离子膜电解槽电压的影响因素

2022-11-04邱紫奇焦银胜

氯碱工业 2022年6期

关键词：电解槽阳极盐水

邱紫奇，焦银胜

(航锦锦西氯碱化工有限公司，辽宁葫芦岛 125001)

离子膜电解工艺是目前市面上生产烧碱的主要工艺，槽电压是衡量电解槽运行状况的重要指标之一，它的变化直接反映电解槽的运行状况。

1 离子膜使用时间对槽电压的影响

随着离子膜电解槽运行时间延长，单槽加酸量增加，氯气纯度降低，出槽淡盐水中游离氯、氯酸盐含量升高,槽温升高,离子膜表面鼓泡，槽压也呈上升趋势。

表1为相同运行负荷下电解槽更换离子膜前后各项指标变化对比数据。

表1 相同运行负荷下电解槽更换离子膜前后各项指标变化Table 1 Change in each index of electrolyzers before and after replacement ofion-exchange membrane under the same operating load

通过表1数据可以看出：更换全新离子膜的电解槽其槽压下降明显。目前航锦锦西氯碱化工有限公司(以下简称“航锦氯碱”)离子膜更换周期为3～4年，阴、阳极电极涂层的寿命一般在8 年，第2次更换离子膜时就要同步更换阴阳极电极网。

2 液碱浓度对槽电压的影响

烧碱质量分数通常在30%～33%。随着产物烧碱浓度的升高，膜中含水降低，引起膜电压降升高，槽电压升高。同时膜的电阻率、阴极液电阻随烧碱浓度升高而升高，导致槽电压升高。

3 两极间距对槽电压的影响

缩小两极间距离，溶液电压降随之降低，槽电压相应降低。针对因两级间距大引起的槽压升高问题，多采用改造膜极距组装膜极距电解槽的方式来降低槽压。膜极距改造是在原有的阴极网上加一层弹性镍丝网，并在其上增加一层有活性的涂层、光滑的镍覆盖网，让离子膜与电极更完美的贴合，以此来降低电解液的欧姆电压，实现降低电解槽电压的目的。表2为膜极距改造前后电解槽各项指标变化对比数据。

表2 膜极距改造前后电解槽各项指标变化Table 2 Change in each index of electrolyzersbefore and after zero gap remodeling

通过表2数据可以发现：膜极距改造后电解槽槽压明显下降。

4 阴、阳极液循环量对槽电压的影响

大多数电解槽内部存在气泡效应，对槽电压的影响也很明显。当阴极液循环量降低，电解槽内液体夹带气泡量增加，附着在离子膜以及电极上的气泡数量随之增加，槽电压也随之升高。阴、阳极液循环量过大会使离子膜加剧震动，缩短膜的使用寿命。因此，循环量应控制在合理范围。

使用改性处理的膜组装的膜极距电解槽中，离子膜经过亲水处理，气泡不容易附着，相应的气泡效应的影响减少。因此改变阴、阳极液循环量对膜极距电解槽电压的影响极小。

5 温度对槽电压的影响

电解温度和电解液温度均对槽压有影响。槽温升高，膜的孔隙增大，膜导电度增加，槽电压降低；同时电解液的电导度提高，溶液电压降降低。总体来看，随着槽温升高，槽电压呈下降趋势。根据近几年电解运行数据显示，槽温每增减1 ℃，离子膜的折标直流电耗相应减增6 kW·h/ t。温度过高，超过90 ℃时，导致汽/水比例增加，电压也会升高，加速电极的腐蚀。因此在日常生产中槽温一般控制在85～90 ℃，不超过90 ℃。

6 盐水中杂质对槽电压的影响

离子膜法制碱技术中，进入电解槽的盐水质量是关键。原盐中存在大量的Ca2+、Mg2+等金属离子，由于离子交换膜具有选择和透过溶液中阳离子的特性，它能选择和透过盐水中的Na+，其他金属离子如Ca2+、Mg2+也同样能透过，当Ca2+、Mg2+等其他金属阳离子透过离子交换膜与少量的从阴极室反迁移来的0H-生成氢氧化物沉淀，会堵塞离子膜的微孔，增加膜电阻，槽电压升高。

为降低或避免因盐水中杂质对电解槽压造成影响，在盐水进入电解槽之前设置了陶瓷膜工艺对盐水进行处理，并将精制过的盐水通过螯合树脂进行进一步的离子交换精制，最终满足要求的盐水方可上槽参与生产。

7 阳极液pH值对槽电压的影响

目前航锦氯碱使用的离子膜是由四氟羧酸生成的共聚物，因—COONa的存在使膜具有优良的特性，但如果变为—COOH型，就失去原有的功能。向阳极液加酸，控制阳极液pH值可以将反渗过来的OH-除去。所以，阳极液pH值应控制超过2，否则膜内部会因出现水泡而被破环，使膜电阻升高，槽电压急剧上升，同时pH值也不能高于3.0，否则，从阳极室反迁移过来的OH-不能被完全中和，使阳极电流效率降低、氯气纯度降低。日常生产运行过程中阳极液pH值一般控制在2～2.5。