離子膜法燒堿與鉀堿工藝差異和技術(shù)對(duì)比

王小青

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816000)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司地處柴達(dá)木盆地腹地，平均海拔2 670 m，為目前世界海拔最高的化工廠。目前產(chǎn)品有氫氧化鉀和氫氧化鈉。氫氧化鈉和氫氧化鉀的生產(chǎn)工藝基本一樣，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，存在諸多不同。

1 一次鹽水濃度的差異

在生產(chǎn)氫氧化鉀及氫氧化鈉過(guò)程中，進(jìn)電解槽的溶液質(zhì)量濃度均控制為(305±5) g/L；以氯離子計(jì)，則氯化鈉溶液中的氯離子濃度遠(yuǎn)大于同質(zhì)量濃度下的氯化鉀水濃度。

NaCl中Cl-質(zhì)量濃度為：

305÷58.5×35.5=185 (g/L)。

KCl中Cl-質(zhì)量濃度為：

305÷74.5×35.5=145 (g/L)。

即在相同質(zhì)量濃度下，鈉鹽的氯離子濃度遠(yuǎn)大于鉀鹽離子濃度。

2 過(guò)堿量及過(guò)碳酸根的差異

在生產(chǎn)過(guò)程中，為制得合格粗鹽水，須加入精制劑除去Mg2+和Ca2+雜質(zhì)離子。在除去離子過(guò)程中，主要反應(yīng)為：

Mg2++2OH-=Mg(OH)2，

3 物料的差異

在物料上，由于鹽的組分及生產(chǎn)工藝差別較大，鈉鹽中的鹽泥遠(yuǎn)多于鉀鹽,鈉鹽的板框負(fù)荷相對(duì)大于鉀鹽。

因氯化鈉及氯化鉀的物理性質(zhì)不一樣，控制密度不同。在(305±5) g/L氯化鉀水溶液中控制密度為1.165～1.170 g/L，而同質(zhì)量濃度下，氯化鈉水溶液密度則為1.180～1.185 g/L。

鈉鹽的溶解隨溫度變化較小，溫度變化10 ℃，KCl比NaCl大50 g/L。故KCl比NaCl更容易結(jié)晶。在生產(chǎn)中，NaCl只需控制鹽層高度即可，而KCl需保持恒定的濃度，生產(chǎn)中，鹽水管道結(jié)晶可能性遠(yuǎn)小于KCl。

4 其他差異

在同樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)(20%)下，碳酸鉀的結(jié)晶點(diǎn)為-10 ℃，而碳酸鈉的結(jié)晶點(diǎn)為24 ℃，在常溫下，碳酸鈉都會(huì)存在結(jié)晶現(xiàn)象。因此，碳酸鈉槽及所有管線均應(yīng)設(shè)置電伴熱及保溫。

32%的氫氧化鈉與32%的氫氧化鉀結(jié)晶點(diǎn)相差很大，32%的氫氧化鈉約為5 ℃，而32%的氫氧化鉀約為-65 ℃。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，氫氧化鉀不會(huì)結(jié)晶，而氫氧化鈉很容易結(jié)晶。

5 電解槽進(jìn)槽流量差異

在生產(chǎn)氫氧化鉀及氫氧化鈉時(shí)，在不同電流下，進(jìn)槽鹽水流量、加酸量、加純水量、加返回淡鹽水量不同，其區(qū)別如下。

(1)陰極側(cè)加水量，生產(chǎn)氫氧化鈉時(shí)只有氫氧化鉀的1/3。由于鈉離子的原子質(zhì)量比鉀離子的原子質(zhì)量小，鈉離子體積小，則同等帶電負(fù)荷下，鈉離子周圍可以攜帶的水分子比鉀離子多，在原子透過(guò)離子膜時(shí)，則鈉離子可以多攜帶水分子透過(guò)離子膜，所以，陰極側(cè)生產(chǎn)氫氧化鈉加水量少。在這里應(yīng)該注意：堿液濃度更容易降低，損傷離子膜，生產(chǎn)氫氧化鈉時(shí)，循環(huán)時(shí)間應(yīng)比生產(chǎn)氫氧化鉀短。

(2)陽(yáng)極側(cè)，在同樣電流下，生產(chǎn)氫氧化鉀時(shí)單槽需要鹽水量大于生產(chǎn)氫氧化鈉單槽鹽水量。由于為同樣質(zhì)量濃度鹽水進(jìn)槽，在同樣質(zhì)量濃度下，氯化鈉的氯離子濃度遠(yuǎn)大于氯化鉀時(shí)氯離子濃度，而在同樣電流負(fù)荷下，消耗的氯離子濃度為定值，所以，生產(chǎn)氫氧化鈉時(shí)同樣電流下，進(jìn)槽鹽水流量低。

6 亞硫酸鈉的消耗

在脫氯中加入亞硫酸鈉除去游離氯，主要靠亞硫酸根來(lái)除去。而鹽水流量相同條件下，消耗亞硫酸根的量也一樣，而亞硫酸鈉分子質(zhì)量小于亞硫酸鉀，即亞硫酸鈉(0.9 kg/t，折100%堿)的消耗稍小于亞硫酸鉀(1 kg/t，折100%堿) 。

7 理論槽電壓變化

在生產(chǎn)變更時(shí)，電解槽及離子膜均不變，采用日本旭化成高密度電解槽及離子膜，在理論電壓上，由于其他均不變，只是陽(yáng)極室氯離子濃度發(fā)生變化(均以進(jìn)槽300 g/L計(jì)算)。

由能斯特析出公式可知：

陰極反應(yīng)：

2Cl--e-=Cl2，

由以上整理可得：

電極反應(yīng)后，氣體壓力按照標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)。

①鈉堿：以氯化鈉質(zhì)量濃度為300 g/L進(jìn)行計(jì)算。

則其中氯離子質(zhì)量濃度為：

=1.318 1 (V)。

②鉀堿：以氯化鉀質(zhì)量濃度為300 g/L進(jìn)行計(jì)算。

則其中氯離子摩爾濃度為：

=1.324 3 (V)。

則鉀堿相對(duì)于鈉堿來(lái)說(shuō)：

ΔV=1.324 3-1.318 1=0.006 2 (V)。

由于鉀、鈉槽電壓從理論上相差很小。由生產(chǎn)鉀堿或鈉堿時(shí)，其他各項(xiàng)均一樣，只是理論分解電壓中，陽(yáng)極室中的分解電壓不同。在實(shí)際生產(chǎn)中，電解系統(tǒng)整流及變壓完全滿足。

8 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮，在生產(chǎn)氫氧化鉀及氫氧化鈉時(shí)，多少存在部分生產(chǎn)工藝上的差異。通過(guò)以上對(duì)比，可以大大減少工藝上的操作失誤，如減少工藝管道結(jié)晶，為單耗控制也提供了理論基礎(chǔ)。