離子交換膜法制燒堿

世界上比較先進的電解制堿技術(shù)是離子交換膜法。這一技術(shù)在20世紀50年代開始研究，80年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。

離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。右圖表示的是一個單元槽的示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層;陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層;陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na+通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)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而影響燒堿的質(zhì)量。下圖是一臺離子交換膜電解槽(包括16個單元槽)。

精制的飽和食鹽水進入陽極室;純水(加入一定量的NaOH溶液)加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，Na+穿過離子膜由陽極室進入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH;Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽極導(dǎo)出，可重新用于配制食鹽水。

離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程可以簡單表示如下圖所示:

電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，由于粗鹽水中含有泥沙，

精制食鹽水時經(jīng)常進行以下措施

(1)過濾海水

(2)加入過量氫氧化鈉，去除鈣、鎂離子，過濾

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)加入過量氯化鋇，去除硫酸根離子，過濾

Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓

(4)加入過量碳酸鈉，去除鈣離子、過量鋇離子，過濾

Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓

Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓

(5)加入適量鹽酸，去除過量碳酸根離子

2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O

(6)加熱驅(qū)除二氧化碳

(7)送入離子交換塔，進一步去除鈣、鎂離子

(8)電解

2NaCl+2H2O=(通電)H2↑+Cl2↑+2NaOH

離子交換膜法制堿技術(shù)，具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。