化學(xué)工藝學(xué)潘鴻章版 第八章氯堿

1、1 我國(guó)氯堿工業(yè)發(fā)展概況我國(guó)氯堿工業(yè)發(fā)展概況一、氯堿工業(yè)的起步：一、氯堿工業(yè)的起步：氯堿工業(yè)是生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣的基本化學(xué)工業(yè)。它不僅為化學(xué)工業(yè)提氯堿工業(yè)是生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣的基本化學(xué)工業(yè)。它不僅為化學(xué)工業(yè)提供原料，其產(chǎn)品還廣泛用于農(nóng)業(yè)及冶金、造紙、紡織、印染、食品、電子等供原料，其產(chǎn)品還廣泛用于農(nóng)業(yè)及冶金、造紙、紡織、印染、食品、電子等工業(yè)部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位。工業(yè)部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位。燒堿生產(chǎn)有石灰純堿法和電解法兩種。石灰純堿法是將純堿溶液與石灰乳燒堿生產(chǎn)有石灰純堿法和電解法兩種。石灰純堿法是將純堿溶液與石灰乳反應(yīng)生成氫氧化鈉和碳酸鈣，由于反應(yīng)需要加熱，因此又將

2、氫氧化鈉叫做燒反應(yīng)生成氫氧化鈉和碳酸鈣，由于反應(yīng)需要加熱，因此又將氫氧化鈉叫做燒堿，此法又叫苛化法。堿，此法又叫苛化法。NaNa2 2O O3 3CaCa（OH)OH)2 22NaOH + CaCO2NaOH + CaCO3 318071807年，年，英國(guó)化學(xué)家戴維最早開始電解熔融氯化鈉的研究，為后來的水銀法英國(guó)化學(xué)家戴維最早開始電解熔融氯化鈉的研究，為后來的水銀法電解制堿打下了基礎(chǔ)。電解制堿打下了基礎(chǔ)。19世紀(jì)末，大型直流發(fā)電機(jī)制造成功，提供了大功率世紀(jì)末，大型直流發(fā)電機(jī)制造成功，提供了大功率的直流電源，電解法得以發(fā)展。在此前后，隔膜法和水銀法相繼出現(xiàn)。的直流電源，電解法得以發(fā)展。在此前后，

3、隔膜法和水銀法相繼出現(xiàn)。 二、我國(guó)氯堿工業(yè)的發(fā)展：二、我國(guó)氯堿工業(yè)的發(fā)展： 我國(guó)的氯堿工業(yè)開始于我國(guó)的氯堿工業(yè)開始于20世紀(jì)世紀(jì)20年代末。愛國(guó)實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初年代末。愛國(guó)實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初1929年在上海集資創(chuàng)年在上海集資創(chuàng)辦了天原電化廠，這是我國(guó)第一個(gè)氯堿廠。辦了天原電化廠，這是我國(guó)第一個(gè)氯堿廠。 新中國(guó)成立后，氯堿工業(yè)迅速發(fā)展。六十年代初期，我國(guó)又實(shí)現(xiàn)了用立式吸附隔膜電新中國(guó)成立后，氯堿工業(yè)迅速發(fā)展。六十年代初期，我國(guó)又實(shí)現(xiàn)了用立式吸附隔膜電解槽更換水平隔膜電解槽的過程，使全國(guó)的燒堿產(chǎn)量增長(zhǎng)了解槽更換水平隔膜電解槽的過程，使全國(guó)的燒堿產(chǎn)量增長(zhǎng)了3 3倍多。倍多。 1974年，我國(guó)首批金屬陽極隔膜電

4、解槽在上海投產(chǎn)，單槽產(chǎn)量可提高一倍。年，我國(guó)首批金屬陽極隔膜電解槽在上海投產(chǎn)，單槽產(chǎn)量可提高一倍。1977年，年，我國(guó)決定逐步以這種電解槽取代石墨陽極隔膜電解槽。通過這兩次革新，我國(guó)決定逐步以這種電解槽取代石墨陽極隔膜電解槽。通過這兩次革新，到到19831983年的燒年的燒堿產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、日本、蘇聯(lián)，居世界第堿產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、日本、蘇聯(lián)，居世界第5 5位；氯產(chǎn)品已有位；氯產(chǎn)品已有7070多種；此后，多種；此后，我國(guó)又逐步采用了離子交換膜技術(shù)，使全國(guó)的燒堿從產(chǎn)量到技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階。我國(guó)又逐步采用了離子交換膜技術(shù)，使全國(guó)的燒堿從產(chǎn)量到技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階。2003年中

5、國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步提速，年中國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步提速，GDP增速保持在年平均增速保持在年平均10%以上的增長(zhǎng)速度。尤其是在以上的增長(zhǎng)速度。尤其是在逐漸升溫的房地產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)下，促使逐漸升溫的房地產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)下，促使PVC產(chǎn)品顯現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)，在聚氯乙烯巨大的利產(chǎn)品顯現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)，在聚氯乙烯巨大的利潤(rùn)驅(qū)動(dòng)下，原有氯堿企業(yè)不斷擴(kuò)大產(chǎn)能。潤(rùn)驅(qū)動(dòng)下，原有氯堿企業(yè)不斷擴(kuò)大產(chǎn)能。2004-2005年成為氯堿行業(yè)擴(kuò)能較為密集的年成為氯堿行業(yè)擴(kuò)能較為密集的一年，中西部地區(qū)涌現(xiàn)了一批具有資源優(yōu)勢(shì)的氯堿企業(yè)。一年，中西部地區(qū)涌現(xiàn)了一批具有資源優(yōu)勢(shì)的氯堿企業(yè)。到到20052005年全國(guó)燒堿生產(chǎn)超過了年全國(guó)燒堿生產(chǎn)超過了12001200

6、萬噸年，居世界第二位。萬噸年，居世界第二位。 2006年燒堿進(jìn)入了投產(chǎn)高峰期，產(chǎn)量達(dá)到年燒堿進(jìn)入了投產(chǎn)高峰期，產(chǎn)量達(dá)到1512萬噸，萬噸，躍居世界首位。全球性金融危機(jī)在躍居世界首位。全球性金融危機(jī)在2008年下半年爆發(fā)，我國(guó)氯堿企業(yè)同國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)年下半年爆發(fā)，我國(guó)氯堿企業(yè)同國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)一樣，陷入經(jīng)營(yíng)困境。據(jù)中國(guó)氯堿網(wǎng)在一樣，陷入經(jīng)營(yíng)困境。據(jù)中國(guó)氯堿網(wǎng)在2008年年10月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全國(guó)月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全國(guó)65家主要家主要的聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)中，開工率能夠維持在正常水平的只有的聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)中，開工率能夠維持在正常水平的只有18家。企業(yè)面對(duì)過大的庫存家。企業(yè)面對(duì)過大的庫存壓力只能通過限產(chǎn)甚

7、至停車來進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓力只能通過限產(chǎn)甚至停車來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 三、氯產(chǎn)品的開發(fā)研制：三、氯產(chǎn)品的開發(fā)研制：主要有無機(jī)氯產(chǎn)品、有機(jī)氯產(chǎn)品。主要有無機(jī)氯產(chǎn)品、有機(jī)氯產(chǎn)品。當(dāng)前我國(guó)石油和化工行業(yè)出口形勢(shì)雖有所好轉(zhuǎn)，但氯堿行業(yè)的產(chǎn)品出口形勢(shì)當(dāng)前我國(guó)石油和化工行業(yè)出口形勢(shì)雖有所好轉(zhuǎn)，但氯堿行業(yè)的產(chǎn)品出口形勢(shì)依然嚴(yán)峻。依然嚴(yán)峻。 2012年，全國(guó)燒堿產(chǎn)量年，全國(guó)燒堿產(chǎn)量2698.6萬噸，同比去年萬噸，同比去年2466.2萬噸萬噸增長(zhǎng)增長(zhǎng)9.4%. 在技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)成功研制在技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)成功研制105立方米、立方米、108立方米和立方米和110立方米立方米PVC聚合釜，結(jié)束我國(guó)大型聚合釜，結(jié)束我國(guó)大型PVC聚合

8、釜依賴進(jìn)口的歷史。氯堿企業(yè)重視干聚合釜依賴進(jìn)口的歷史。氯堿企業(yè)重視干法乙炔、低汞觸媒等新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，在電石渣、廢鹽酸、含汞廢水等法乙炔、低汞觸媒等新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，在電石渣、廢鹽酸、含汞廢水等“三廢三廢”的循環(huán)回收利用方面也取得較好的成效。的循環(huán)回收利用方面也取得較好的成效。2008年北化機(jī)生產(chǎn)的膜年北化機(jī)生產(chǎn)的膜極距離子膜電解槽開始在企業(yè)進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，節(jié)電效果顯著。極距離子膜電解槽開始在企業(yè)進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，節(jié)電效果顯著。2009年，年，我國(guó)開始研發(fā)我國(guó)開始研發(fā)“氧陰極低槽電壓離子膜法電解制燒堿技術(shù)氧陰極低槽電壓離子膜法電解制燒堿技術(shù)”，將實(shí)現(xiàn)每噸堿，將實(shí)現(xiàn)每噸堿節(jié)電節(jié)電20%的效果。的

9、效果。 目前，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿的發(fā)展十分迅速。目前，離子膜法生產(chǎn)能目前，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿的發(fā)展十分迅速。目前，離子膜法生產(chǎn)能 629.2 萬噸年，占國(guó)內(nèi)燒堿總產(chǎn)量的萬噸年，占國(guó)內(nèi)燒堿總產(chǎn)量的44.48。 99年年6月，包頭黃河化工萬噸離子交換膜投資月，包頭黃河化工萬噸離子交換膜投資64萬元建成使用。萬元建成使用。2 電解食鹽水溶液的理論原理電解食鹽水溶液的理論原理一、電解過程的主反應(yīng)和副反應(yīng)：一、電解過程的主反應(yīng)和副反應(yīng)：氯化鈉是一種強(qiáng)的電解質(zhì)氯化鈉是一種強(qiáng)的電解質(zhì),在溶液過程在溶液過程,氯化鈉晶體中的鈉離子和氯離子受水分子氯化鈉晶體中的鈉離子和氯離子受水分子作用直接進(jìn)入溶液中作用直接進(jìn)入溶液

10、中.在外電場(chǎng)作用下在外電場(chǎng)作用下,鈉離子向陰極遷移鈉離子向陰極遷移,氯離子向陽極遷移氯離子向陽極遷移,使電流在氯化鈉溶液中通使電流在氯化鈉溶液中通過過.在陽極（石墨或金屬陽極）上發(fā)生氧化反應(yīng)，即陽極主反應(yīng)為：在陽極（石墨或金屬陽極）上發(fā)生氧化反應(yīng)，即陽極主反應(yīng)為：水是一種弱電解質(zhì)，它的離解度很小，它離解為水是一種弱電解質(zhì)，它的離解度很小，它離解為2H OHOH( )()()NaCL sNaaqCL aq1.電解過程的主反應(yīng)：電解過程的主反應(yīng)：2CL - 2 e CL 2在陰極上（如鐵陰極）發(fā)生還原反應(yīng)，即陰極主反應(yīng)為：在陰極上（如鐵陰極）發(fā)生還原反應(yīng)，即陰極主反應(yīng)為：222HeH由于氫離子放電

11、，陰極室中原來的水的離解平衡受到破壞，使氫氧根離子積由于氫離子放電，陰極室中原來的水的離解平衡受到破壞，使氫氧根離子積聚起來。聚起來。NaOHNaOH2.電解過程的副反應(yīng)：電解過程的副反應(yīng)：（1）陽極副反應(yīng)：）陽極副反應(yīng)：22CLH OHCLHCLO危害：消耗產(chǎn)品危害：消耗產(chǎn)品當(dāng)陽極附近有當(dāng)陽極附近有NaOH時(shí)，則又有副反應(yīng)：時(shí)，則又有副反應(yīng)：危害：促使氯氣繼續(xù)溶解，增加危害：促使氯氣繼續(xù)溶解，增加氯氣的消耗。氯氣的消耗。此外，氯酸根離子還會(huì)在陽極上放電，發(fā)生以下副反應(yīng)：此外，氯酸根離子還會(huì)在陽極上放電，發(fā)生以下副反應(yīng)：2321268312CLOH OHCLOHCLOe22NaOHHCLNaC

12、L H ONaOHHCLONaCLO H O332NaOHHCLONaCLOH O2321268312CLOHO HCLOHCLOeOH-如果遷移到陽極附近，也會(huì)在陽極上放電：如果遷移到陽極附近，也會(huì)在陽極上放電：23263 363 6241.5OHOH OeOCLOCLOCLO（2）陰極副反應(yīng)：）陰極副反應(yīng)：陰極副反應(yīng)主要由陽極過來的少量的氯酸根離子和高氯酸根離子所引起的。陰極副反應(yīng)主要由陽極過來的少量的氯酸根離子和高氯酸根離子所引起的。22CLOHH OCL3263CLOHH OCL副反應(yīng)的危害：降低產(chǎn)品的純度，降低產(chǎn)量，消耗電能。副反應(yīng)的危害：降低產(chǎn)品的純度，降低產(chǎn)量，消耗電能。二、理論

13、分解電壓和槽電壓：二、理論分解電壓和槽電壓：1.理論分解電壓：和原電池的電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反。理論分解電壓：和原電池的電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反。分解電壓是使物質(zhì)在電極上析出時(shí)所需外加的最小電壓。分解電壓要大于理分解電壓是使物質(zhì)在電極上析出時(shí)所需外加的最小電壓。分解電壓要大于理論分解電壓。論分解電壓。分解電壓理論分解電壓分解電壓理論分解電壓+極化電勢(shì)極化電勢(shì)極化電勢(shì)與放電離子的性質(zhì)和電極材料等因素有關(guān)，電解同一物質(zhì)，電極材極化電勢(shì)與放電離子的性質(zhì)和電極材料等因素有關(guān)，電解同一物質(zhì)，電極材料不同，極化電勢(shì)也不相同。某物質(zhì)在確定電極材料上的極化電勢(shì)可從有關(guān)料不同，極化電勢(shì)也不相同。某物質(zhì)在確定電

14、極材料上的極化電勢(shì)可從有關(guān)手冊(cè)上查得。手冊(cè)上查得。電解食鹽水溶液的原電池的電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算如書電解食鹽水溶液的原電池的電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算如書200頁。頁。E2.17V2.槽電壓：實(shí)際生產(chǎn)中加在電解槽兩端的電壓。槽電壓：實(shí)際生產(chǎn)中加在電解槽兩端的電壓。槽電壓由四部分組成：槽電壓由四部分組成：（1）理論分解電壓：對(duì)食鹽水溶液的電解，）理論分解電壓：對(duì)食鹽水溶液的電解，E2.17V，這部分的大小不，這部分的大小不可降低。可降低。（2）過電勢(shì)（超電壓）：此部分由離子放電的內(nèi)因決定，不可避免，但）過電勢(shì)（超電壓）：此部分由離子放電的內(nèi)因決定，不可避免，但大小可調(diào)節(jié)，如在一定的電流下，降低電流密度、升高溫度均可降低

15、大小可調(diào)節(jié)，如在一定的電流下，降低電流密度、升高溫度均可降低氫氣和氯氣的過電勢(shì)。氫氣和氯氣的過電勢(shì)。（3）電解質(zhì)溶液中的電壓損失：）電解質(zhì)溶液中的電壓損失： 電解質(zhì)溶液本身的電阻所引起的電壓損失。電解質(zhì)溶液本身的電阻所引起的電壓損失。如果電解質(zhì)溶液的電阻用如果電解質(zhì)溶液的電阻用R來表示，則來表示，則 是溶液的比電導(dǎo)，是當(dāng)兩極相距是溶液的比電導(dǎo)，是當(dāng)兩極相距1cm，電極面積，電極面積1cm2時(shí)溶液的電導(dǎo)。時(shí)溶液的電導(dǎo)。L是兩極間的距離，是兩極間的距離，A是導(dǎo)體的面積。是導(dǎo)體的面積。VIRlRAIllVjA j為電流密度為電流密度由此式可見，降低由此式可見，降低V值，可采用縮短兩極間的距離值，可采

16、用縮短兩極間的距離L、降低電流密度、增大、降低電流密度、增大值的方法，而值的方法，而又與溶液的溫度和濃度成正比，所以又與溶液的溫度和濃度成正比，所以降低電解質(zhì)溶液的電壓損降低電解質(zhì)溶液的電壓損失可采用兩極間距離較短的、電流密度較小的電解槽來電解高溫、高濃度的失可采用兩極間距離較短的、電流密度較小的電解槽來電解高溫、高濃度的電解液。電解液。 (4)金屬導(dǎo)體中的電壓損失：金屬導(dǎo)體中的電壓損失：以上四部分之和就是槽電壓。不同的電解槽，槽電壓的大小也不同。氯以上四部分之和就是槽電壓。不同的電解槽，槽電壓的大小也不同。氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，降低生產(chǎn)成本的有效措施之一就是降低槽電壓。堿工業(yè)生產(chǎn)中，降低生產(chǎn)成本的

17、有效措施之一就是降低槽電壓。堿蝕不銹鋼網(wǎng)活性陰極，使槽電壓下降約0.1V；活性陰極涂層采用陰極箱整體電鍍、沉積新技術(shù)，使30金屬陽極電槽陰極電位下降約0.150.20V；NiRL活性陰極，Ni底層、NiRu表層碳鋼活性陰極，Co3O4內(nèi)稟活性陰極在一些廠家使用，可使槽電壓下降0.050.10V。使用活性陰極降低槽電壓按0.1V計(jì)算，可使燒堿直流電單耗下降70kWh/(t堿)。 三、電流效率和電能消耗的計(jì)算：三、電流效率和電能消耗的計(jì)算：1.電解過程所需的理論電量：電解過程所需的理論電量：根據(jù)法拉第定律，對(duì)根據(jù)法拉第定律，對(duì)A1B1型電解質(zhì)，要析出型電解質(zhì)，要析出1摩爾物質(zhì)需要摩爾物質(zhì)需要965

18、00庫侖庫侖 電量，即電量，即1法拉第電量，法拉第電量，1F96500庫侖（庫侖（A.S）96500/3600=26.8A.h即每通過即每通過26.8 A.h的電量，就可析出的電量，就可析出1摩爾物質(zhì)，那么，每通過摩爾物質(zhì)，那么，每通過1 A.h的電量所析出的物質(zhì)就稱為電化當(dāng)量：的電量所析出的物質(zhì)就稱為電化當(dāng)量：設(shè)電解時(shí)通過的電量為設(shè)電解時(shí)通過的電量為QA.H，極化當(dāng)量為，極化當(dāng)量為k，則電極上析出的物質(zhì)的，則電極上析出的物質(zhì)的量量即電解時(shí)的理論產(chǎn)量即電解時(shí)的理論產(chǎn)量Mk Q。26.8物質(zhì)的摩爾質(zhì)量2.電流效率：電流效率： 決定電解生產(chǎn)是否經(jīng)濟(jì)最重要的條件是生產(chǎn)每單位重量產(chǎn)品的電能消耗，決定電

19、解生產(chǎn)是否經(jīng)濟(jì)最重要的條件是生產(chǎn)每單位重量產(chǎn)品的電能消耗， 與電能消耗直接有關(guān)的是電流利用率，即電流效率與電能消耗直接有關(guān)的是電流利用率，即電流效率 100%實(shí)際產(chǎn)量理論產(chǎn)量設(shè)電解過程的實(shí)際產(chǎn)量設(shè)電解過程的實(shí)際產(chǎn)量=M，通過的電量，通過的電量Q=I t，電化當(dāng)量為，電化當(dāng)量為 ，則理，則理論產(chǎn)量論產(chǎn)量=Q =I t kMM/ 100%=100%100%IItQQ理論實(shí)際t3.電能消耗：電能消耗：QIW=10001000t若電解產(chǎn)物的電化當(dāng)量若電解產(chǎn)物的電化當(dāng)量kg/Ah及電流效率及電流效率為已知，則每析出為已知，則每析出1 1噸電噸電解產(chǎn)物所需電量為：解產(chǎn)物所需電量為：1000 1000100

20、0W=1000第三節(jié)第三節(jié) 食鹽水溶液電解方法及其進(jìn)展食鹽水溶液電解方法及其進(jìn)展 電解食鹽水溶液時(shí)，陰極產(chǎn)生了氫氧化鈉、氫氣，陽極產(chǎn)生了氯氣。為電解食鹽水溶液時(shí)，陰極產(chǎn)生了氫氧化鈉、氫氣，陽極產(chǎn)生了氯氣。為了防止氫氧化鈉移向陽極，以及氫氣與氯氣的混合，生產(chǎn)上采取了多種措了防止氫氧化鈉移向陽極，以及氫氣與氯氣的混合，生產(chǎn)上采取了多種措施，根據(jù)這些措施，食鹽水溶液的電解分為三種：隔膜法、水銀法、離子施，根據(jù)這些措施，食鹽水溶液的電解分為三種：隔膜法、水銀法、離子交換膜法，而且隔膜法又分為石墨陽極法與金屬陽極法兩種。交換膜法，而且隔膜法又分為石墨陽極法與金屬陽極法兩種。一、陽極與陰極材料：一、陽極與

21、陰極材料： 根據(jù)這些條件，只有鉑和石墨符合要求，而且鉑最好，但其價(jià)格貴，根據(jù)這些條件，只有鉑和石墨符合要求，而且鉑最好，但其價(jià)格貴，因而一般都采用人造石墨作陽極，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)氯完全穩(wěn)定，易于加工，因而一般都采用人造石墨作陽極，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)氯完全穩(wěn)定，易于加工，價(jià)格便宜；但作為陽極，它會(huì)發(fā)生下列副反應(yīng)而使自身得到消耗：價(jià)格便宜；但作為陽極，它會(huì)發(fā)生下列副反應(yīng)而使自身得到消耗：1.陽極材料：陽極材料：電解槽的陽極是與濕的氯氣新生態(tài)的氧氣、鹽酸及次氯酸等直接接觸的，電解槽的陽極是與濕的氯氣新生態(tài)的氧氣、鹽酸及次氯酸等直接接觸的，這些物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)活潑，腐蝕性很強(qiáng)，陽極材料應(yīng)具備下列特性：這些物質(zhì)的化

22、學(xué)性質(zhì)活潑，腐蝕性很強(qiáng)，陽極材料應(yīng)具備下列特性：耐腐蝕性；容易讓氯離子放電，即氯離子在這咱上的過電壓應(yīng)很??；耐腐蝕性；容易讓氯離子放電，即氯離子在這咱上的過電壓應(yīng)很??；具有良好的導(dǎo)電性；較好的機(jī)械強(qiáng)度，易于加工。具有良好的導(dǎo)電性；較好的機(jī)械強(qiáng)度，易于加工。222COCOHCLOCHCLCO2HCLOC2HCLCO所以它的壽命較短，所以它的壽命較短，7-8個(gè)月就要更換。個(gè)月就要更換。 金屬陽極金屬陽極: 以鈦為基體，在其外表面涂二氧化釕及二氧化鈦形成的。金屬鈦是成膜金以鈦為基體，在其外表面涂二氧化釕及二氧化鈦形成的。金屬鈦是成膜金屬，其表面易形成防腐鈍化膜，可耐氯、堿腐蝕，導(dǎo)電性能好，強(qiáng)度大，屬

23、，其表面易形成防腐鈍化膜，可耐氯、堿腐蝕，導(dǎo)電性能好，強(qiáng)度大，機(jī)械加工性能好，但它在鈍化時(shí)表面形成的致密氧化膜電阻很大，致使槽機(jī)械加工性能好，但它在鈍化時(shí)表面形成的致密氧化膜電阻很大，致使槽電壓升高，為了降低電解時(shí)的槽電壓，涂上一層氧化鈦和鉑族金屬的氧化電壓升高，為了降低電解時(shí)的槽電壓，涂上一層氧化鈦和鉑族金屬的氧化物，。經(jīng)過煅燒，這些氧化薄膜形成固溶體，降低了鈦氧化膜的電阻，使物，。經(jīng)過煅燒，這些氧化薄膜形成固溶體，降低了鈦氧化膜的電阻，使鈦成為具有壽命長(zhǎng)、工作電壓低的陽極材料。鈦成為具有壽命長(zhǎng)、工作電壓低的陽極材料。 石墨陽極相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：石墨陽極相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(3)由于耐

24、腐蝕，使兩極間距保持不變，因而槽電壓穩(wěn)定且比較低；由于耐腐蝕，使兩極間距保持不變，因而槽電壓穩(wěn)定且比較低；(1)氯氣的過電壓低，教材氯氣的過電壓低，教材206頁表頁表8-2；(2)耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，維修工作量小：在汞電解槽耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，維修工作量?。涸诠娊獠?中可用中可用1.5-2年，在隔膜年，在隔膜電解槽中可用電解槽中電解槽中可用電解槽中4-6年；年；(4)陽極電流效率比石墨高陽極電流效率比石墨高1-2%，生產(chǎn)能力大。，生產(chǎn)能力大。2.陰極材料：陰極材料：在陰極上要析出氫氣，且與燒堿接觸，所以它應(yīng)具備以下要求：在陰極上要析出氫氣，且與燒堿接觸，所以它應(yīng)具備以下要求：(1)氫離子在其上的過電

25、壓要??；氫離子在其上的過電壓要小；(4)機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工。機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工。 (2)而堿液腐蝕；而堿液腐蝕；(3)導(dǎo)電性好；導(dǎo)電性好；鋼鐵就可滿足以上要求，所以一般就用鐵作陰極鋼鐵就可滿足以上要求，所以一般就用鐵作陰極 還有一種作陰極的材料就是汞，即水銀法，鐵作陰極，本身不參與電極反還有一種作陰極的材料就是汞，即水銀法，鐵作陰極，本身不參與電極反應(yīng)，而汞作陰極，其本身也要參與反應(yīng)，鈉離子在汞在汞陰極上放電，生應(yīng)，而汞作陰極，其本身也要參與反應(yīng)，鈉離子在汞在汞陰極上放電，生成鈉汞齊：成鈉汞齊： nNanHgeNaHg鈉汞齊流入解汞槽鈉汞齊流入解汞槽 ，與軟水作用生成高濃度的堿液和氫氣：，

26、與軟水作用生成高濃度的堿液和氫氣：22nNaHgH ONaOHHnHg這種方法制得的堿液濃度在三種方法中最大，可達(dá)這種方法制得的堿液濃度在三種方法中最大，可達(dá)42%，純度也比較高，純度也比較高，僅含微量食鹽，不需要蒸發(fā)即可作為產(chǎn)品出售，但產(chǎn)品成本高，尤其是對(duì)僅含微量食鹽，不需要蒸發(fā)即可作為產(chǎn)品出售，但產(chǎn)品成本高，尤其是對(duì)環(huán)境污染大，所以現(xiàn)在一般都不發(fā)展這種方法了。環(huán)境污染大，所以現(xiàn)在一般都不發(fā)展這種方法了。3.隔膜材料：隔膜材料：隔膜是附著在陰極上，在陰陽極之間，把帶酸性的陽極液和帶堿性的陰極隔膜是附著在陰極上，在陰陽極之間，把帶酸性的陽極液和帶堿性的陰極液分開，從而保證電解的正常進(jìn)行，因此，

27、隔膜材料必須滿足以下要求：液分開，從而保證電解的正常進(jìn)行，因此，隔膜材料必須滿足以下要求：(3)防止陰陽極液機(jī)械混合，且電阻要小。防止陰陽極液機(jī)械混合，且電阻要小。(1)既耐酸又耐堿，在長(zhǎng)期使用下能保持其強(qiáng)度；既耐酸又耐堿，在長(zhǎng)期使用下能保持其強(qiáng)度；(2)具有良好的滲透過濾性能，使鹽水維持一定的速度，均勻地透過隔膜；具有良好的滲透過濾性能，使鹽水維持一定的速度，均勻地透過隔膜；石棉隔膜，石棉隔膜的液體透過性大，陽極液壓力大于陰極液壓力，使鹽石棉隔膜，石棉隔膜的液體透過性大，陽極液壓力大于陰極液壓力，使鹽水從陽極側(cè)透過隔膜到達(dá)陰極液側(cè)，以此阻止在陰極室生成的氫氧化鈉水從陽極側(cè)透過隔膜到達(dá)陰極液側(cè)

28、，以此阻止在陰極室生成的氫氧化鈉擴(kuò)散遷移到陽極側(cè)，從而提高電流效率。所得到的陰極液是氫氧化鈉與食擴(kuò)散遷移到陽極側(cè)，從而提高電流效率。所得到的陰極液是氫氧化鈉與食鹽的混合液，把混合液蒸發(fā)濃縮，分離析出鹽，得到鹽的混合液，把混合液蒸發(fā)濃縮，分離析出鹽，得到40%氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液，這種濃堿液含食鹽約這種濃堿液含食鹽約1%-2%，是低質(zhì)量的制品。它還有一個(gè)缺點(diǎn)，很，是低質(zhì)量的制品。它還有一個(gè)缺點(diǎn)，很快就會(huì)溶脹到充滿陰陽極間的空間，防礙陽極上氯氣的離去，使槽電壓增快就會(huì)溶脹到充滿陰陽極間的空間，防礙陽極上氯氣的離去，使槽電壓增加，因此它的壽命很短，為了克服這些缺點(diǎn)，現(xiàn)又研制出了離子交換膜。加，

29、因此它的壽命很短，為了克服這些缺點(diǎn)，現(xiàn)又研制出了離子交換膜。離子交換膜是選擇性透析膜，它具有良好的選擇性，只有鈉離子和水離子交換膜是選擇性透析膜，它具有良好的選擇性，只有鈉離子和水能透過膜而進(jìn)入陰極，而陰極中的氫氧根離子則受到排斥而不能進(jìn)入陽能透過膜而進(jìn)入陰極，而陰極中的氫氧根離子則受到排斥而不能進(jìn)入陽極，陽極室的氯離子也不能進(jìn)入陰極，這樣陰極室的食鹽含量極少，使極，陽極室的氯離子也不能進(jìn)入陰極，這樣陰極室的食鹽含量極少，使氫氧化鈉純度在三種方法中是最高的。氫氧化鈉純度在三種方法中是最高的。二、工藝流程：二、工藝流程：1.水銀法：nNanHgeNaHg22nNaHgH ONaOHHnHg2.隔

30、膜法隔膜法3.離子交換膜法離子交換膜法蒸發(fā)電解堿液交流電整 流直流電化鹽鹽水精制食鹽粗鹽水精鹽水純堿氯化鋇鹽酸電 解 洗滌與輸送濕氫氣干燥與輸送濕氯氣第四節(jié)隔膜法電解食鹽水溶液的工藝流程第四節(jié)隔膜法電解食鹽水溶液的工藝流程隔膜法電解食鹽水溶液的流程包括：食鹽水的制備及凈化、隔膜法電解食鹽水溶液的流程包括：食鹽水的制備及凈化、鹽水的電解、稀堿液的蒸發(fā)、氯氣和氫氣的干燥等工序。鹽水的電解、稀堿液的蒸發(fā)、氯氣和氫氣的干燥等工序。一、食鹽水的制備及凈化：一、食鹽水的制備及凈化：1.鹽水的制備：鹽水的制備：原料：海鹽，主要成分為氯化鈉，其它還有氯化鎂、硫酸鎂、原料：海鹽，主要成分為氯化鈉，其它還有氯化鎂

31、、硫酸鎂、氯化鈣、硫酸鈣、硫酸鈉、機(jī)械雜質(zhì)及其他不溶性雜質(zhì)等。氯化鈣、硫酸鈣、硫酸鈉、機(jī)械雜質(zhì)及其他不溶性雜質(zhì)等。設(shè)備：化鹽桶、化鹽池設(shè)備：化鹽桶、化鹽池2.鹽水精制：鹽水精制：鹽水精制流程：鹽水精制流程： 雜質(zhì)危害：雜質(zhì)危害： 凈化原理：凈化原理：鹽水的精制主要包括以下步驟鹽水的精制主要包括以下步驟溶化原鹽：原鹽的溶解在溶鹽桶中進(jìn)行，化鹽用水來自于溶化原鹽：原鹽的溶解在溶鹽桶中進(jìn)行，化鹽用水來自于清洗鹽泥的淡鹽水和蒸發(fā)工段的含堿鹽水清洗鹽泥的淡鹽水和蒸發(fā)工段的含堿鹽水粗鹽水的精制：在反應(yīng)桶中加入精制劑除去鹽水中的粗鹽水的精制：在反應(yīng)桶中加入精制劑除去鹽水中的SO4-2、Ca+2、Mg+2渾鹽

32、水的澄清與過濾：在反應(yīng)桶精制后出來的鹽水含有碳渾鹽水的澄清與過濾：在反應(yīng)桶精制后出來的鹽水含有碳酸鈣、氫氧化鎂等懸浮物，經(jīng)過加入凝聚劑預(yù)處理后，在酸鈣、氫氧化鎂等懸浮物，經(jīng)過加入凝聚劑預(yù)處理后，在重力沉降槽或浮上澄清器中分離大部分懸浮物，最后經(jīng)過重力沉降槽或浮上澄清器中分離大部分懸浮物，最后經(jīng)過過濾成為電解用的精鹽水過濾成為電解用的精鹽水經(jīng)過這一精制流程后，鹽水的主要質(zhì)量指標(biāo)為：經(jīng)過這一精制流程后，鹽水的主要質(zhì)量指標(biāo)為：氯化鈉含量大于氯化鈉含量大于315kg/m3；2C a含量為含量為 3-53-5 kg/m3以下；以下；Ph值值7.5-8溫度溫度50。2M g3110含量為含量為kg/m3以下；以下；24SO含量為含量為5kg/m3以下；以下； 二、食鹽水溶液的電解：二、食鹽水溶液的電解：1.工藝流程：工藝流程：(1)任務(wù)：借助直流電的作用，從食鹽水溶液中制取氫氧任務(wù)：借助直流電的作用，從食鹽水溶液中制取氫氧 化鈉、氫氣、氯氣?；c、氫氣、氯氣。(2)設(shè)備：主要設(shè)備為立式吸附隔膜電解槽，它主要由槽設(shè)備：主要設(shè)備為立式吸附隔膜電解槽，它主要由槽底、石墨陽極、陰極箱、槽蓋四部分組成。底、石墨陽極、陰