金属钠的制备研究.pdf

求示201227V?27第105期
DONGFANG ELECTRIC RE
這属物前制研我
江瑜袁小武胡蕴成
中国东方电气集团有限公司中央研究院,成都611731
摘要:概述了全属納的性质和用途,介绍了现在主要的制备金属钠的方法。
关键词:金属钠;熔融电解;氯化钠;氢氧化钠;钠汞齐;B-A1203
中图分类号:T826.2
文献标识码:A
文章编号:1001-9006(2013)01-0001-03
Research on Preparation of Metal Sodium
JIANG Yu, YUAN Xiao-0u, HU Yun-chen
Central Research Aeademy of DEC, 611731, Chengdu. China
Abstract: With the development of science and technology and the needs of the market, metal sodium is used more widely. In this
paper, the properties and uses of metal sodium is described in detail. the main methods to the preparation of metal sodium is briefl
introduced
Key words: metal sodium: molten electrolysis: Nacl: NAOH: NACN; B-AL203
1金属钠的性质及用途
2金属钠的制备方法
钠是银白色金属,质软,可以用刀切割,切
1807年英国化学家戴维(H.Davy)用电解氢
开之后,可以看到钠具有银白色的金属光泽。钠氧化钠的方法制得金属钠。1890年英国人卡斯特
的密度是0.97g/cm3,比水的密度小。钠的熔点是纳(H.Y. Castner)在英国建厂,用电解氢氧化钠的
97.81℃,沸点是881.4℃。钠是热和电的良导方法制备金属钠。1921年美国人东斯(J.C. Downs
体,热导率是142W/m?K。在地売中钠的含量为研究成功电解熔融氯化钠制取金属钠。
2.83%,居第6位,主要以钠盐的形式存在,如食
金属钠的制备方法主要有烧碱熔融电解法
盐(氯化钠)、智利硝石(硝酸钠)、纯碱(碳酸食盐熔融电解法和电解钠汞齐法等3种方
钠)2等。
法…7-”。随着B-A203陶瓷材料的发展,相关
金属钠用于生产医药中间体、催化剂、石油机构和研究人员开始尝试用β-A2O3材料做隔膜
脱硫剂、氧化剂、漂白剂、染料、农药、香料、进行电解制钠的方法。
有机化合物生产用的钠化合物和含铅汽油添加剂,2.1烧碱熔融电解法
也用于钾、钛、锆、铌、钒、钽等金属生产,制
烧碱熔融电解法也称卡斯特纳法,英国化学
生氧剂NaO2及制钾、钠合金;近年来开始应用于家戴维(H.Dawy)在1807年第一次用电解氢氧化钠
核反应堆(钠冷快堆)导热、钠电池以及电光源等的方法制得金属钠,而后英国人卡斯特纳
领域?
(H.Y. Castner)在1890年建厂用该方法制备金属
收稿日期:2012-08-01
作者简介:江瑜(1979-),男,2008年毕业四川大学凝聚态物理专业,硕士,2010年7月入职东方电气集团中央研究院从事太阳能技术研
究工作
承诉論202い第27響Val21第065期
DONGFANG ELECTRIC REVIEW
钠,所以得名。
膜,用来防止所生成的钠和氯气重新接触而反应
烧碱熔融电解法以氢化钠为主要原材料,生成氯化钠2?。熔融食盐电解法东斯电解槽示意
熔融电解温度为300~330℃,阳极为镍制,阴极图如下图1所示。
为铁或钢制,在电极之间设置镍网做隔膜以分离
电解产物,电解电压4~5V,阴极析出金属钠
C1出口
NaC.进口
主要化学反应方程式为
4NaOH电
4Na+2H2O0+02
液体
熔融
金属钠
种电解烧碱法制金属钠工艺路线如下:采
用氢氧化钠、碳酸钠组成的二元混合物为电解质,
铁丝网
Na出1
先将碳酸钠干燥,再将烧碱熔融,然后将两者混
合、沉降,加入电解槽中进行电解。基本参数为:
阳极
电解槽电流强度为2500A、槽电压4.5~5V、阳
图1熔融食盐电解法电解装置示意图
极电流密度0.89Acm2、阴极电流密度0.94~
熔融电解时氯化钠需要处于熔融状态,而氯
1.03A/(cm2,电解槽温度285~305℃。电解所得
化钠的熔点达801℃,能耗较高且对装置要求较
粗钠送入精制器,于110~120℃将钠熔化澄清,
高。为了降低熔融电解时电解质的熔点,一般需加
除去杂质,上层清液放入钠容器中,成型后得金入掺料盐形成混合电解质,如以氯化钠、氯化钙
属钠成品。
组成的二元体系或以氯化钠、氯化钙、氯化钡形
由于电解时在阳极生成的水同电解质中的钠成的三元体系。质量分数分别为40%的氯化钠和
接触义会发生反应,生成NaOH和H1,所以电解60%的氯化钙的共熔物,其熔融温度约为5890℃,
烧碱法制金属钠的电流效率不高,一般为50%可以大幅度降低电解时所需的温度,同时也降低
左右。
了钠的蒸气压,对熔融电解装置的要求也降低了。
2.2食盐熔融电解法
电解时,金属钠和杂质(主要是金属钙)同时
食盐熔融电解法也称东斯法(J.C. Downs),因被还原出来,浮在阴极上方的熔盐上面,从管道
美国人东斯在1921年研究成功而得名。
溢出,副产物氯气在阳极析出。把熔融的金属钠
食盐熔融电解法以精制盐为主要原材料,通和杂质(主要是金属钙)的混合物冷却到(105~
过熔融电解得到金属钠和副产物氯气,主要化学110)℃,因金属钙的熔点较高达840℃,而金属
反应方程式为2
钠的熔点为97.81℃,在此温度下金属钙会结晶析
2NAC1--2NA+Cl, 1 +Qw
出,经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离。上升
熔融食盐电解法的电解装置有多种类型,其管中可装上能定时转动的刮刀,就可以定时将附
1924年取得专利权的电解槽则是在管壁上的钙刮下,重新进入熔融电解质中,并
发生Ca+2NaCl→CaCl2+2Na反应,以增加钠
最成功的一个。东斯电解槽最开始为单阳极方形
的产量,保持电解质组成的稳定。东斯法工艺流
电解槽,工作电压7~8V,工作电流24000A。19
程见下图2。
世纪40年代对最初的东斯电解槽进行了改进,主
工业生产中常将24-40个电解槽安排在一组
要是用多组电极取代单组电极,改进后的电解槽内,以串联方式操作,工作电压7~8V,电流24
内有4组并列的电极。其中4个阴极连在一起,形-40kA,电解温度600℃1。其主要原材料为食
成了一个带有很重钢臂的电解单元,钢臂通过糟盐,价格便宜、易得,同时刷产氯气、电流效率
臂伸出以便同导电铝排连接,阳极采用石墨电极。也较高,一般在80%左右
在电极上面浮有一组钢制的收集器,分别收集生
成的金属钠和氯气。在阳极与阴极之间为铁制隔