国外氯酸钠电解新技术.pdf

的前提下,可将淡 盆水打回井下,这样就省掉了饱和装置,也就是说可实现全卤制高纯碱。不 属上述情况 的厂家必须考虑淡盐水的饱和 问题,也就只能实施掺卤制碱。这时,卤水用量应考虑不影响洗泥水和 淡 盐水的 回收。总 之卤水用于高纯碱的生产特别是离子 膜法生产一般是可行的,而且国外已有应用,只要慎 重使用,将对高纯碱的成本带来极 为有利的影响。五、结束语综上 所述,不论老 厂还是新建 厂,也不论是何种 制碱方式,一般来讲均可采用卤水做原料制碱,只是 由于种种原 因使用卤量可能受 到一定限制而已只 要用法合适,烧碱生产厂家均可从以卤代盐制碱中获得可观效益。以上就用卤制碱问题谈了自己的不成熟意见,其用意在于希望有关方 面能重视烧碱行业以 卤代 盐问题,从而为烧碱行业降 低成本,提高经济效益开辟一条新的原料来源。除此之外,还希望有关方面在对以盐为主要原料的行业,特别是烧碱行业布局上考虑盐矿资源 因素,避免 运输环节带来的不必要消耗。目前,卤水折盐的价格一般在元吨左右,而固体盐价格则已上升到元吨左右,而且最终将与食用盐拉平。由此可见,用卤制碱的经济效益是多么可观。可以预计,用卤制碱将给氯碱行业带 来美好的前景。主要参考文献年烧碱万吨,增长”叶尚振中国氯碱通讯“国外盐卤的开发利用”化工部纯碱工业科技情报中心站纯碱工业“以卤代盐,缓解原盐供需矛盾”徐速、王友明江苏氯碱“开发芒硝型卤水综合利用 的讨论”湖北省化工厂余长江湖北化工氯碱生产技术化工部化工司年国外 氯酸钠电 解新 技术氯 酸钠是白色或微黄 色晶体,比重、熔点一,味咸而凉,易溶于水,微溶于乙醇,在工业上 用途广泛,主要用于 制造二氧化氯、亚氯酸盐和其它高氯酸盐、氯酸盐,还用于除草剂、氧化剂、造纸、印染、鞭革、炸药、印刷油墨制造、火柴、焰火、医药、冶金矿石处理 以及海水提模等。氯酸钠的生产方法分化学法和电解法。由于读者对化学法生产氯酸钠比较熟悉,故本文暂不介绍。电解法是将食盐饱和溶液精制除去钙、镁和硫酸根离子后,加人盐酸和重铬酸钠,送人电解槽 进行电解,电解槽为无隔膜型,采用金属电极,盐水不 断加人,电解液不断排出,电解液经热法或冷法制得结晶,离心分离、千燥后即得成品。由于采用先进的电极、电解槽结构和提高电解温度,目前每吨氯酸钠的电耗已由一千瓦,时降低到一千瓦小时。美国庞沃特公司一型氯酸钠电解槽庞沃特一型电解槽是一种电流强度高、电流密度低、电耗低的单极式氯酸钠生产电解槽。以实验 室的研究成果为指南,庞沃特公司于年在卡尔沃特厂安装了第一 台大型的金属 阳极氯酸钠原型 电槽。这 台一型电解槽的成功设计,使得该厂的石墨电槽于年都转换成了金属阳极电槽。年在俄勒冈州的波特兰 市,庞沃特公司建立了年产。吨 的一型 电槽生产线,并成功地开工投产图、图略。在持续的研究工作和一系列电槽商品化的同时,开始了一 系列第二代金属阳极电解槽的设计工作。年一原型槽在肯塔基州的卡尔沃特市安装。基于一原型槽的优良性能,年月在华盛顿州的塔科马,年产万吨的一电槽生产线 投产运行。图 和 图 略年在肯塔基州 的卡尔沃特采用一电解槽建设了第二个氯酸钠厂,年扩 建了华盛顿州的塔科马 厂。作为一项从。年开始的技术和经验的产物,庞沃特公司连续不 断的改进氯酸盐电槽性能的努力,导致了一型 电解槽的开发。最近,庞沃特公司将氯酸盐生产方面的成熟经验与宾夕法尼亚州的菲泽公司和俄亥俄州伍斯特的阿斯特罗金属加工 公司独特的加工 技术相结合,使一型 电解槽的开发 成为现实。庞沃特一型 电解槽是一种电流强度大,电流密度和电耗均低的氯酸钠生产电解槽。原型 槽于年 月投人运行,并被证明是一种生产能力大、维修量小,稳定而易于操作的装置。一型 电解槽的特点如下电耗低槽体结构简单槽盖部件独特组合的阳极装置操作温度高现对每一个特点 进行 详细的讨论电耗低曲线 图电解植操作特性条件,习亡,口电流效率气体分析匀。毋奋生公仗袱蒙遥目一华却邹妈邓灯肠刀州叫翩州叫“叹翅减智带、钾始侧忿芍健十之乡可汀石蔚电硫密度千安米名曲线图一型电解槽的电 耗与电 压曲线从一原型槽收集的数据表明,在电流密度一千安米“下操作,电耗非常低,为每吨氯酸钠。一。千瓦小时。槽体结构 简单图拭各槽体为长方形全焊接结构的碳钢 槽。在设计 中,利用液体外部冷却装置,淘汰了内部冷却盘管。取消槽底排料口,防止了电槽的意外 跑料,这样,使氢气或电槽 爆炸的潜在危险减小到最低程度。槽体力泣乙阴极保护,以防腐蚀阴极是结构单一的碳钢板,直按焊接到槽壁上。在阴极上打孔,以使气体更好地逸出,防止在阴极上产生气泡,并减少使电耗增大的沉积物产生。那斗期劲巴尸车内导 电母线 联接是用爆炸法使薄铜板连接到槽体的两 侧壁上。然后将 铜母 线直接焊接在铜板上,这样,铜一铜焊接点的电压降最小。独特的槽盖部件一电解槽更显著的设计特点之一是槽盖部件,该部件淘汰了浸人式的密封垫,而使用钦材作槽盖。由于常用为密封材料浸人氯酸盐液体中时,终 归要发生损坏和泄漏,因此浸人式密封垫的 淘汰证明是一个明显的优点。由于在汽相空 间内有氯气存在,用钦材制作槽盖是必须的。这一设计特点是用爆炸联接法使较薄的钦材衬里 与碳角钢相连接来实现的。然后,将角钢焊接到槽壁的顶端,钦电槽的顶端依次焊接到钦材衬里上。组合的阳极装置阳极是由宾夕法尼亚 州王的菲泽 公司供应的铝一钦复合 板材制作的。铝电导率高而 重量轻,作为阳极导体材料使用是理想的,但是在氯酸盐电槽的 环境下,通常由于不耐化学腐蚀而不宜采用。用 薄钦板有效地将 铝芯体完全包履起来的独特的制作技术,解决了耐化学腐蚀为问题,因为只有金属钦才 能做为浸人氯酸盐溶液中的阳极材料。这样生产出来的阳极具有优良的电性能而 且比纯粹的钦阳 极 造价低。组 合式 的铝一钦 阳极 可用涂复纯钦 阳极同样 的方法涂 以金属氧化物或铂一铱 涂层。三、阳吸安装在 阳极板上。原型槽中的阳极板是 汰 薄 改,并通过该板使每一个阳、极直接延伸连接到软铜导体上图略。但是在一电解槽的修改设计中,阳极板是由铝芯焊接到槽顶部约铜板和槽底的钦衬里上,然后仍然 利用铜一铜焊接点,将供给每一块阳极电能的导电母线直接焊接到阳极板的顶部。高温操作每 块方形阳极安装在带密封垫的槽顶部件上,密封垫既起密封作用又是将阳极与阴极槽体分开的电绝缘体。由于一电解槽采用了这些金属材 料和组件,操作温度可在以上,从而降低了电耗和反应停 留时 间曲线 图。操作曲线裸刀邹动电流密度千安米茄镶两犷扩亥亩一一运行负荷 千安曲线图不 同操作温度下一型电槽电流密度与槽电压的关系总之,庞沃特一型氯酸钠电解槽体现了最新的金属阳极电槽技术,该技术是集四十年氯酸钠生产之经验和研究而开发出来的。它结构简单、坚 固,使用的碳钢和扩张金属钦最省。所有这些因素使得一型电解槽 成为一种坚 固耐用、维修量小的电槽,它在高温下操作,是氯酸盐工 业中耗电最少的电解槽之一。化学、索尔维和芬兰化学公司的氯酸盐生产技术国际化学公司现在已经取得了氯酸盐生产技术的专 利权,这项技术是 由化学公司及其联 合公司,索尔维公司和芬兰化学公司共同开发约。化学公司年与索尔维公司,年与芬兰化学公 司开始合作。索尔维公一司和芬兰化学公 司都生产氯酸纳。年在马来西亚投产运行。这是复极式电槽装年化学公司、索尔维公司和芬兰化置首次用于氯酸盐生产。年芬兰化学公学公司都有新的氯酸钠厂开工投产。司在芬兰的建成了第一个金属 阳表 示出已取得这三家专利和投产的金极氯酸钠厂。属电极氯酸钠厂。年索尔维公司在荷兰但是,早期的氯酸钠厂都在下 操的“一厂开始生产氯酸钠,他作,电耗普遍较高,需要降低电耗,因此所是最早使 用金属阳极 的氯酸钠生产尸之一。有新氯酸纳厂的操作温度都确定为。化学公司的第一个金属阳极氯酸 钠厂于表国际化学、索尔维和芬兰化学公 司金属电极法氯酸盐生产厂厂名索尔维索尔维主二化学公司塔斯马造纸公司厂公 司芬兰化学公司友公司。公 司芬兰化学公 司萨 斯 卡通化 学公司亡公司化 学公 司芬兰化学 公 司扩建公司造 纸公 司素尔维公司芬兰 化学公 司丛冬业公司厂址荷兰比利 时马来西亚新西兰南斯拉夫巴西芬兰土耳其加 拿大芬兰加拿大加 拿大加 拿大芬兰加拿大南非葡萄牙芬兰马来西亚投产日期吨年,工、,产品结晶结 晶结是液 沐结晶液体结晶直接生产二氧 化 氯液休结晶结晶液体结晶液 体液体结品结 晶液体液 体结晶结晶直 接生 产 二氧 化氯国际化学公司图表示传统的单极式电槽和化学公司复极弋 电槽的电极安装平面图。在典型的单极式氯酸盐电解槽中,钦阳极与钢阴极互相交错 排列。电流通过软导 电体送人电槽,该导电体用螺栓与钦阳极支承板的底座 相联接,井通过类似的与相邻电槽联接的导电体输出电槽。在复极式电槽的装配中,电槽内的导 电板用爆炸连结的钢阴极支承板所代替,该阴极支承板与相邻电槽的钦阳极支承板相刃奎接。梢 盖单士及式乎 作列炸 连结 的 钦钢 电 极斗承 板钦阳 极钢 阴 极川下下翻白比灰川川姆臼坛百百皿赶极式排 列圈图略表示典型的复极式电槽的布置 图。这 台安装在钠奈莫厂的电解装置由个电解槽所组成。原料液和反应生成的液体用管路单独地输入和输出每一个电解槽,在桔黄 色的单个电槽上 可以看见爆炸联接的电极支承板。电流通 过 终端汇流 排从电解装置 中输入和输出。每一个电槽对钢支承框架来说都是绝缘的。氯酸钠厂有四台电解装置,每台装置有 个电解槽,共计个电解槽,年产氯酸盐溶液,吨。每个电解槽的阳极面积米“,大约在千安电流强度下运行,相当于 电流密度千安米“。包装发运前的一台电解装置示于 图略。电解槽 厂房平面布置的选择取决于电解装置对汇流母线系统联接的方法。在厂中,电解装置是并联布置的。铝制导电终端汇 流母线 由爆炸法联接到安装阳极的钦支承板的铝板和爆炸法联接到安装阴极的钢支承板的铝板所组成,并联布置时使用这种汇流母线。如果电解装置头一尾相连,可使用软铜或软铝简单地进行联接。在爆炸联接的钦铜板的表面上加工出定位槽以后,将支承板水平 放置,安装阴极,将钢阴极焊接到支承板上钢的一 侧。每一 个电槽的阴极都比阳极 多一块,并在外边的阴极上钻孔,以使电流流到外侧的阴极表面并防止腐蚀。阴极的钢材需要特别 选择,以避免爆皮。阴极全部安装完毕后,将支承板反转过来装配 阳极。带涂层的钦阳极焊接到支承板上钦的一 侧。一般来说,阳极使用一年必须取出重新进行涂复,为此,使用了一种特殊的焊接技术,使拆卸阳极的操作既简单又迅速。当电槽进行 组装时,在每一块 阳极上铆接特氟隆以防止 阳极与阴极的接触。电极 由加固的并具有法兰的槽盖密封起来。法兰省去了电槽螺栓四周电绝缘用的垫。每一个槽盖的液体出料口内安装一个钦质的热电偶温度计套管。电槽安装在钢 支承框架上。第一个被固定的部件是已装配了阴极装置的负终端导电母线板。在阴极上方安装槽盖,并且第一个电极装置就位,以使阳极和阴极交错。然后装配下一个电槽的槽盖,并 安放第二个电极装置。装配过程是使槽盖和电极装置交错连续地进行,直至将所需要的电槽数量,在本文中是个电槽,安装完毕为止。将正终端导电母线板安装在阳极装置上后,装配工作即告完成。然后将装配好的电解装置安上车轮,推到工作位置,安放好后,卸掉轮子。电解厂房不需要起重机。当电解装置必须从厂房里取 出来时可将导电母线和管路拆开,重新装上轮子,把电解装置推到检修场地。电解装置可以在现场将单个的电槽打开进行检修,而无需全部拆卸。将一个小延伸框架推进现场,固定在支承框架的终端。只从被检修的电槽上 拆卸下法兰螺栓,将未打开的电槽轻轻地滑到延伸架上,电解装置便在被 检修的电槽部位上卸开,延伸框架的长度必须给予保证。在重新装配时,装 置就位后,将未打开的电槽推回去,并将延 伸架取走。索尔维公司电解槽欧洲大型化学生产商,索尔维公 司,在荷兰的一和葡萄牙生产氯 酸盐。早在年化学公司与索尔维公司签订合同以前,索尔维公司一直向芬兰化学公司的两个氯酸盐厂提供氯酸盐生产技术,直至年 芬兰化学公司部分归 索尔维公 司所有为止。这些工厂的乙千 安的电解槽一直在一运行,但随着操作电流 的增加,电流已达千 安。化学公司和索尔维公司在一有一套中试装置。试验 室电槽与实际工厂的操作是有差别的。中试工厂的建立是为了在设计阶段得到满负荷电槽的准确操作数据。一年,一台千安的 试验电槽超 期运行,操作温度达,电流密度达千安米以上。对电槽灼各种排列也进行了评价,结果使得现在能对新电槽装置的性能进行 精确的预测。自从年化学公司与 索尔维公司签订协议 以来,所有使用索尔维技 术狗和被化学公司特许的氯酸钠厂都使用索尔维 阳极 涂层。采用索尔维 涂层灼所有氯酸钠厂列于表。由于专利许可 证的限制,这些涂层仅限于 采用索尔维和 化学公司技术为厂家使 用。表使用索尔维阳极涂层 的氯酸盐厂厂名厂址投 产日期索尔 维 公 司二江荷兰吕索匀三住公司。,企比利时任了塔新马 造 纸公司新西 兰玉了因 际矿物和化学公 司化 学部关国了公司澳 大 利亚工了。化 学公司加 拿大了芬兰化学公司芬兰华 斯 卜通 化学公司加拿大。二公 司加拿 大萨斯卡通化学公 司加拿 大马二笼化 学公司加 拿 大芬兰 化 学公司芬兰生公 司加 拿 大入 工三造 纸 公司南非索尔维公 司葡萄牙芬兰化 学 公司芬兰弓。之工 业公 司马来西亚作为 池学们索尔维公司之 间一项对等工作计划灼立接成 果,索尔维公司己采用复极式 电槽将 葡萄牙碱厂的装 置转换成了金属阳极电解槽。这些 电槽 示 干 圈略,这些电槽目前正任运行。这些旧极面积为米“的电解槽,个电槽为一组,台电解装置共有个 电解槽。操作电流为千安,年产氯酸钠万吨。将试验装置中的一个单个电槽测试后表明,该 包槽 的性能与设计灼完全一样。自年 以来,索尔维公司通过碳钢槽体电槽的运行,在钢质电糟的阴极 保护方面,已经取得了丰富的经验。与索尔维公司其它的电槽一样,葡萄牙碱厂屯槽用碳钢作槽体而不使用入厂所说 的钦。葡萄牙的设备布置也与厂不 同。葡芍牙的电解装 置是 头一一尾相接,所 以左这些电解装置上 无需语制导电汇 流排。电解系统氯酸盐厂的电解系统 包括 电解搏、维持电解液温 度的热交换设备和将 次氯酸钠转化成氯酸钠的反应器。化学公司见期使用的电解系统 与图所示相类 似。从反应器底部流出的液体进入供料分配箱,分配箔上有 单独的支管与每一个电槽相通。从每一个电槽出来灼料液和氢气通过垂直的立管进人气液分离器,氢气和料液在这里被分离开。料液重新返回 反应器顶部,料液在反 应器中勺停留时间足以保汪次氯酸钠 向氯峻钠转化。通 过电槽的液体在槽 内能白然循环,这种 自然循环是 由氢气鼓 泡以及反应 器中液体与电解槽和立管中氢气与液体混合物 为密度不一样而产生 的力造戍的。料液钩冷却在管式热交换器中进行,用钦材离心泵进行 液体循环。为了提高反应器的效率,加拿大萨斯卡通化工 厂在 反应 器和 电槽 之 间设计了一个连在一起钩泵和热交涣器。这是淘汰循不泵灼一个手 段,年开工投产均二厂就是在没有循环泵的情况下运行的。在这种情况下,从反应 器底部出来勺料液直接通过外套管和份戈热交涣器进入电法科液分配箱。分配 箱上灼支管与每一个电槽相违接,而每一个电槽上 的立管,将来自包槽的料液和氨气输回集液器这个集 气居在操作时,部分充满料液,并象氢 气液体分离器那 祥发挥作用。料液从这个集液器底 郊出来后进人反应器顶部见 图。二二,料认、二喻昌图目前已建成 的 电解系统 如图所示。芬兰化 学公司新建的氯酸钠厂由二套类似的系统 所红成,每套系统包括一个反应器、一个热交换器和个 电槽,年产氯酸钠万彝屯。轰花誉书 州物牲人冷二二望浪 认反它贸序计算来完成,包括热交换器尺寸和压力降计算,两相的流体流经电槽和立管压力降的计算。计算结果与工 厂测定的液体流动速度相符,电槽之 间的液体流速偏差不大。化学公司使用钦材制作热交换器、反立器和管路。由于钦 易受电解腐蚀,实际上使用接地装置从系统中移之杂散电流,生免杂散 电流对钦的腐蚀。杂散电流计算方法的进展使得液体回路中各点电压和电流的计算变得精确起来。墓于这一判断,现在有把握用铁制作管路和设备而 不需接地装置的保 护,这样节省了相当多的费用。采用大容积 反应器的一个重要优点是 使得欣控制简单化。电解系统必须加 人盐酸或氯 气以补充少量的氯气损失,并 维持值在一之间,每一个反应器的值都被监测,而酸或氯气只在一个部 位加入,因此芬兰化学公司的反应器需要有两个加料口。电解时产生的热被钦质套管式和管式热交换器有效地取走。电解温度用冷却水出口阀进行自动控制。因为在 回路的这一点上不存在杂散电流,因此没有必要采取特殊措施使控制阀与地绝缘或避免管路腐蚀。每一个电解回路需要一个控制器。装 置在料液浓度接近饱和操作时,热交换器能方便地在停车时用蒸汽加热。一芬兰化学公司年,芬兰公司在位于芬兰的电北学厂开始生产氯酸钠,使用的是化学公司的石墨电解槽。年在新址建设了第一个金属阳极装置。型氯碱袋置也于最近在当地建成。年 金属阳极 厂房在建成后,石墨电槽停止了生产。该 厂在使 用 为电槽是索尔 维电槽,但是经芬兰化学公司改 进后,提高了电槽的性能,并减少 了电槽之间的螺栓联接。湘瀚洲洲图 巧一个完全在 自然循环 操作系统的设计是综合性听,包括 推动 力为平衡、热交换器、电解槽和管路系统 的压力降。通过每一个电槽的液体流动速度 给定 后,可以校订所 有 的或任何一个参 数,直至使通过每一个电槽的循环速度符合要求。这些计算可 用计算机程芬兰化学公 司的一个新氯酸钠厂目前正在建设。新厂应于今年 月开工 投产,从而使芬兰化学公 司的氯酸钠年生产能力达万吨。这种经芬兰化学公司改进的电槽共个,年产氯酸钠万吨,电流为千安图略。在新厂建设的七十个电解槽,开工时的电流 由于受整流器的限制为千安。装置的设计电流为千安,不久,操作电流就会达到设计值。每个电槽都包括四个电极部件,每个部件的阳极面积约为“,每个电槽的 阳极 总面积为“。钢质阴极永久地焊接在电槽的钢槽体上,然后将夹具中的槽体翻转到水平位置上安装 阳极部件。钦阳极焊接到钦底座上,然后装人 电槽,从而使阳极和阴极互相交错排列。芬兰化学公司开发 了一种独特的降低电槽内电损耗的方法,该方法是在每一个阳极底座下面用铝板直接联接。这项技术已在美国专利中报导,它涉及到将铝直接焊接在钦阳极底座上、而无需中间材料层。因此,每一个电槽在阴极一侧只有一个供电部件,从而缩短了电槽之间的距离。这些电槽通常在千安下运行,相当于电流密度为千安米“,在此电流密度下采用质量好的电极,包括槽内软导电体 在内,槽电压为伏。电流效率为时,每吨氯酸钠的 电耗为。千瓦小时直流电。因此,上述电槽适合于高电费地区大型氯酸钠厂的生产。化学、索尔维和芬兰化学公司现在有。台金属阳极电解槽生产装置,生产液体和结晶两种产品。这些装置的总生产能力超过任何氯酸盐生产商金属阳极电槽的生产能力。这些公司改进氯酸盐生产技 术的发展方案正在继续实施,现在正 选择钢阴极材料以解决阴极爆皮的问题。克服聚四氟乙烯密封垫冷变形的技术已经开发出来,现在的问题是制造一种能够密封的电槽,密封到直至 阳极需要重新涂制时为止。这些公司期望 能在今年达到这一目的。谭彼庚编译自一年一美国 电化学学会工业电解分 会 出版著作和“原盐信一、随着深化改革,加强管理,增强素质和提高经济效益的不 断进展以及落实 了盐业的奖励政策,进一 步刺激了盐业职工的积极性,我国盐业出现 了喜人景象,连年得到了原盐的大丰收。年原盐生产安排万吨,增产计划为万吨,实际产量达到拍万吨,比的万吨,增长了。年原盐生产计划安排。万吨,增产计划安息二则排万吨,调拨分配万吨,产销基本平衡,稍有结余。二、河南特大盐田我国新发现的特大盐田已正式投 入 生产。这 片特大盐田,位于河南省平顶山市叶县境内,蕴藏量达二千亿吨以上,可 供食用和工业用。目前盐田已生产出优质原盐二千多吨,符合一级食用盐标准。赵凤礼