離子交換膜法制燒堿
世界上比較先進的電解制堿技術是離子交換膜法。這壹技術在20世紀50年代開始研究,80年代開始工業化生產。
離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成,每臺電解槽由若幹個單元槽串聯或並聯組成。右圖表示的是壹個單元槽的示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網制成,為了延長電極使用壽命和提高電解效率,鈦陽極網上塗有鈦、釕等氧化物塗層;陰極由碳鋼網制成,上面塗有鎳塗層;陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。陽離子交換膜有壹種特殊的性質,即它只允許陽離子通過,而阻止陰離子和氣體通過,也就是說只允許Na+通過,而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產生的H2和陽極產生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質量。下圖是壹臺離子交換膜電解槽(包括16個單元槽)。
精制的飽和食鹽水進入陽極室;純水(加入壹定量的NaOH溶液)加入陰極室。通電時,H2O在陰極表面放電生成H2,Na+穿過離子膜由陽極室進入陰極室,導出的陰極液中含有NaOH;Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水從陽極導出,可重新用於配制食鹽水。
離子交換膜法電解制堿的主要生產流程可以簡單表示如下圖所示:
電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水,由於粗鹽水中含有泥沙,
精制食鹽水時經常進行以下措施
(1)過濾海水
(2)加入過量氫氧化鈉,去除鈣、鎂離子,過濾
Ca(2+)+2OH(-)=Ca(OH)2(微溶)
① Mg(2+)+2OH(-)=Mg(OH)2↓
② Mg(HCO3)2+2OH(-)=MgCO3+2H2O
MgCO3+2H2O=Mg(OH)2+H2O+CO2
(3)加入過量氯化鋇,去除硫酸根離子,過濾
Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓
(4)加入過量碳酸鈉,去除鈣離子、過量鋇離子,過濾
Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓
Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓
(5)加入適量鹽酸,去除過量碳酸根離子
2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O
(6)加熱驅除二氧化碳
(7)送入離子交換塔,進壹步去除鈣、鎂離子
(8)電解
2NaCl+2H2O=(通電)H2↑+Cl2↑+2NaOH
離子交換膜法制堿技術,具有設備占地面積小、能連續生產、生產能力大、產品質量高、能適應電流波動、能耗低、汙染小等優點,是氯堿工業發展的方向。