影响离子膜法电解槽正常运行的因素及控制

影响离子膜法电解槽正常运行的因素及控制

石博文

天津大沽化工股份有限公司 天津 300455

摘要：离子膜法电解技术是工业生产中重要的生产环节，其中最为关键的设备就是电解槽设备，该设备的运行安全性、稳定性也决定了生产的可靠性。立足于研究现状，文章首先介绍了离子膜法电解技术中杂质的主要类型以及对膜产生的影响，其次对盐水浓度带来的影响进行了解析，最后则就电解液酸度对膜产生的影响进行了阐述，希望可以以此来指导工艺指标的指定，为实现科学生产创造条件。

关键词：离子膜法；电解槽；运行影响因素；控制策略

电解槽的运行特征决定了其运行过程中可能会受到多种因素的影响与干涉，如盐水当中的杂质类型与浓度、电解液的酸度以及操作的稳定性等等，通过分析这些影响因素，可以得到相应的控制分析方法，从而更好的指导具体生产环节，现就相关因素分类介绍如下。

一、杂质类型对膜的影响

离子膜法电解生产中，盐水的杂质类型十分丰富，其中钙离子、镁离子容易形成沉淀物质，导致区域电压增加，电流的效率受到影响。三价铁离子会形成杂质层，同样也会影响到电压与电流的效率。

1.钙离子、镁离子含量高的原因

钙离子异常升高往往与盐水的碱性条件有关，随着碱性的增强，钙离子、镁离子的杂质均会随着沉淀的增加而逐渐析出，此时小微颗粒会附着在树脂的表面，从而导致吸附能力下降，膜的交换能力会受到影响。在酸性环境下，镁离子与钙离子一般以离子态的形式存在，此时电流效率会受到不同程度的影响。

2.一次成品盐水过碱量较高的原因

一次盐水中的杂质多以氢氧化物以及碳酸化合物为主，所以通常存在碱性较强的情况，这是由于第一步操作中添加了大量的碱性物质导致出现杂质的小颗粒沉淀，所以需要及时进行一次成品盐水的处理，借助于专业的设备来进行二次精炼，避免电解后的离子附着在膜内导致膜恶化，从而实现电压的抑制，实现电流效率的有效控制。

3.预处理器运行情况

现阶段预处理器的运行会影响到膜的过滤，主要是由于镁离子在预处理器当中聚集，各种助剂的影响下镁离子的溶解受到影响，从而出现预处理器的不稳定性。这个地方要想解决掉预处理器不稳定的问题，溶解镁离子是关键，可以通过添加质量分数为1%的三氯化铁来实现流量比控制，使得处理器的出口部分钙离子质量浓度在50mg/L，此时的质量浓度即可控制在较低的水平。

二、盐水浓度对于膜的影响

盐水浓度对应膜会产生不同程度的影响。首先，入槽盐水的浓度较高时出槽的盐水浓度也会相应的较高，此时盐水浓度越过上限，高电流密度条件下运行使得膜的收缩速度加快，进而阻碍了物质的正向移动。电流较高的情况下，膜内的物质速度会受到影响，此时膜表面会产生水泡，进而出现整体运行性能的下降。

其次，高浓度的盐水容易出现低温结晶的问题，此时可能会导致一系列的问题，包括进料管堵塞等等，所以在紧急停车的情况下需要进行科学维修，如果操作不当有导致检查滞后的风险，开车时则会进一步引发盐水的流动阻塞，出现电解槽的阳极室区域干膜损坏，进而出现发热异常甚至是爆炸，严重影响安全生产；最后，盐水的浓度较高会导致溶液的电导率下降，此时溶液的电压降会受到影响，不过影响的具体幅度不高。槽温溶液电压整体影响较大，所以氯化钠溶液的电导率可以通过具体的表征后再进行应用。

三、电解液酸度对于膜的影响

电解液酸度对于膜也会产生一定的影响，具体分析如下。

1.氯化氢的添加

在电解槽当中增加氯化氢可以更好的满足生产质量的控制要求，同时也可以将副产品次氯酸钠的比例控制在一定的范围内。通过向电解槽当中添加氯化氢，能够使得盐酸的添加量更为稳定，同时阳极液的PH值得到有效的控制。将30%的盐酸添加到饱和盐水当中，会引发结晶析出的问题，所以添加一定量的脱盐水稀释是最佳处理方法。另外，大量的盐酸可能会导致电解槽的材料腐蚀，引发定向危害。当然，添加氯化氢也具有许多优势，包括盐酸添加后流量得到控制，其流速往往与电流的负荷密切相关，在盐水循环稳定后，可以避免出现永久性的损害与影响。

2.酸度与膜性能

现阶段，离子膜法电解使用的离子膜主要是以全氟羧酸复合膜，该膜不但具有优良的性能，还具有良好的稳定性。但是，一旦羧基的形式发生改变，其膜性能也会受到影响。所以为了保持性能的稳定性，需要确保阳极液的PH值始终达到一定的比例，这样才能够确保电解槽的电压稳定，不会出现异常增高的情况。在技术应用过程中，需要特别关注阳极液与电流效率，阳极液的酸度与电流效率具有密切的关联，根据相关计算公式可以获得两者的关系，随后根据水和钠离子经过阳极室渗透迁移的原理来计算出相应的膜性能指标即可。

3.高纯盐酸游离氯

高纯度盐酸主要用于螯合树脂的再生程序，包括入槽盐水的PH值调整等等，所以高纯度的盐酸可能会影响到树脂的稳定性，进而加剧电解槽的副反应，导致更严重的工序负担。除此之外，游离的氯离子本身也具有很强的氧化性，可能会对设备的运行产生不稳定的影响。在性能下降的同时，脱氯较差的盐酸也会出现氯离子超标的情况，进而导致游离的氯离子进入到盐水工序当中，导致树脂被破坏，进而出现钙离子污染膜的情况，影响电流效率的同时也会危害到生产安全。所以建议在出现氯离子超标的情况下采取腐蚀防护的技术予以处理，避免杂质进入到精盐水当中。

总结

综上所述，影响离子膜法电解生产的因素众多，除了上面提到的盐水中杂质类型含量、盐水浓度以及电解液酸度等，还有一些其他的影响因素。通过分析这些因素，不但能够帮助我们正确认识离子膜法电解生产过程中不同因素控制的方法与意义，同时也有助于实现技术升级与生产改造，为促进行业的进步与发展创造条件。

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