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    離子交換膜法制燒鹼

    世界上比較先進的電解制鹼技術是離子交換膜法。這一技術在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,每臺電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成。右圖表示的是一個單元槽的示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網製成,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;陰極由碳鋼網製成,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。陽離子交換膜有一種特殊的性質,即它只允許陽離子透過,而阻止陰離子和氣體透過,也就是說只允許Na+透過,而Cl-、OH-和氣體則不能透過。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而影響燒鹼的質量。下圖是一臺離子交換膜電解槽(包括16個單元槽)。

    精製的飽和食鹽水進入陽極室;純水(加入一定量的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,匯出的陰極液中含有NaOH;Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水從陽極匯出,可重新用於配製食鹽水。

    離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程可以簡單表示如下圖所示:

    電解法制鹼的主要原料是飽和食鹽水,由於粗鹽水中含有泥沙,

    精製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,進一步去除鈣、鎂離子

    (8)電解

    2NaCl+2H2O=(通電)H2↑+Cl2↑+2NaOH

    離子交換膜法制鹼技術,具有裝置佔地面積小、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,是氯鹼工業發展的方向。

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