Chloralkalielektrolyse

Chlor|alkali|elektrolyse

 

[k-], wichtiges großtechnisches Verfahren zur Gewinnung von Chlor, Alkalilaugen (v. a. Natronlauge) und Wasserstoff aus Alkalichloriden (v. a. Natriumchlorid) in wässriger Lösung durch Elektrolyse. Dabei fließen unter der Einwirkung der angelegten elektrischen Spannung die sich in der Lösung bildenden Ionen zu den Elektroden und werden dort durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen (e) entladen: An der Anode scheidet sich Chlor ab (2Cl^- → Cl₂ + 2e), an der Kathode entladen sich die Alkalimetallionen (z. B. Na⁺ + e → Na), und es bildet sich dort Alkalihydroxid sowie Wasserstoff (Na + H₂O → NaOH + ½ H₂). Um eine Durchmischung und damit eine Rückreaktion der in Lösung befindlichen Produkte zu verhindern (dabei reagiert Chlor mit Natriumhydroxid zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorit, 2 NaOH + Cl₂ → NaCl + NaOCl + H₂O), müssen Anoden- und Kathodenreaktion voneinander getrennt werden. Hierfür wurden zwei Verfahren entwickelt, die technisch in zahlreichen Varianten angewendet werden. Beim Diaphragmaverfahren dient zur Trennung von Anoden- und Kathodenraum ein Diaphragma (z. B. aus Asbest), das den Stromtransport ermöglicht, aber eine Vereinigung der Elektrolyseprodukte verhindert. Beim Quecksilberverfahren oder Amalgamverfahren dient sich am Boden der Elektrolysezelle befindendes Quecksilber als Kathode; an diesem scheidet sich infolge hoher Überspannung des Wasserstoffs Natrium unter Bildung von Natriumamalgam, NaHg_x, ab. Das Amalgam wird in einer zweiten Zelle, dem »Zersetzer«, an Graphit mit Wasser zu besonders reiner (chloridfreier) Natronlauge und Wasserstoff zersetzt (NaHg_x + H₂O → NaOH + x Hg + ½ H₂). Großtechnische Anlagen zur Chloralkalielektrolyse bestehen aus zahlreichen (bis zu mehreren Hundert) einzelnen Elektrolysierzellen. Die Wirtschaftlichkeit hängt bei beiden Verfahren von vielen Faktoren ab, so von Herkunft und Reinheit des Salzes, Stromkosten, Dampfkosten, Reinheitsanforderungen an die erzeugten Produkte u. a. Ein Nachteil des Quecksilberverfahrens, das noch in den Jahren 1950-70 an Bedeutung gewonnen hatte, ist die Notwendigkeit der kostenintensiven Entfernung von Quecksilber aus den Elektrolytabwässern. Das Quecksilberverfahren wird deshalb zurzeit vielfach zugunsten des Diaphragmaverfahrens aufgegeben.