燒堿工藝淺析

我國燒堿（氫氧化鈉）行業(yè)起源于1929年上海天元電化廠(chǎng)的成立，燒堿生產(chǎn)工藝包括苛化法和電解法兩種。其中，苛化法即純堿苛化法，電解法又可分為水銀法、隔膜法、離子交換膜法。目前，離子交換膜電解法是燒堿行業(yè)主流的生產(chǎn)工藝。起初苛化法在國內的應用較為廣泛，但是2000年以后，電解法逐步取代苛化法成為主要的生產(chǎn)方法。目前，國內在產(chǎn)的燒堿企業(yè)都使用離子交換膜電解法。

一、燒堿苛化法生產(chǎn)工藝

苛化法制燒堿以純堿為原料，主要依靠天然堿礦資源，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟效益高。不過(guò)，由于我國堿礦資源有限、苛化法產(chǎn)量較小，國家政策予以限制，2000年前后，我國企業(yè)全面淘汰該生產(chǎn)工藝?？粱ㄉa(chǎn)工藝并不復雜，其反應式為Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3↓?？粱ㄖ饕腥齻€(gè)生產(chǎn)步驟：第一步是苛化，第二步是蒸發(fā)，第三步是鹽析。在苛化階段，苛化槽中需配置純堿溶液，加入生石灰，不斷攪拌發(fā)生苛化反應，而后過(guò)濾得到清鹵液。在蒸發(fā)階段，制作合格的清鹵液依次進(jìn)行中濃蒸發(fā)和高濃蒸發(fā)，去除硫酸鈉、碳酸鈉和氯化鈉雜質(zhì)，獲得高濃度氫氧化鈉。在鹽析階段，高濃液進(jìn)一步析出晶體、過(guò)濾，送入冷析桶，達標后的產(chǎn)品用間歇沉淀槽進(jìn)行沉淀，即可得到片堿。

二、燒堿電解法生產(chǎn)工藝

根據電解槽結構、電極材料和隔膜材料的不同，電解法可以分為水銀法、隔膜法和離子交換膜法。目前，離子交換膜電解法是我國燒堿生產(chǎn)的主流工藝，其化學(xué)反應式是2NaCl+2H2O = 2NaOH+Cl2↑+H2↑。

1、水銀電解法

水銀電解法是通過(guò)生產(chǎn)鈉汞齊來(lái)使氯氣分開(kāi)，得到燒堿的方法。其電解槽由電解室和解汞室組成，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是電解槽流出溶液產(chǎn)物中氫氧化鈉濃度較高，其質(zhì)量分數可高達50%，無(wú)需蒸發(fā)增濃；產(chǎn)品質(zhì)量高，含鹽低，但是由于該工藝能耗高，且水銀是有害物質(zhì)，該工藝目前已基本被淘汰。

2、隔膜電解法

隔膜電解法是利用多孔滲透性的石棉隔膜作為隔層，以石墨為陽(yáng)極、鐵為陰極，把陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉和氫氣分開(kāi)，獲得燒堿的一種方法。其主要工序包括鹽水精制、鹽水電解、電解液蒸發(fā)、氯氣處理、氫氣處理和廢氣吸收。隔膜電解法對精鹽水質(zhì)量要求較低，僅需進(jìn)行一次精制。在電解槽中加入精鹽水，從陽(yáng)極室流入陰極室，在陽(yáng)極室得到氯氣、陰極室得到電解液和氫氣。隔膜電解液中，氫氧化鈉含量?jì)H為10.8%，氯化鈉含量高達16.4%。因此，隔膜法蒸發(fā)電解液時(shí)采用流程復雜的四效逆流蒸發(fā)技術(shù)，能耗高，操作難度大。由于蒸發(fā)過(guò)程中將產(chǎn)生約10%的固體結晶鹽，對加熱室磨損、腐蝕較嚴重，加熱室平均壽命僅為3年， 大大增加了隔膜燒堿成本。在處理氯氣時(shí)，需經(jīng)過(guò)氯氣洗滌、冷卻除霧、干燥、壓縮四道工序，在處理氫氣時(shí)，需經(jīng)過(guò)氫氣洗滌、壓縮、脫氧、干燥四道工序。隔膜電解法具有生產(chǎn)強度小、產(chǎn)品純度低、環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，目前已被取代。

圖為離子交換膜電解法生產(chǎn)工藝流程

3、離子交換膜電解法

離子交換膜電解法是應用化學(xué)性能穩定的全氟磺酸陽(yáng)離子交換膜，將電解槽的陽(yáng)極室和陰極室分開(kāi)，從而獲得燒堿、氯氣的一種方式。該法中鹽水電解后得到的電解液氫氧化鈉濃度高，可直接作為液堿進(jìn)行出售。離子膜法工藝流程與隔膜法類(lèi)似，其流程同樣包括鹽水精制、鹽水電解、電解液蒸發(fā)、氯氣處理、氫氣處理和廢氣吸收工序。與隔膜法不同，離子膜電解法對鹽水要求更高，需進(jìn)行二次精制。在鹽水電解時(shí)，電解槽陽(yáng)極加入精制鹽水，陰極加入高純水，經(jīng)電解后在陽(yáng)極室得到淡鹽水和氯氣，在陰極室得到電解液和氫氣，該步驟得到的氫氧化鈉濃度高，一般可達32%，而氯化鈉含量?jì)H為0.004%。在電解液蒸發(fā)工序中，離子膜法流程更簡(jiǎn)單，只需三效或二效蒸發(fā)即可。與隔膜法制燒堿相比，離子膜法制燒堿總投資少、對環(huán)境污染小，能耗和生產(chǎn)成本更低。

表為電解法不同工藝比較

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