离子膜极片涂层老化因素探析

2014-11-22卢建国张树峰

中国氯碱 2014年12期

刘晶，卢建国，张树峰

（内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古鄂尔多斯 014300）

内蒙古亿利化学工业有限公司，为电石法PVC生产厂家，其氯碱部分为36万t/a离子膜烧碱，采用上海HVM 盐水工艺及意大利伍德迪诺拉高密度复极式离子膜电解槽设计。有效离子膜面积为2.72 m2，电流密度为5.1 kA/m2，共计14台电解槽，分为一、二2期，每台电槽分为2个槽架可安装166台单元槽。电解槽初期开车时间为2007年10月，至今已运行5年，经过离子膜更换、极片重涂等工作，现将电解槽开车以来运行情况及问题进行如下阐述。

1 电槽运行情况回顾

该公司电解槽初始运行共采用3种型号离子膜，分别为杜邦N982、N2030膜及旭硝子F8020膜。

1.1 电解槽开车时间

2007年10月24日电解一期4台电解槽开车运行，2008年5月6日全部14台电解槽投入运行，具体时间分别见表1、表2。

1.2 电解槽运行数据对比

（1）电解槽新槽初期投用槽电压相对较高，运行一段时间后，极片涂层性能趋于稳定见表3。

表1 电解槽开车时间

表2 二期电槽送电时间

表3 初期满负荷电压对比表

（2）2007年10月开车后，电解槽电流逐步提升，槽电压也随之增长，不同型号离子膜，槽电压上涨程度不一致，其中旭硝子膜电压较低，但在运行过程中发现氯中含氧较其他2种膜稍高,不同型号电解槽氯中含数据比较见表4，不同型号离子膜运行电压对表见表5，电槽分析数据见表6。

表4 不同型号离子膜氯中含氧数据对比（以2010年5月一期数据为例）

从表5、表6可以看出离子膜运行3年以后，电槽电压上升，电流效率下降，氯气纯度下降，氯中含氧升高，电槽副反应增加，集中表现为盐水中氯酸盐含量增加。

至2010年6月，受电解槽电压较高影响，部分电槽已无法满负荷运行，严重影响碱产量及烧碱厂能耗指标，因此，2010年11月开始，公司进行离子膜更换工作。

1.3 换膜阶段

2010年11月15日开始，公司开始对电解槽进行逐台换膜工作，至2011年12月完成11台电解槽换膜工作，除二期C 槽外，其余均更换为旭硝子F8020SP 膜。

表5 不同型号离子膜运行电压对比表（采用13.8 kA下槽电压数据）

表6 电解槽分析数据对比

换膜后槽电压有所下降，以一期A 槽为例，满负荷13.8 kA 运行数据见表7。

表7 一期A槽换膜前后槽电压对比表

由上表可见，电槽电压虽有所下降，但幅度不是很明显，且换膜后槽电压上升仍较快，出槽盐水氯酸盐含量依然很高。于是从2011年6月开始，对槽电压较高电解槽进行加酸除理，以抑制副反应，降低盐水中氯酸盐含量，提高氯气纯度。同时对电压较高单元槽极片进行检查，结果发现阳极涂层厚度已下降至原涂层厚度的30%，需进行极片重涂工作。

1.4 极片重涂阶段

于2012年10月开始进行极片重涂工作，至2013年12月已完成5台电解槽极片重涂工作，重涂后电槽电压数据见表8（为满负荷13.8 kA 运行下，电解槽平均电压）。

表8 极片重涂前后槽电压对比表 V

由表8可见，极片重涂运行后依然出现较高槽电压，待运行正常后，槽电压趋于稳定，且电压较低。

2 影响离子膜、极片寿命因素

回顾电解槽运行情况，在运行三年左右离子膜进入老化期，运行4年后极片进入老化期，老化期均较为提前，综合电槽运行情况，总结出影响离子膜、极片涂层寿命主要为以下几大因素。

2.1 操作原因

（1）初期开车时，人员操作水平较低，频繁地开停车、升降电流都会使离子膜不断地膨胀和收缩，造成膜物理松弛起皱褶，甚至鼓泡，造成膜性能下降，寿命缩短，同时电槽频繁停车，亦会造成涂层寿命短；

（2）开车过程中压差调节失误，离子膜反向贴近阴极极片，亦会造成离子膜损伤，寿命降低。

2.2 盐水质量影响

（1）因树脂塔故障或进塔盐水控制不当等原因，造成进槽盐水钙镁离子含量超标，在离子膜内形成氢氧化物沉淀，影响离子膜寿命，增加槽电压；

（2）采用氯化钡除硝工艺，易造成盐水中钡离子增加，影响离子膜寿命的同时会在阳极涂层表面形成绝缘层，降低阳极涂层活性。

虽然未发现TOC 超标现象，但若盐水中TOC含量增加，则会在电解槽中被氧化成氯碳化合物，使阳极液产生泡沫，阻碍了阳极室产生气体的流动以及电解液分布，造成离子膜脱液，导致离子膜损伤，同时会覆盖阳极涂层，降低阳极的活性区域，限制氯离子接近阳极，增加氧气的产生，缩短阳极涂层使用寿命。

2.3 电槽安装操作影响

（1）电槽组装工作对电槽正常运行起着尤为重要的作用，组装不当或未按照要求用扭力扳手按方位进行螺栓紧固，均易造成电槽泄漏，停槽；

（2）检修过程中单元槽拆卸，未能对极片进行认真清洗，导致涂层上部存在盐结晶，亦会造成极片腐蚀；

（3）单元槽阴阳极进液管进液空隙较小，单元槽组装时，未对进液管进行认真冲洗检查，或盐水质量不合格造成进液空隙堵塞。导致电槽运行过程中出现断液现象，同样对离子膜、涂层损伤较大。

2.4 杂散电流影响

电槽运行中，若电槽支架或管道等部位绝缘不良，会产生杂散电流，除造成盐水流量计读数显示波动，干扰正常操作外，会造成电流效率下降，且易造成金属管道、设备腐蚀，频繁开停车维修，减少离子膜、涂层寿命[1]。

电槽停车时要尤为重视极化整流器的按时投用，避免发生原电池反应，导致涂层脱落。

2.5 离子膜、极片涂层老化互相影响

离子膜针孔、损坏造成碱进入阳极室，会造成阳极涂层腐蚀，反之极片涂层老化，涂层会出现脱落现象，脱落杂质进入离子膜沉积，同样会造成离子膜损伤。因此，合理安排离子膜更换及极片重涂工作，对提高离子膜、极片寿命尤为重要。

3 合理安排离子膜更换、涂层重涂时间

离子膜、电极涂层活性问题直接决定电解槽电压高低，是影响电解槽经济运行的重要因素，参照该公司近4年来烧碱月产量相近的电槽交流电耗，可得出2010年10月后，更换离子膜、电槽加酸等措施虽对电耗上升起到一定缓解作用，但后期随着阳极涂层脱落现象严重，电耗上升速率加剧，且新更换离子膜亦受到一定程度的损伤，电解槽交流电耗对比表见表9。

表9 电解槽交流电耗对比表

因此，在电解槽运行中，不仅要严格控制单元组装质量及进槽盐水质量合格，同时要尤为关注离子膜、极片活性情况，即通过关注电压变化情况，判断离子膜运行情况，对电压出现偏离的单元槽进行及时拆卸并解体检查；认真观察阳极液出液颜色，曾出现阳极液出液发红现象，后经拆槽检查后，判断为阳极涂层脱落；认真观察拆开后阳极极片涂层，必要可进行涂层厚度检测，极片重涂前期，部分阳极极片涂层脱落严重，明显可见极片材质裸露于外部。根据检查结果合理安排换膜和重涂时间。