用石墨和活化鈦陽極。
這里應特別注意氯與陰極產物氫和苛性鈉的仔細分離，以避免生成氯爆鳴氣或次氯酸鈉。
由于氯氣和氯化反應產物，諸如FCKW，氯乙烯和四氯甲烷等潛在的安全和健康危險，氯在工業中的應用受到限制。因此，大量生產作為電解副產物的氯不總是具有經濟意義的。
從40年代起已知一種方法，該法采用電解堿金屬硫酸鹽制備堿金屬汞齊而不生成氯。堿金屬硫酸鹽的電解是在電解槽中的汞和含銀添加物的鉛之間進行，電解槽用多孔橡膠膜隔開。在陰極生成汞齊，陽極生成氧和硫酸。硫酸鹽溶液供入陰極區，并迫使其通過隔膜。該法之電流利用率甚低，此外，陽極區產生的硫酸被硫酸鈉污染。
總而言之，傳統的氯-堿電解產生具有干擾性的副產物氯，而且這種方法只限于鈉汞齊。無氯方法的電流利用率低，反應產物不純。
針對上述缺點，本發明的方法的目的在于提出一種由金屬鹽無氯電解制備汞齊的方法。此方法同時應保證高純度的最終產品和諸如低電解槽電壓和高的電流利用率等有利參數。
本發明通過一種在電解制備汞齊中使用陰離子交換膜的方法來達到上述目標。
令人驚奇地發現，本發明之方法具有能滿足上面要求的性能，從而改進了迄今的制備方法。
電極反應與上述方法相似，如果采用硫酸鈉作金屬鹽，則電極反應可用下列方程式描述因此在陰極得到汞齊，在陽極得到硫酸和氧。
一般說來，電解按下列方式進行陰離子交換膜將電解槽分成陰極區和陽極區，在陽極區開始含有濃度為0.01M-0.20M的稀酸溶液，該溶液含金屬鹽的酸根離子。
將濃度為5.0-0.5M，優選2.0-0.5M的金屬鹽水溶液泵入陰極區。電流通過電解液使金屬鹽分解。金屬離子向陰極移動，按電極反應生成預期的汞齊。陰離子通過陰離子交換膜到達陽極區。它們以相應酸的陰離子存在于水溶液中并組成陽極液。在陽極上同樣發生水分解，在放出氧氣的同時使酸的陰離子質子化。在水溶液中的金屬鹽亦稱陰極液，并且陽極液進行循環，并重新送入電解槽。
汞齊可用堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、鋅、鎘、钖、鉛和銅來制備。本發明之方法優選用堿金屬制備汞齊，特別優選用于鈉或鉀作為堿金屬來制備汞齊。作為陰離子的組成(酸基離子)可采用普通的陰離子，可優選采用硝酸鹽，硫酸鹽，磷酸鹽，亞磷酸鹽和碳酸鹽陰離子。特別優選硫酸鹽作陰離子的組成。
本發明之方法所采用的陰極初始為純汞，優選采用含有貴金屬或貴金屬氧化物鍍層的活化鈦作陽極。貴金屬優選鉑。按這種方式得到的陽極突出的優點在于低的氧逸出超電壓。貴金屬鍍層的作用在于催化氧逸出所需的電子的通過。采用鈦作陽極是有利的，因為其良好的化學穩定性。但是，陽極材料不只限于此實施例子所用的，其它具有足夠化學穩定性的材料，如果在其放出氧時有同樣或更高的交換電流密度的情況下亦可應用。
各種可獲得的陰離子交換膜都可用來實施本發明的方法。用于本發明方法的陰離子交換膜包括聚合物，優選是具有氨基的聚合物。在聚合物中所含的氨基最好是末端的帶正電荷的銨基。聚合物所含的，自由運動的的平衡離子可與其它陰離子進行交換，從而起選擇性傳送電荷的作用。優選采用Neosepta型陰離子交換膜作隔膜，這種材料市場有售。特別優選采用Neosepta型AMX、AHA-2和ACLE-5P膜。
陰離子交換膜最好是厚度為0.1-0.6mm并具有足夠強度和化學穩定性的薄膜。在電位差的影響之下它只容許陰離子通過。本發明方法所采用的陰離子交換膜的突出特點是長時間穩定、恒定的交換容量和化學穩定性。
本發明籍助于陰離子交換膜的電解制備汞齊的方法一般按下列方式進行陰極電流密度調到1.5-3.5kAm-2，優選的電流密度為2.0-3.0kAm-2。電解過程中溫度為30-90℃，優選的溫度為50-70℃。反應時間與系統有關，在5-8小時范圍內，其電流利用率高于95％，直至99％。本方法可連續或間斷進行。
以下述例子對本發明進行說明。例1用陰離子交換膜(NeoseptaACLE5P)隔開的電解槽在60℃下對硫酸鈉進行電解。初始采用汞作陰極，陰極電流密度調到2.6kAm-2。將陰極液(1.3M Na2SO4)和陽極液(0.12M H2SO4)進行循環。5.5小時后在陰極制成鈉汞齊，電流利用率為98％。在陽極產生相應數量的硫酸和氧。
權利要求
1．一種電解金屬鹽制備汞齊的方法，其特征在于，利用陰離子交換膜。
2．權利要求1的方法，其特征在于，該金屬鹽為鈉-和/或鉀的硫酸鹽。
3．權利要求1的方法，其特征在于，陽極由鍍鉑鈦組成。
4．權利要求1的方法，其特征在于，該陰離子交換膜含有帶氨基的聚合物。
5．權利要求1的方法，其特征在于，該陰離子交換膜含有帶銨基的聚合物。
全文摘要
本發明涉及一種利用陰離子交換膜的電解金屬鹽制備汞齊的方法。該無氧方法能從金屬鹽制備高純汞齊,并保證諸如低電解槽電壓和高電流利用率等有利參數。
文檔編號C25C1/00GK1229860SQ98123009
公開日1999年9月29日 申請日期1998年11月30日 優先權日1998年3月19日
發明者J·黑林, P·施米廷格, C·H·哈曼 申請人:克里安諾瓦特殊化學股份有限公司