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Der Rohstoff Chlor Chlor, ein gelblich-grün schimmerndes giftiges Gas, gehört zur Gruppe der Halogene . (Die Halogene oder Halogenelemente sind eine Gruppe im Periodensystem, die aus fünf chemisch verwandten Elementen besteht: Fluor, Chlor, Brom, Jod und Astatin). Es kommt in der Natur nicht in seiner elementaren Form vor (Ein chemisches Element oder Element ist eine Art von Atomen mit der gleichen Anzahl von Protonen in ihren Atomkernen (i.e) Zustand, aber nur in Verbindungen (überwiegend Salze mit Alkali- und Erdalkalimetallen) (Die Erdalkalimetalle sind sechs chemische Elemente in Spalte 2 des Periodensystems), wie z.B. Kochsalz (NaCl), Kaliumchlorid, (Kaliumchlorid ist ein Metallhalogenidsalz aus Kalium und Chlorid) Meersalz (Meersalz ist Salz, das aus der Verdampfung von Meerwasser gewonnen wird, anstatt aus sedimentären Ablagerungen gewonnen zu werden) und Chlorkalk (CaCl2) (Calciumchlorid ist eine anorganische Verbindung, ein Salz der chemischen Formel CaCl2). Chlor wird als Desinfektionsmittel (Desinfektionsmittel sind antimikrobielle Mittel, die auf die Oberfläche von nicht lebenden Objekten aufgebracht werden, um Mikroorganismen zu zerstören, die auf den Objekten leben) im medizinischen Bereich und als Rohstoff in der Wirtschaft eingesetzt. PVC (Polyvinylchlorid) ist beispielsweise ein Verbundwerkstoff, bei dem Chlor einen großen Teil des Volumens au
smacht. Ohne diese Komponente hätte PVC (Polyvinylchlorid, korrekter, aber ungewöhnlicher Poly, allgemein abgekürzt PVC, ist das weltweit drittgrößte synthetische Kunststoffpolymer nach Polyethylen und Polypropylen) nicht die isolierenden, wetterfesten und stabilen Eigenschaften. 2. Chlorrückgewinnungsverfahren Chlor wird aus einer Alkalichloridlösung durch Chloralkali-Elektrolyse hergestellt. Steinsalz (Natriumchlorid) wird in den zahlreichen technischen Prozessen eingesetzt, die auf der Elektrolyse einer konzentrierten Natriumchloridlösung (ca. 27% Sole) basieren (Sole ist eine Lösung von Salz in Wasser ) . Die beiden häufigsten Verfahren sind das Amalgamverfahren und das Membranverfahren . 2.1 Der Amalgamprozess Abb. 1 Natrium, das sich an der Qücksilberkathode absetzt, bildet zusammen mit dem Qücksilber die Legierung Natriumamalgam (Natriumamalgam, allgemein als Na bezeichnet, ist eine Legierung aus Quecksilber und Natrium) (NaHg). An der Anode werden Chloridionen abgegeben, es entsteht elementares Chlor. Das entstehende NaHg wird in einem zweiten Tank mit Wasser zersetzt. Das 1892 entwickelte Membranverfahren erzeugt nicht nur Chlor, sondern auch Wasserstoff und etwa 15 % Natriumhydroxidlösung (durch die Natriumionen, die durch die Membran in die Kathodenkammer gelangen, wo sie sich mit den OH-Ionen verbinden).Wenn also bei der Chloralkali-Elektrolyse (Der Chloralkali-Prozess ist ein industrieller Prozess zur Elektrolyse von NaCl) nicht verhindert wird, dass die an der Kathode (durch Entladung der Wasserstoffionen von H2O) neben Wasserstoff gebildete Lauge (OH-) mit dem anodisch gebildeten Chlor (durch Entladung der Chloridionen von NaCl) in Kontakt kommt, der Wasserstoff (Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem chemischen Symbol H und der Ordnungszahl 1) zu einem Chlor-Knallgas (Knallgas ist ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoffgasen) Gasgemisch mit dem Chlor führen würde, wie die folgende Gleichung 2OH- +Cl2 —> OCl- + Cl- + H2O (Wasser ist eine transparente und nahezu farblose chemische Substanz, die der Hauptbestandteil der Ströme, Seen und Ozeane der Erde und der Flüssigkeiten der meisten Lebewesen ist) zeigt. Genau diese Aufgabe übernimmt eine poröse Trennwand aus feinporigem Asbest, die Membran. An der Kathode (Eine Kathode ist die Elektrode, aus der ein konventioneller Strom eine polarisierte elektrische Vorrichtung verlässt) werden die durch Dissoziation des Wassers gebildeten Wasserstoffionen entladen. An der Anode (Anode ist eine Elektrode, durch die konventioneller Strom in ein polarisiertes elektrisches Gerät fließt) werden die durch die Dissoziation von Natriumchlorid entstehenden Chloridionen abgeleitet und das Chlor dort abgeschieden. 3. Reaktionsschemata 3. Wirtschaftlicher Vergleich der Produktionsmethoden In der Wirtschaft zählt vor allem das Gleichgewicht zwischen den zu verwendenden Ressourcen und der Ausbeute des Produkts. Neben dem Amalgam- oder Qücksilberverfahren und dem Diaphragmaverfahren sind das Membranverfahren und die Schmelzflusselektrolyse weitere Verfahren zur Realisierung der Chloralkali-Elektrolyse. Ein großer Vorteil des Amalgamverfahrens gegenüber dem Membranverfahren ist, dass die Natronlauge getrennt von der Natriumchloridlösung hergestellt wird. Das Ergebnis ist eine sehr reine und hochkonzentrierte Lauge. Ein gewisser Nachteil besteht darin, dass der Abfluss aus der Amalgamentwicklungszelle zwangsläufig Quecksilber oder Quecksilberverbindungen mit sich führt. Da diese sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, müssen sie mit hohen Kosten aus dem Elektrolyten entfernt werden (Ein Elektrolyt ist eine Substanz, die in einem polaren Lösungsmittel, wie z.B. Wasser , eine elektrisch leitende Lösung erzeugt). Das im Membranverfahren entstehende Chlor ist sehr rein. Der Energieverbrauch pro kg Chlor liegt bei ca. 3 kWh und ist damit etwas niedriger als beim Amalgamverfahren (3,5 kWh/kg (Energiedichte ist die in einem bestimmten System oder Raumbereich pro Volumeneinheit gespeicherte Energiemenge) Chlor) (Chlor ist ein chemisches Element mit Symbol Cl und Ordnungszahl 17). Die dabei entstehende Natronlauge ist jedoch relativ verdünnt und mit Natriumchlorid verunreinigt. (Natriumchlorid, auch bekannt als Salz oder Halogenit, ist eine ionische Verbindung mit der chemischen Formel NaCl, die ein Verhältnis von Natrium- und Chloridionen von 1:1 darstellt) Daher ist eine anschließende Salztrennung und -verdampfung (Verdampfung ist eine Art der Verdampfung einer Flüssigkeit, die von der Oberfläche einer Flüssigkeit in eine Gasphase erfolgt, die nicht mit der verdampfenden Substanz gesättigt ist) der Natronlauge (Natriumhydroxid, auch bekannt als Lauge und Natronlauge, ist eine anorganische Verbindung) Lösung erforderlich. Im Vergleich zu den oben genannten Verfahren stellt das Membranverfahren (Membrantechnik umfasst alle technischen Ansätze für den Stofftransport zwischen zwei Fraktionen mit Hilfe von permeablen Membranen) ein geringeres Umweltrisiko dar, da im Gegensatz zum Amalgam- und Membranverfahren keine Stoffe wie Quecksilber und Asbest verwendet werden. Das Quecksilber (Quecksilber ist ein chemisches Element mit dem Symbol Hg und der Ordnungszahl 80) wird im Amalgamprozess gereinigt und in den Kreislauf der Elektrolysezelle zurückgeführt; der Asbest muss jedoch entsorgt werden, da er bei der Elektrolyse abgenutzt und nicht verarbeitet werden kann. Beim Membranverfahren werden recycelbare und nicht potenziell toxische Stoffe verwendet. Nur 20% der westeuropäischen Chlorproduktion basiert auf dem umweltfreundlichen Membranverfahren; zwei Drittel aller Chloralkali-Elektrolyse (In Chemie und Fertigung ist die Elektrolyse eine Technik, die mit Gleichstrom eine ansonsten nicht spontane chemische Reaktion antreibt) Anlagen weltweit nutzen heute das Amalgamverfahren.