离子交换膜电解槽

离子交换膜法制烧碱

世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。

离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽(包括16个单元槽)。

精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。

离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示:

电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙，

精制食盐水时经常进行以下措施

(1)过滤海水

(2)加入过量氢氧化钠，去除钙、镁离子，过滤

Ca(2+)+2OH(-)=Ca(OH)2(微溶)

① Mg(2+)+2OH(-)=Mg(OH)2↓

② Mg(HCO3)2+2OH(-)=MgCO3+2H2O

MgCO3+2H2O=Mg(OH)2+H2O+CO2

(3)加入过量氯化钡，去除硫酸根离子，过滤

Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓

(4)加入过量碳酸钠，去除钙离子、过量钡离子，过滤

Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓

Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓

(5)加入适量盐酸，去除过量碳酸根离子

2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O

(6)加热驱除二氧化碳

(7)送入离子交换塔，进一步去除钙、镁离子

(8)电解

2NaCl+2H2O=(通电)H2↑+Cl2↑+2NaOH

离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。