離子膜電解槽電壓的影響因素

邱紫奇，焦銀勝

(航錦錦西氯堿化工有限公司，遼寧 葫蘆島 125001)

離子膜電解工藝是目前市面上生產燒堿的主要工藝，槽電壓是衡量電解槽運行狀況的重要指標之一，它的變化直接反映電解槽的運行狀況。

1 離子膜使用時間對槽電壓的影響

隨著離子膜電解槽運行時間延長，單槽加酸量增加，氯氣純度降低，出槽淡鹽水中游離氯、氯酸鹽含量升高,槽溫升高,離子膜表面鼓泡，槽壓也呈上升趨勢。

表1為相同運行負荷下電解槽更換離子膜前后各項指標變化對比數據。

表1 相同運行負荷下電解槽更換離子膜前后各項指標變化Table 1 Change in each index of electrolyzers before and after replacement ofion-exchange membrane under the same operating load

通過表1數據可以看出：更換全新離子膜的電解槽其槽壓下降明顯。目前航錦錦西氯堿化工有限公司(以下簡稱“航錦氯堿”)離子膜更換周期為3～4年，陰、陽極電極涂層的壽命一般在8 年，第2次更換離子膜時就要同步更換陰陽極電極網。

2 液堿濃度對槽電壓的影響

燒堿質量分數通常在30%～33%。隨著產物燒堿濃度的升高，膜中含水降低，引起膜電壓降升高，槽電壓升高。同時膜的電阻率、陰極液電阻隨燒堿濃度升高而升高，導致槽電壓升高。

3 兩極間距對槽電壓的影響

縮小兩極間距離，溶液電壓降隨之降低，槽電壓相應降低。針對因兩級間距大引起的槽壓升高問題，多采用改造膜極距組裝膜極距電解槽的方式來降低槽壓。膜極距改造是在原有的陰極網上加一層彈性鎳絲網，并在其上增加一層有活性的涂層、光滑的鎳覆蓋網，讓離子膜與電極更完美的貼合，以此來降低電解液的歐姆電壓，實現降低電解槽電壓的目的。表2為膜極距改造前后電解槽各項指標變化對比數據。

表2 膜極距改造前后電解槽各項指標變化Table 2 Change in each index of electrolyzersbefore and after zero gap remodeling

通過表2數據可以發現：膜極距改造后電解槽槽壓明顯下降。

4 陰、陽極液循環量對槽電壓的影響

大多數電解槽內部存在氣泡效應，對槽電壓的影響也很明顯。當陰極液循環量降低，電解槽內液體夾帶氣泡量增加，附著在離子膜以及電極上的氣泡數量隨之增加，槽電壓也隨之升高。陰、陽極液循環量過大會使離子膜加劇震動，縮短膜的使用壽命。因此，循環量應控制在合理范圍。

使用改性處理的膜組裝的膜極距電解槽中，離子膜經過親水處理，氣泡不容易附著，相應的氣泡效應的影響減少。因此改變陰、陽極液循環量對膜極距電解槽電壓的影響極小。

5 溫度對槽電壓的影響

電解溫度和電解液溫度均對槽壓有影響。槽溫升高，膜的孔隙增大，膜導電度增加，槽電壓降低；同時電解液的電導度提高，溶液電壓降降低?？傮w來看，隨著槽溫升高，槽電壓呈下降趨勢。根據近幾年電解運行數據顯示，槽溫每增減1 ℃，離子膜的折標直流電耗相應減增6 kW·h/ t。溫度過高，超過90 ℃時，導致汽/水比例增加，電壓也會升高，加速電極的腐蝕。因此在日常生產中槽溫一般控制在85～90 ℃，不超過90 ℃。

6 鹽水中雜質對槽電壓的影響

離子膜法制堿技術中，進入電解槽的鹽水質量是關鍵。原鹽中存在大量的Ca2+、Mg2+等金屬離子，由于離子交換膜具有選擇和透過溶液中陽離子的特性，它能選擇和透過鹽水中的Na+，其他金屬離子如Ca2+、Mg2+也同樣能透過，當Ca2+、Mg2+等其他金屬陽離子透過離子交換膜與少量的從陰極室反遷移來的0H-生成氫氧化物沉淀，會堵塞離子膜的微孔，增加膜電阻，槽電壓升高。

為降低或避免因鹽水中雜質對電解槽壓造成影響，在鹽水進入電解槽之前設置了陶瓷膜工藝對鹽水進行處理，并將精制過的鹽水通過螯合樹脂進行進一步的離子交換精制，最終滿足要求的鹽水方可上槽參與生產。

7 陽極液pH值對槽電壓的影響

目前航錦氯堿使用的離子膜是由四氟羧酸生成的共聚物，因—COONa的存在使膜具有優良的特性，但如果變為—COOH型，就失去原有的功能。向陽極液加酸，控制陽極液pH值可以將反滲過來的OH-除去。所以，陽極液pH值應控制超過2，否則膜內部會因出現水泡而被破環，使膜電阻升高，槽電壓急劇上升，同時pH值也不能高于3.0，否則，從陽極室反遷移過來的OH-不能被完全中和，使陽極電流效率降低、氯氣純度降低。日常生產運行過程中陽極液pH值一般控制在2～2.5。

8 開、停車次數對槽電壓的影響

在日常生產中受各種因素影響，停車在所難免。開停車過程中，會出現因操作不熟練導致壓差控制不穩，造成膜振動使膜出現破損，引起槽電壓升高。所以在日常生產中應加強現場巡檢，及時發現問題并進行處理，最大程度減少因巡檢不到位引起的停車次數，必須停車時，嚴格控制各項指標，避免電解槽出現異常情況。

9 結語

在日常生產中除定期對電解槽進行換膜、重涂等檢修處理外，也應加強對操作人員的培訓，有效提高設備的運行穩定性，加強對工藝指標的控制，保證電解槽高效、安全穩定運行。