氯碱生产环境下金属阳极电解槽的腐蚀探讨与防护方法研究*

曾凤春，谢万如，任 旺，郑兴文，曾 俊

（四川理工学院化学与制药工程学院，四川自贡643033）

工业技术

氯碱生产环境下金属阳极电解槽的腐蚀探讨与防护方法研究*

曾凤春，谢万如，任 旺，郑兴文，曾 俊

（四川理工学院化学与制药工程学院，四川自贡643033）

金属阳极电解槽的腐蚀严重影响了氯碱生产整个装置的安危以及产品的收率与质量。实验模拟氯碱生产中电解槽所处的恶劣介质环境，运用腐蚀失重法，揭示了电解槽的腐蚀行为与影响因素。实验结果表明:在氯碱生产环境下，当电解槽温度为85～90℃、阴极液中氢氧化钠质量分数为8%～12%、阳极液pH＜4时，电解槽的腐蚀速率最低。在此基础上，制定出了可行的电解槽腐蚀防护措施。

氯碱；金属阳极电解槽；腐蚀；防护

近些年，中国氯碱行业相继成套引进了许多国外先进的离子膜烧碱生产装置，但50%以上的企业仍采用金属阳极电解槽的隔膜电解技术［1］。其电解槽是整个氯碱生产的核心设备，它的运行情况不但极大影响产品的收率和质量，而且还关系到全部生产装置的安危和环境情况［2］。长期以来，由于电解槽的腐蚀引起的破坏事故占整个氯碱生产设备事故的60%以上，给企业带来了巨大的损失［3］。因此，电解槽的腐蚀是影响氯碱工业生产安全、高效运行的主要因素。如何控制和减缓电解槽腐蚀，一直是氯碱行业和广大科技工作者急于解决的现实问题。笔者针对电解槽所处的恶劣的介质环境，采用腐蚀失重法研究电解槽的腐蚀行为及影响因素，在此基础上制定出切实可行的防腐蚀措施，以期为工业实践应用提供借鉴与参考。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

原料:配好的化学清洗液，无水乙醇，纯度为99.999%氢氧化钠溶液，挂片试样材质取自昊华鸿鹤化工股份有限公司氯碱厂的电解槽内衬材料、阳极部件、阴极部件和槽盖。

仪器:FA604C型分析天平，DGH35型电热恒温鼓风干燥箱。

1.2 实验方法与步骤

1.2.1 挂片试样的准备

首先在实验对象的材质试样上切取尺寸为50 mm×25 mm×2 mm的标准腐蚀试片并做好标记，再按以下顺序洗涤除污、干燥和称重:1）在蒸馏水中用脱脂棉将标准腐蚀试片擦洗1遍，再用蒸馏水冲洗20 min；2）在化学纯无水乙醇中，用脱脂棉将经蒸馏水洗涤的标准腐蚀试片擦洗3遍 （每10片50mL）；3）将无水乙醇洗涤后的标准腐蚀试片置干燥滤纸上，用冷风吹干；4）用滤纸将吹干的标准腐蚀试片包好，置于干燥器中，静置24 h后称重待用；5）将干燥后的标准腐蚀试片取出，在分析天平上称重，精确到±0.1 mg。

1.2.2 挂片试样的放置及实验条件

将预先处理和称重的标准腐蚀试片悬挂于装有模拟腐蚀溶液的容器中，在实验方案规定的实验条件下放置2 000 h。

1.2.3 挂片试样实验后的处理

实验用后的挂片按以下步骤处理:1）取出挂片，观察记录表面状况；2）对腐蚀沉积不明显的挂片，用橡皮塞擦拭至露出金属本色，先浸入无水乙醇中用脱脂棉擦洗4遍，再浸入干净的无水乙醇中浸泡2 min，取出放置于干净滤纸上，冷风吹干，最后用滤纸包好置于干燥器中，26 h后称重（称重精确至0.1 mg），得出质量损失量并计算腐蚀率；3）对腐蚀沉积物较多的挂片，先用化学清洗液除去腐蚀产物，再浸入99.999%的氢氧化钠溶液中钝化2 min，取出后再浸入干净的无水乙醇中浸泡2 min，取出后先用滤纸擦干，再用橡皮塞擦拭直到露出金属本色为止，后序处理按步骤（2）处理。

1.2.4 数据处理与腐蚀速率计算均匀腐蚀率:ν［g/（m2·h）］=△m/St厚度腐蚀率:λ（mm/a）=8.76 ν/ρ式中，S为试样面积，S=2（ab+ac）-π/d+πtd（a、b、c为试样的长、宽、厚，d为试样的孔径）；ρ为材质密度，g/cm3［碳钢、铜、不锈钢、橡胶（或树脂）的密度分别为7.86、8.95、7.92、1.5 g/cm3］；△m为质量损失量，mg:△m=挂片挂入前称重质量－挂片取出后称重质量；t为挂片挂入的时间，h。

2 实验结果与讨论

2.1 电解槽不同内衬防腐蚀层材料的腐蚀行为

在模拟氯碱生产电解槽的复杂腐蚀环境中，对自硫化丁基橡胶、乙烯基酯树脂和玻璃磷片制作的玻璃钢、天然硬橡胶、双酚A型不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等5种材料进行腐蚀挂片实验，结果见表1。由表1可知，在氯碱生产电解槽内所处介质环境下，由硫化丁基橡胶、乙烯基酯树脂和玻璃磷片制作的玻璃钢腐蚀速率最慢，其次是天然橡胶，接下来依次是双酚A型不饱和聚酯树脂和酚醛树脂。

表1 5种材质在模拟氯碱生产电解槽内腐蚀环境中的挂片腐蚀实验结果

2.2 槽温对电解槽腐蚀速率的影响

实验选择由硫化丁基橡胶、乙烯基酯树脂和玻璃磷片制作的玻璃钢作电解槽内衬材料，考察不同槽温下电解槽在模拟氯碱生产腐蚀环境中的腐蚀速率，结果见表2。

表2 电解槽在模拟氯碱生产腐蚀环境中不同槽温下的挂片腐蚀实验结果

由表2可知，槽温为85～90℃时，电解槽腐蚀速率最低。这很可能是在该温度区间过电压（这时氢的过电压较25℃时要低70 mV左右）得到了较好的控制，使槽电压处于较低值，从而达到了延缓电解槽腐蚀的目的。

2.3 阴极液中NaOH浓度对电解槽阴极部件腐蚀速率的影响

实验选择在模拟氯碱生产电解槽阴极部件所处介质环境中，考察了不同NaOH浓度阴极液下阴极部件的腐蚀速率，结果见表3。

表3 阴极部件在模拟氯碱生产腐蚀环境中不同NaOH浓度阴极液中的腐蚀实验结果

由表3可知，当阴极液中NaOH的质量分数为8%～12%时，电解槽阴极部件的腐蚀速率最低。其原因可能是阴极液的NaOH浓度在该阶段时，既能减少OH-向阳极室迁移和负反应造成的氧含量增加，还可以提高电解电流效率和膜的寿命，从而实现减少和延缓阴极部件所用碳钢的腐蚀。

2.4 阳极液中pH对电解槽阳极部件腐蚀速率的影响

实验选择在模拟氯碱生产电解槽阳极部件所处介质环境中，考察了不同pH阳极液下阳极部件的腐蚀速率，结果见表4。

表4 阳极部件在模拟氯碱生产腐蚀环境中不同pH阳极液中的挂片腐蚀实验结果

由表4可知，阳极液pH在4.0以下时，电解槽阳极部件的腐蚀速率都较低。电解槽阳极部件在氯碱生产腐蚀环境中的腐蚀主要表现为阳极片钛法兰处的缝隙腐蚀，当阳极液pH在4.0以下时，不仅可以有效地降低阳极液中游离氯的含量，同时还可以中和从阴极液反迁过来的OH-，在一定程度上抑制了阳极副反应的发生，从而达到了延缓阳极部件钛法兰处缝隙腐蚀的目的。

2.5 槽温对电解槽钢衬玻璃钢槽盖腐蚀速率的影响

实验选择在模拟氯碱生产电解槽槽盖所处介质环境中，考察了不同槽温下电解槽钢衬玻璃钢槽盖的腐蚀速率，结果见表5。由表5可知，温度在其变化范围内任意调整，电解槽钢衬玻璃钢槽盖的腐蚀都是很严重的，其腐蚀曲线基本上呈一条直线。结果表明，槽盖在所处的介质环境中被腐蚀的原因除了恶劣的化学环境外，其他的主要原因是杂散电流，而非温度因素。

表5 玻璃钢槽盖在模拟氯碱生产腐蚀环境中不同槽温下的挂片腐蚀实验结果

3 结果与讨论

根据研究结果可知，采用隔膜电解技术生产氯碱产品，其金属阳极电解槽的腐蚀是可以通过精心管理得到控制的。要在现有氯碱生产介质环境下减少和延缓电解槽的腐蚀，可以采取以下防护措施:1）电解槽的内衬防腐蚀材料采用由自硫化丁基橡胶、乙烯基酯树脂和玻璃磷片制作的玻璃钢；2）在生产中，将电解槽的槽温控制在85～90℃、阴极液中NaOH的质量分数控制在8%～12%、阳极液pH控制在4.0以下；3）制定电解槽钢衬玻璃钢槽盖的防腐措施，首先不要去考虑如何控制介质温度和pH，而是需从材质的选择着手，要选择耐蚀性能好的材质，生产中控制好运行电流，尽量减少杂散电流产生。

［1］ 高旭东.2012年国内氯碱形势综述［J］.氯碱工业，2013，49（6）: 1-11.

［2］ 张晶.扩张金属阳极电解槽阴极结构改进［J］.氯碱工业，2007，43（8）:17-18.

［3］ 刘金华.氯碱生产中的腐蚀与防护［J］.中国氯碱，2008（2）:35-38.

Discussion and investigation of corrosion and protection of metal anode electrolytic tank for chlor-alkali production

Zeng Fengchun，Xie Wanru，Ren Wang，Zheng Xingwen，Zeng Jun
（College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Sichuan University of Science and Engineering，Zigong 643033，China）

The corrosion of metal anode electrolytic tank seriously affects the safety of total equipment，and the yield and quality of chlor-alkali production.This study simulated the basic or acid condition of chlor-alkali production，and revealed the corrosion behavior of electrolytic tank and its influences by weight-loss method.The experimental results showed that in the chlor-alkali production environment，when the cell temperature was at 85～90℃，the catholyte NaOH mass fraction between 8%～12%，and the anode solution pH was below 4，the corrosion rate of the electrolytic tank was at the lowest.On this basis，a practicable method was put forward to protect electrolytic tank against corrosion.

chlor-alkali；metal anode electrolytic tank；corrosion；protection

TQ114

A

1006-4990（2015）05-0045-03

2014-11-13

曾凤春（1964— ），女，教授，主要从事应用化学研究，已公开发表文章20余篇。

材料腐蚀与防腐四川省重点实验室开放基金项目（2011CL07）。

联系方式：zfchunzg@126.com