國產氯堿離子膜的安全性保障

宗少杰，王學軍

（含氟功能膜材料國家重點實驗室，山東 桓臺256401）

離子膜燒堿生產工藝過程涉及到氯氣、氫氣、燒堿、鹽酸等易燃、易爆，有毒、有害物質及高溫、高壓等。在生產過程中存在著多種危險危害因素，一旦發生事故可能造成極為嚴重的后果，不僅影響到生產的正常進行，同時人們的生命和財產也將遭到嚴重損失。因此對燒堿生產裝置進行必要的安全排查和預防是十分必要的。在影響離子膜法燒堿生產安全的各個環節中，離子膜的質量也對氯堿安全產生重要的影響。如果因為離子膜質量不合格導致在安裝運行后產生撕裂、破損、針孔等問題，離子膜則容易發生泄漏。發生泄漏的離子膜，可能引起如下問題：（1）Cl2中含H2增高，氫過量會在電解槽或氯處理系統發生爆炸，給生產帶來嚴重的安全問題；（2）通過膜孔NaOH 反遷移，過量會造成陽極腐蝕；（3）Cl2通過針孔會造成陰極破壞；（4）堿液中NaCl 濃度增加，通過膜的針孔腐蝕電解槽墊片，墊片的使用壽命縮短。因此，離子膜的力學性能和針孔指標密切關系著電解工藝的安全和穩定。山東東岳集團自國產化離子膜研發以來，始終把離子膜質量安全放在首位，在生產工藝方面通過設備的不斷升級和自動化改造保證生產過程的穩定性，在離子膜拉伸強度、撕裂強度、爆破強度等力學性能方面嚴格把關以保證離子膜在使用周期內不發生破損導致泄漏；同時在針孔檢測方面采用先進的紅外探測技術保證出廠的離子膜零針孔概率。

1 國產離子膜在生產安全方面的保障

1.1 國產離子膜的厚度均勻性

離子膜的厚度均勻性直接關系到膜的拉伸強度、斷裂伸長率和耐折耐破等機械性能，又對膜材料的微觀形態、傳質性能等影響顯著。如何在機械性能和傳質性能之間尋求相對的平衡，實現既能夠保證足夠的機構強度，又能最大限度降低面電阻、提高傳質效率，是個需要反復衡量、不斷研究的技術問題。新一代國產氯堿離子膜的整體厚度既保證了較低的面電阻，又兼顧了良好的機械強度，在電耗和安全之間的平衡達到了一個嶄新的高度，使整張離子膜力學性能實現優良的穩定性。如果厚度不均勻，將容易導致離子膜在使用過程中發生局部撕裂或破損，同時也會導致針孔率上升，所以基膜厚度均勻是保證離子膜質量的基礎，是整個離子膜生產工藝中最關鍵的環節。國產離子膜基膜擠出部分采用國際上最先進的模具自動調節技術，能把厚度偏差調節到±5 μm 以內，極大的提高了離子膜生產工藝精度，保證了基膜厚度均勻性，大大減少了后續工序造成的針孔與缺陷。

1.2 離子膜力學性能對比

力學性能對離子膜的安全性和使用壽命產生至關重要的影響，離子膜的強度支撐90%以上來自于PTFE（聚四氟乙烯）增強網布，新一代國產離子膜增強網布采用了超細PTFE 纖維，通過改進紡織方式、優化復合方法和膜內位置，比上一代增強網布進一步提高了開孔率，降低了對電流的阻擋，從而在保證膜材料強度的同時提高了氯堿膜的離子傳遞性能。

東岳離子膜優選國內外性能優良的PTFE 絲線，用平織的方式編織成網布，通過特殊工藝鑲嵌于基膜材質內，保證了離子膜優良的力學性能。國產離子膜在拉伸強度、撕裂強度、爆破強度等力學性能方面嚴格參照相關標準進行檢測（見表1）。

表1 國產離子膜力學性能檢測項目及參照標準

通過測試結果來看，國產離子膜的力學性能與國外膜相當，甚至在某些指標方面優于國外膜（見表2），在關鍵的力學性能方面保證了離子膜使用的安全性。

1.3 先進的針孔檢測技術

東岳國產離子膜生產工藝采用先進的電火花探測、紅外探測、負壓探測等多項針孔檢測技術，在離子膜生產的多個環節重復檢測，對產生針孔的膜進行嚴格篩選排除，保證出廠的離子膜不出現針孔，部分應用客戶見表3。

表2 國產離子膜與國外對照膜力學性能對比

表3 國產離子膜部分應用客戶

2 結語

國產離子膜經過十幾年的研發，在安全性和生產工藝方面已經非常成熟，下一步將在國內氯堿生產企業完成應用推廣，促進中國氯堿行業的健康持續發展。