Referat zur chlorgewinnung
Referat
zur
Chlorgewinnung
Referat zur Chlorgewinnung
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Deckblatt 1
Inhaltsverzeichnis 2
1. Der Rohstoff Chlor 3
2. Verfahrensweisen zur Chlorgewinnung 3
2.1 Das Amalgamverfahren 3
2.2 Das Diaphragmaverfahren 4
3. Reaktionsschemata 5
3.
1 Amalgamverfahren 5
3.1
3.2 Diaphragmaverfahren 5
4. Wirtschaftlicher Vergleich der Produktionsmethoden 6
5. Quellen 7
5.1 Textquellen 7
5.
2 Bildquellen 7
1. Der Rohstoff Chlor
Chlor, ein gelblich-grün schimmerndes, giftiges Gas zählt zur Gruppe der Halogene.
Es kommt in der Natur nicht im elementaren Zustand, sondern lediglich in Verbindungen vor (überwiegend Salze mit Alkali- und Erdalkalimetallen), wie z.B. Kochsalz (NaCl), Kaliumchlorid, Meersalz und Chlorkalk (CaCl2).
Chlor wird als Desinfektionsmittel im medizinischen Bereich und als Ausgangsstoff in der Wirtschaft verwendet.
Das PVC (Polyvinylchlorid) beispielsweise ist ein Vebundstoff, bei dem das Chlor einen großen Anteil am Volumen trägt. Ohne diesen Bestandteil hätte PVC nicht die isolierenden, witterungsfesten und stabilen Eigenschaften.
2. Verfahrensweisen zur Chlorgewinnung
Chlor wird mittels der Chloralkalielektrolyse aus einer Alkalichlorid-Lösung hergestellt.
Bei den zahlreichen technischen Verfahren, welche auf der Elektrolyse einer konzentrierten Natriumchloridlösung (ca. 27%-ige Sole) basieren, wird Steinsalz (Natriumchlorid) verwendet.
Die beiden gängigsten Verfahren sind das Amalgam-Verfahren und das Diaphragma-Verfahren.
2.1 Das Amalgam-VerfahrenAbb. 1
Das Natrium, welches sich an der Quecksilber-Kathode absetzt, verbindet sich mit dem Quecksilber zu der Legierung Natriumamalgam (NaHg). An der Anode werden Chlorid-Ionen entladen; es bildet sich elementares Chlor.
Das entstandene NaHg wird in einer zweiten Wanne mit Wasser zersetzt.
Es bilden sich Wasserstoff und konzentrierte Natronlauge:
2NaHg + 2H2O -----> 2NaOH + H2 + 2Hg bei der zurückleitung des Hg in die Elektrolysezelle entsteht Chlor- und Wasserstoffgas.
2.2 Das Diaphragmaverfahren
Abb.2
Bei dem 1892 entwickelten Diaphragmaverfahren entstehen neben Chlor auch Wasserstoff und etwa 15%-ige Natronlauge (durch die Natriumionen, welche durch das Diaphragma in den Kathodenraum gelangen und sich dort den OH-Ionen verbinden).Wenn also bei der Chloralkali-Elektrolyse nicht verhindert wird, dass die an der Kathode (durch Entladung der Wasserstoff-Ionen des H2O) neben Wasserstoff gebildete Lauge (OH-) mit dem anodisch (durch Entladung der Chloridionen des NaCl) gebildeten Chlor in Berührung kommt, würde der Wasserstoff mit dem Chlor ein Chlorknallgas-Gemisch ergeben, wie folgende Gleichung 2OH- +Cl2 ---> OCl- + Cl- + H2O zeigt.
Genau diese Aufgabe übernimmt eine poröse, aus feinporigem Asbest bestehende Scheidewand, das Diaphragma.
Es trennt Kathoden- und Anodenraum.An der Kathode entladen sich die durch Dissoziation des Wassers gebildeten Wasserstoffionen. Der Wasserstoff setzt sich dort ab
An der Anode entladen sich die aus der Dissoziation des Natriumchlorids stammenden Chloridionen und das Chlor setzt sich dort ab.
3. Reaktionsschemata
3.1 Amalgamverfahren
Kathode (Minuspol):
2Na+ + 2e- -----> 2Na (mit Hg bildet sich NaHg) Folgereaktion:
2Na + 2H2O -----> 2Na+ + 2OH- + H2
Anode (Pluspol):
2Cl- -----> Cl2 + 2e- Gesamtreaktion:
2Na+ + 2Cl- + 2H2O -----> 2Na+ + 2OH- + H2 + Cl2
3.
2 Diaphragmaverfahren
Kathode (Minuspol): 2H2O -----> 2H+ + 2OH- 2H+ + 2e- -----> H22H2O + 2e- -----> 2OH- + H2
Anode (Pluspol): 2NaCl -----> 2Na+ + 2Cl- 2Cl- -----> Cl2 + 2e-
2NaCl -----> 2Na+ + Cl2 + 2e
Gesamtvorgang: 2NaCl + 2H2O -----> 2NaOH + Cl2 + H2
4. Wirtschaftlicher Vergleich der Produktionsmethoden
In der Wirtschaft zählt vor allem die Bilanz der aufzuwendenden Mittel und dem Ertrag des Erzeugnisses. Neben dem Amalgam- oder Quecksilberverfahren und dem Diaphragmaverfahren gibt es mit dem Membranverfahren und der Schmelzflusselektrolyse noch weitere Techniken zur Verwirklichung der Chloralkali-Elektrolyse.
Ein wesentlicher Vorteil des Amalgamverfahrens gegenüber dem Diaphragmaverfahren besteht darin, dass die Natronlauge getrennt von der Natriumchloridlösung erzeugt wird. So entsteht eine sehr reine und hoch konzentrierte Lauge. Ein gewisser Nachteil ist darin zu sehen, dass mit dem Abfluss aus der Amalgamerzeugungszelle zwangsläufig Quecksilber oder Quecksilberverbindungen mitgeführt werden.
Da diese sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, müssen sie unter hohem Kostenaufwand aus den Elektrolytabwässern entfernt werden.
Das entstehende Chlor beim Diaphragmaverfahren ist sehr rein. Der Energieaufwand je kg Chlor beträgt etwa 3 kWh und ist damit etwas geringer als beim Amalgam-Verfahren (3,5 kWh/kg Chlor). Allerdings ist die entstehende Natronlauge relativ verdünnt und mit Natriumchlorid verunreinigt. Daher ist eine nachfolgende Salzabtrennung und ein Eindampfen der Natronlauge notwendig.
Das Membranverfahren birgt im Vergleich zu den erwähnten Methoden weniger Gefahren für die Umwelt, da anders als beim Amalgam- und Diaphragmaverfahren keine Stoffe wie Quecksilber und Asbest verwendet werden.
Das Quecksilber im Amalgamverfahren wird gereinigt und dem Kreislauf der Elektrolysezellen wieder zugeführt; der Asbest muss allerdings entsorgt werden, da er bei der Elektrolyse abnutzt und nicht aufbereitet werden kann. Beim Membranverfahren werden wiederverwertbare und keine potentiell toxischenStoffe verwendet.
Lediglich 20% der westeuropäischen Chlorproduktion basiert auf dem umweltschonenden Membranverfahren; zwei Drittel aller Chloralkali-Elektrolyseanlagen arbeiten heute weltweit mit dem Amalgam-Verfahren.
5. Quellen
5.1 Textquellen
Internetseite:
Internetseite:
Internetseite:
Stein, Rainer "Redoxreaktionen und Elektrochemie".
Ernst Klett Verlag (unbekanntes Erscheinungsjahr
5.2 Bildquellen
Abbildung 1:
Abbildung 2:
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