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1、氯碱生产过程氯碱工业利用电解饱和食盐水溶液制取烧碱(氢氧化钠)和氯气并副产氢气的生产过程过程包括盐水精制、电解和产品精制等工序，其中主要工序是电解工业上采用隔膜电解法、水银电解法和离子膜电解法各法所采用的电解槽结构不同，因而其具体工艺流程及产品规格也有所不同当前应用较多的是隔膜电解法盐水精制 海盐、岩盐(或称矿盐)、湖盐等固体原盐(NaCl)都是生产氯气和烧碱的原料为使电解过程顺利进行并保证设备、操作的安全，无论采用哪种电解方法，原料都必须精制固体盐溶于水中所得的饱和盐水，或来自地下盐井的盐水，在60左右加入碳酸钠、氢氧化钠，使其与盐水中的钙、镁杂质反应生成碳酸钙、氢氧化镁等沉淀盐水中硫酸盐过
2、高时，还需加入氯化钡(或碳酸钡)以生成硫酸钡沉淀各种沉淀物经过絮凝、澄清、过滤分离后，清盐水加入盐酸调节pH使之成为中性或微酸性，再通过精制的(或回收的)固体盐层重新饱和，并加热到6080，成为一次精制盐水，可供隔膜法或水银法使用有的盐水中含有铵离子或有机氮化合物，将在隔膜电槽内生成三氯化氮(NCl3)，当氯气液化时，三氯化氮积累过多会引起爆炸，故应在饱和盐水中加入少量的次氯酸盐，使转变为可挥发的一氯胺(H2NCl)精制盐水中含有1015ppm的有效氯，会使氨含量降低到1ppm的安全范围之内将一次精制盐水再经过滤和螯合树脂吸附，进行二次精制，控制钙、镁含量在0.05ppm以下，才能用于离子膜电
3、槽电解 隔膜法(图1)、水银法(图2)、离子膜法(图3)的电解原理基本相同，即：食盐水溶液在直流电作用下，阴离子在阳极上发生氧化反应，阳离子在阴极上发生还原反应前者称为阳极过程，后者称为阴极过程阳极过程 在上述各种方法中，阳极过程的主要反应为氯离子被氧化成为氯气：2Cl-Cl2+2e-在25、0.1MPa的中性饱和食盐水溶液中，析氯反应的平衡电极电位为+1.33V它随氯化钠浓度和温度的降低而增大溶液中的水分子也可在阳极上氧化并生成氧气，成为与析氯反应相竞争的主要副反应：2H2OO2+4H+4e-或 4OH-O2+2H2O+4e-在上述条件下，析氧反应的平衡电极电位为+0.82V，所以，阳极上析
4、氧反应比析氯反应容易进行由于电解槽在很大的电流下工作，偏离平衡条件很远，实际电极电位与平衡电极电位并不相等，其差值即为该电极反应在具体放电条件下的过电位有些相互竞争的反应，由于过电位的不同而改变实际的放电反应顺序工业上电解食盐水溶液时的阳极过程就属于这种情况在不同的电极材料表面，析氧反应和析氯反应的过电位也不同，有时相差很大如在生产中应用的钌-钛金属阳极表面，电流密度为10005000A/m2时，析氧反应的实际电极电位要比析氯的高0.250.30V(在石墨阳极上高出0.10V左右)因此，实际的阳极过程主要是析氯，而不是析氧提高电解液中氯离子浓度，控制阳极液pH以降低氢氧离子浓度，并采用较高的电
5、流密度等措施，也都可以增大析氧和析氯反应的电极电位差，有利于抑制析氧反应，而提高氯气纯度和电流效率阳极析出的氯部分地溶解在阳极液中，生成次氯酸和盐酸当阴极生成的氢氧化钠，由于扩散或搅动等原因进入阳极液中时，次氯酸被中和，生成易解离的次氯酸盐而解离出的次氯酸离子(ClO-)则可在阳极氧化，生成氯酸盐并逸出氧气：6ClO-+3H2O2ClO3-+4Cl-+6H+3/2O2+6e-此反应随阳极液中氢氧离子和次氯酸离子的增多而加剧结果是既消耗电解产物氯和氢氧化钠，又降低电流效率和产品纯度加大盐水中氯化钠浓度或提高电解液温度，可以降低氯气的溶解度和次氯酸离子的浓度而将阳极和阴极的电解产物妥善分开，则是氯
6、碱工业中有效地进行电解过程的关键隔膜法、水银法和离子膜法就是隔离两极产物的不同方法阴极过程 电解氯化钠水溶液的阴极过程，随所用阴极材料而异一般条件下，钠离子还原成金属钠的反应很难进行，所以在隔膜法(或离子膜法)中所用的固体阴极(如铁阴极)表面上，其阴极过程为水分子还原析出氢气，同时在阴极附近形成氢氧化钠溶液：2H2O+2e-H2+2OH-在25，电解液含氢氧化钠100g/L、氯化钠180g/L，以及氢的分电解反应的理论分解电压为阳极与阴极的电极电位之差，因此，25时隔膜电解槽的理论分解电压为：采用不同的阴极材料，析氢和析钠的电极电位有很大不同例如：在水银法汞阴极上，由于析氢反应的过电位比析钠的
7、高得多，而析出的钠又容易与汞形成钠汞齐，这样更有利于钠离子的还原，其在汞阴极上反应主要是：Na+e-+xHgNaHgx将电解槽中生成的钠汞齐引出，进入加有水的解汞槽中，钠汞齐与水反应，生成氢氧化钠溶液和氢，即NaHgx+H2ONa+OH-+1/2H22+xHg这是水银法和隔膜法主要不同之处水银法可制得氯化钠含量极低的高纯度、高浓度的氢氧化钠溶液水银法的电解槽中以汞为阴极，石墨或金属为阳极解汞槽中以钠汞齐为阳极，石墨为阴极，在碱液中阴阳两极相互接触，组成短路电池以加速汞齐分解这时钠汞齐中的金属钠作为阳极而溶解，水则在石墨阴极表面还原而析出氢解汞反应中释放出来的化学能尚难加以利用，因而水银法的电耗
8、比隔膜法高水银电解槽的槽电压约比隔膜电解槽高1V左右，它相当于解汞反应的分解电压盐水中钙、镁、铁以及钒、钼、钛、锰等重金属离子含量过高时，也会在汞阴极上还原，生成不稳定的汞齐和汞渣，降低析氢过电位，导致析出氢气并妨碍汞的正常流动因此水银法电解对盐水的质量要求较高产品精制 包括碱液浓缩、氯气液化和氢气的处理碱液浓缩 隔膜法电解槽生产的碱液(阴极液)含有NaOH1012%和NaCl16%左右，需要经过蒸发(一般采用三效或四效逆流强制循环蒸发器)，用间接蒸汽加热以蒸发水分，于是碱液浓缩并使溶解度较小的氯化钠结晶出来，由盐浆离心机将回收盐分出后，作为盐水重饱和或化盐之用有的以地下盐水为原料的氯碱厂，利
9、用回收的固体食盐作为水银法的原料，构成隔膜法与水银法并存的氯碱厂浓缩的碱液经冷却至常温，再滤去析出的细盐晶粒，即为液体烧碱商品隔膜法制得的50%的氢氧化钠通常含有1.01.2%氯化钠，可利用水合法或采用液氨萃取法，均可使盐的含量降低到500ppm以下，因为过程复杂，能耗较高，实际生产中较少应用水银法电解槽可以直接生产50%氢氧化钠，经过活性炭层除去悬浮的水银微粒，即可作为商品离子膜法电解槽能生产约35%氢氧化钠的高纯度碱液，可直接作为商品使用，也可再经蒸发器浓缩为50%液体烧碱氯气的液化 从各种电解槽阳极室逸出的氯气，经水喷淋直接冷却，或在钛冷却器内间接冷却，再在串联的干燥塔内用浓硫酸干燥，得到原料氯气；然后进一步压缩在液化器内冷却成为液氯氢气处理 氢气经冷却脱水后作为燃料，或再经干燥压缩贮入钢瓶(或经管道)作为工业原料
