我国氯碱工业的发展
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我国氯碱工业的发展
我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂(现上海天原化工厂的前身),日产烧碱2t。到1949年解放时,全国只有少数几家氯碱厂,烧碱年产量仅1.5万吨,氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。
近年来,我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990年,烧碱产量达331万吨,仅次于美国和日本,位于世界第三位。1995年,烧碱产量达496万吨,其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨,占总产量的11.3%。预计到2000年,烧碱年产量将达540万吨,其中用离子膜电解法生产的将达180万吨,占33.3%。
离子交换膜法制烧碱
目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究,80年代开始工业化生产。
离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质,即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,也就是说只允许Na+通过,而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽(包括16个单元槽)。
精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。通电时,H2O在阴极表面放电生成H2,Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室,导出的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出,可重新用于配制食盐水。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示:
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有泥沙,
精制食盐水时经常进行以下措施
(1)过滤海水
(2)加入过量氢氧化钠,去除钙、镁离子,过滤
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)加入过量氯化钡,去除硫酸根离子,过滤
Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓
(4)加入过量碳酸钠,去除钙离子、过量钡离子,过滤
Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓
Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓
(5)加入适量盐酸,去除过量碳酸根离子
2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O
(6)加热驱除二氧化碳
(7)送入离子交换塔,进一步去除钙、镁离子
(8)电解
2NaCl+2H2O=(通电)H2↑+Cl2↑+2NaOH
离子交换膜法制碱技术,具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点,是氯碱工业发展的方向。