離子膜極片涂層老化因素探析

劉 晶，盧建國，張樹峰

（內蒙古億利化學工業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 014300）

內蒙古億利化學工業有限公司，為電石法PVC生產廠家，其氯堿部分為36萬t/a離子膜燒堿，采用上海HVM 鹽水工藝及意大利伍德迪諾拉高密度復極式離子膜電解槽設計。有效離子膜面積為2.72 m2，電流密度為5.1 kA/m2，共計14臺電解槽，分為一、二2期，每臺電槽分為2個槽架可安裝166臺單元槽。電解槽初期開車時間為2007年10月，至今已運行5年，經過離子膜更換、極片重涂等工作，現將電解槽開車以來運行情況及問題進行如下闡述。

1 電槽運行情況回顧

該公司電解槽初始運行共采用3種型號離子膜，分別為杜邦N982、N2030膜及旭硝子F8020膜。

1.1 電解槽開車時間

2007年10月24日電解一期4臺電解槽開車運行，2008年5月6日全部14臺電解槽投入運行，具體時間分別見表1、表2。

1.2 電解槽運行數據對比

（1）電解槽新槽初期投用槽電壓相對較高，運行一段時間后，極片涂層性能趨于穩定見表3。

表1 電解槽開車時間

表2 二期電槽送電時間

表3 初期滿負荷電壓對比表

（2）2007年10月開車后，電解槽電流逐步提升，槽電壓也隨之增長，不同型號離子膜，槽電壓上漲程度不一致，其中旭硝子膜電壓較低，但在運行過程中發現氯中含氧較其他2種膜稍高,不同型號電解槽氯中含數據比較見表4，不同型號離子膜運行電壓對表見表5，電槽分析數據見表6。

表4 不同型號離子膜氯中含氧數據對比（以2010年5月一期數據為例）

從表5、表6可以看出離子膜運行3年以后，電槽電壓上升，電流效率下降，氯氣純度下降，氯中含氧升高，電槽副反應增加，集中表現為鹽水中氯酸鹽含量增加。

至2010年6月，受電解槽電壓較高影響，部分電槽已無法滿負荷運行，嚴重影響堿產量及燒堿廠能耗指標，因此，2010年11月開始，公司進行離子膜更換工作。

1.3 換膜階段

2010年11月15日開始，公司開始對電解槽進行逐臺換膜工作，至2011年12月完成11臺電解槽換膜工作，除二期C 槽外，其余均更換為旭硝子F8020SP 膜。

表5 不同型號離子膜運行電壓對比表（采用13.8 kA下槽電壓數據）

表6 電解槽分析數據對比

換膜后槽電壓有所下降，以一期A 槽為例，滿負荷13.8 kA 運行數據見表7。

表7 一期A槽換膜前后槽電壓對比表

由上表可見，電槽電壓雖有所下降，但幅度不是很明顯，且換膜后槽電壓上升仍較快，出槽鹽水氯酸鹽含量依然很高。于是從2011年6月開始，對槽電壓較高電解槽進行加酸除理，以抑制副反應，降低鹽水中氯酸鹽含量，提高氯氣純度。同時對電壓較高單元槽極片進行檢查，結果發現陽極涂層厚度已下降至原涂層厚度的30%，需進行極片重涂工作。

1.4 極片重涂階段

于2012年10月開始進行極片重涂工作，至2013年12月已完成5臺電解槽極片重涂工作，重涂后電槽電壓數據見表8（為滿負荷13.8 kA 運行下，電解槽平均電壓）。

表8 極片重涂前后槽電壓對比表 V

由表8可見，極片重涂運行后依然出現較高槽電壓，待運行正常后，槽電壓趨于穩定，且電壓較低。

2 影響離子膜、極片壽命因素

回顧電解槽運行情況，在運行三年左右離子膜進入老化期，運行4年后極片進入老化期，老化期均較為提前，綜合電槽運行情況，總結出影響離子膜、極片涂層壽命主要為以下幾大因素。

2.1 操作原因

（1）初期開車時，人員操作水平較低，頻繁地開停車、升降電流都會使離子膜不斷地膨脹和收縮，造成膜物理松弛起皺褶，甚至鼓泡，造成膜性能下降，壽命縮短，同時電槽頻繁停車，亦會造成涂層壽命短；

（2）開車過程中壓差調節失誤，離子膜反向貼近陰極極片，亦會造成離子膜損傷，壽命降低。

2.2 鹽水質量影響

（1）因樹脂塔故障或進塔鹽水控制不當等原因，造成進槽鹽水鈣鎂離子含量超標，在離子膜內形成氫氧化物沉淀，影響離子膜壽命，增加槽電壓；

（2）采用氯化鋇除硝工藝，易造成鹽水中鋇離子增加，影響離子膜壽命的同時會在陽極涂層表面形成絕緣層，降低陽極涂層活性。

雖然未發現TOC 超標現象，但若鹽水中TOC含量增加，則會在電解槽中被氧化成氯碳化合物，使陽極液產生泡沫，阻礙了陽極室產生氣體的流動以及電解液分布，造成離子膜脫液，導致離子膜損傷，同時會覆蓋陽極涂層，降低陽極的活性區域，限制氯離子接近陽極，增加氧氣的產生，縮短陽極涂層使用壽命。

2.3 電槽安裝操作影響

（1）電槽組裝工作對電槽正常運行起著尤為重要的作用，組裝不當或未按照要求用扭力扳手按方位進行螺栓緊固，均易造成電槽泄漏，停槽；

（2）檢修過程中單元槽拆卸，未能對極片進行認真清洗，導致涂層上部存在鹽結晶，亦會造成極片腐蝕；

（3）單元槽陰陽極進液管進液空隙較小，單元槽組裝時，未對進液管進行認真沖洗檢查，或鹽水質量不合格造成進液空隙堵塞。導致電槽運行過程中出現斷液現象，同樣對離子膜、涂層損傷較大。

2.4 雜散電流影響

電槽運行中，若電槽支架或管道等部位絕緣不良，會產生雜散電流，除造成鹽水流量計讀數顯示波動，干擾正常操作外，會造成電流效率下降，且易造成金屬管道、設備腐蝕，頻繁開停車維修，減少離子膜、涂層壽命[1]。

電槽停車時要尤為重視極化整流器的按時投用，避免發生原電池反應，導致涂層脫落。

2.5 離子膜、極片涂層老化互相影響

離子膜針孔、損壞造成堿進入陽極室，會造成陽極涂層腐蝕，反之極片涂層老化，涂層會出現脫落現象，脫落雜質進入離子膜沉積，同樣會造成離子膜損傷。因此，合理安排離子膜更換及極片重涂工作，對提高離子膜、極片壽命尤為重要。

3 合理安排離子膜更換、涂層重涂時間

離子膜、電極涂層活性問題直接決定電解槽電壓高低，是影響電解槽經濟運行的重要因素，參照該公司近4年來燒堿月產量相近的電槽交流電耗，可得出2010年10月后，更換離子膜、電槽加酸等措施雖對電耗上升起到一定緩解作用，但后期隨著陽極涂層脫落現象嚴重，電耗上升速率加劇，且新更換離子膜亦受到一定程度的損傷，電解槽交流電耗對比表見表9。

表9 電解槽交流電耗對比表

因此，在電解槽運行中，不僅要嚴格控制單元組裝質量及進槽鹽水質量合格，同時要尤為關注離子膜、極片活性情況，即通過關注電壓變化情況，判斷離子膜運行情況，對電壓出現偏離的單元槽進行及時拆卸并解體檢查；認真觀察陽極液出液顏色，曾出現陽極液出液發紅現象，后經拆槽檢查后，判斷為陽極涂層脫落；認真觀察拆開后陽極極片涂層，必要可進行涂層厚度檢測，極片重涂前期，部分陽極極片涂層脫落嚴重，明顯可見極片材質裸露于外部。根據檢查結果合理安排換膜和重涂時間。

4 結語

離子膜電解槽運行過程中，要加強電解槽管理工作，不僅需要嚴格控制鹽水指標，而且需對電解槽組裝、離子膜、極片運行情況等多方面綜合考慮，統籌安排，確保電解槽經濟運行，提高使用壽命。

［1］方 度，蔣蘭蓀，吳正德.氯堿工藝學.北京：化學工業出版社出版，1990：81－84.