Amalgam-Verfahren

Als Amalgam-Verfahren bezeichnet man die Elektrolyse von Natriumchlorid-Lösung an einer Graphit-Anode und der namensgebenden Quecksilber-Kathode. An der Anode wird Chlorgas abgeschieden. Das an der Kathode gebildete Natrium bildet zusammen mit dem Quecksilber sofort das Natriumamalgam. Das Amalgam wird danach mit Wasser behandelt, worauf sich Natriumhydroxid und Wasserstoff bildet. Das zurückgewonnene Quecksilber wird in den Prozess zurück geführt.

Das Amalgam-Verfahren dient der Gewinnung von Chlorgas und Natronlauge, die wichtige Ausgangsprodukte nicht nur für die Kunststoffindustrie sind. Pro Jahr werden so etwa 55 Millionen Tonnen Chlor und 50 Millionen Tonnen Natronlauge hergestellt.

Die Abscheidung von Chlor und Natrium an den Elektroden beruht auf der Verschiebung der Abscheidungspotentiale der Elemente Wasserstoff und Sauerstoff aufgrund von Überpotentialen.

Theoretisch könnten folgende Elektrodenreaktionen ablaufen:

Anoden-Reaktion (Oxidation):

$2\ Cl^-(aq) \ \ \rightarrow Cl_2(g) + 2\ e^-\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ E^0=+1,36V$

$4\ OH^-(aq) \rightarrow O_2(g) + 2\ H_2O + 2\ e^-\ \ \ E^0=+0,40V$

Kathoden-Reaktion (Reduktion):

$Na^+(aq) + e^- \ \ \ \ \ \ \rightarrow Na\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ E^0=-2,71V$

$2\ H_3O^+(aq) + 2\ e^- \rightarrow H_2 + 2\ H_2O\ \ \ E^0=+0,00V$

Durch die Wahl des geeigneten Elektrodenmaterials (Graphit-Anode und Quecksilber-Kathode) und der richtigen Konzentrationsverhältnisse, kommt es zur Abscheidung von Natrium und Chlor.

Potentiale der möglichen Elektrodenreaktionen

Das Natrium reagiert an der Quecksilber-Kathode sofort zu Natriumamalgam: $Na\cdot Hg_x$

Zur Gewinnung von Natronlauge wird das Natriumamalgam im Amalgamzersetzer mit Wasser zur Reaktion gebracht. Zersetzungsreaktion:

$2\ Na\cdot Hg_x + 2 H_2O \rightarrow 2\ NaOH(aq) + H_2(g) + 2x Hg$

Gesamt-Reaktion:

$2\ NaCl(aq) + 2\ H_20 \rightarrow 2\ NaOH(aq) + Cl_2(g) + H_2(g)$

Die Vorteile dieses Verfahrens liegen vor allem in der strikten räumlichen Trennung von Chlor- und Wasserstoff-Bildung, so dass die Bildung eines hochexplosiven Chlorknallgas-Gemisches vermieden werden kann.

Schematischer Aufbau einer Chloralkali-Elektrolyse nach dem Amalgam-Verfahren

Obwohl die Verschleppung von Quecksilber beim Almagamverfahren äußerst gering ist und in den letzten Jahren weiter reduziert wurde, werden Almagamanlagen zunehmend ersetzt. Etwa 2/3 der heutigen großtechnischen Elektrolyseanlagen arbeiten nach dem Membranverfahren, da bei diesem Verfahren die Endprodukte Cl₂, H₂ und NaOH fast in der gleichen Reinheit anfallen wie beim Amalgamverfahren, jedoch insgesamt ein deutlich geringerer Energieeinsatz erforderlich ist. Weiterhin kann vollständig auf den Gebrauch des unter Umweltaskpekten umstrittenen Quecksilbers verzichtet werden.

Amalgam-Verfahren

See also: Amalgam-Verfahren, Amalgam, Chlor, Elektrolyse, Graphit, Kunststoff, Natrium, Natriumchlorid, Natriumhydroxid, Natronlauge