氯碱生产工艺方法研究论文

1.隔膜法电解在立式隔膜电解槽中进行，如图 a所示。电解槽的阳极用涂有tiO 2 － RuO 2 涂层的钛或石墨制成，阴极由铁丝网制成，网上附着一层石棉绒做隔膜，这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。将已除去Ca 2+ 、Mg2+ 、下两种电离方程：NaCl =Na+ + Cl-H2O= （可逆）H+ + OH-所以，食盐水中含有Na+ 、H+ 、Cl- 和OH- 四种离子。当接通电源后，在电场的作用下，带负电的Cl-和 OH- 移向阳极，带正电的Na+和H+移向阴极，在这种条件下，电极上发生如下反应：在阳极 2Cl - － 2e= Cl 2 ↑在阴极 2H + + 2e=H 2 ↑即在阳极室放出 Cl 2 ，阴极室放出 H 2。由于阴极上有隔膜，而且阳极室的液位比阴极室高，所以可以阻止 H 2 跟 Cl 2 混合，以免引起爆炸。由于H+不断放电，破坏了水的电离平衡，促使水不断电离，造成溶液中 OH - 的富集。这样在阴极室就形成了NaOH溶液，它从阴极室底部流出。电解食盐水的总反应可以表示如下：2NaCl+2H2O= 2NaOH+H 2 ↑+ Cl 2 ↑用这种方法生产的碱液比较稀，其中含有多量未电解的NaCl，需要经过分离、浓缩，才能得到固态NaOH。2. 双电解池法（Diaphragm cell）该方法类似于隔膜法，但是把反应分在两个电解池中反应 。这样进一步避免了氯气和氢氧化钠的反应。这样合成的氯气含有少量的氧气 。3. 水银电解池法（Castner–Kellner process） 以上的电解池得到的氢氧化钠中都含有微量的氯化钠，而水银电解池法则可以合成完全不含氯化钠的氢氧化钠。如图所示，水银电解池法把两种电解质用水银隔开。阳极放置在饱和食盐水中，阴极放置在氢氧化钠溶液中。通电时，氯离子被阳极氧化：2Cl - － 2e= Cl 2 ↑钠离子则在水银中被还原。Na++e-=Na由于钠离子可溶于水银，并且水银阻止钠与水反应，所以会形成钠汞合金。在含有氢氧化钠的电解池中，钠汞合金成了阳极，钠重新被氧化：Na=Na++e-水则在阴极被还原成氢气和氢氧根离子：2H2O+2e-=H2+2OH-这种方法曾一度被用来广泛生产氯气和氢氧化钠。然而，该装置需要使用大量的水银，不但成本昂贵，而且有一定的隐患。曾经在加拿大（安大略）和日本（水俣）发生的大规模的汞中毒（水俣病）事件 ，就与水银电解池法有关。目前，该方法使用的水银在一些国家已经被其他物质取代。

离子交换膜法制烧碱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+2H2OMgCO3+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。