劉存玉

（淄博職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255013）

離子膜電解槽電壓升高原因剖析

劉存玉

（淄博職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255013）

結(jié)合出現(xiàn)電壓升高故障的離子膜電解槽實(shí)例，對(duì)影響離子膜電解槽槽電壓升高的因素進(jìn)行了分析并提出了預(yù)防措施。

離子膜；電解槽；電壓升高；原因

1 電解槽故障及檢驗(yàn)

在離子膜電解生產(chǎn)裝置中，槽電壓是反映電解裝置運(yùn)行狀況的一個(gè)主要指標(biāo)，槽電壓的高低直接影響到單位產(chǎn)品的電耗。下面通過(guò)1臺(tái)電解槽電壓升高的情況，分析其原因和操作中的注意事項(xiàng)。

該裝置是由英國(guó)原帝國(guó)化學(xué)公司引進(jìn)的FM21-SP型單極電解槽組成的，其正常運(yùn)行時(shí)的單槽電壓為3.2~3.3 V。在裝置投入運(yùn)行約半年后，發(fā)現(xiàn)其中1臺(tái)電解槽的槽電壓開(kāi)始出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，并且在幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)就比運(yùn)行初期升高約0.3 V，明顯超出正常允許范圍。

拆解該臺(tái)電解槽后，發(fā)現(xiàn)其陽(yáng)極墊片存在嚴(yán)重?fù)p壞情況，有不少陽(yáng)極墊片和3對(duì)陰極墊片可能已無(wú)法使用。在有些離子膜上也發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。

對(duì)離子膜進(jìn)行外觀檢查、電子顯微鏡掃描分析、小型電解槽試驗(yàn)、雜質(zhì)定性定量分析；對(duì)墊片進(jìn)行外觀檢查。

2 檢驗(yàn)結(jié)果

（1）對(duì)離子膜的外觀檢查發(fā)現(xiàn)，其大部分區(qū)域有明顯銹跡，并且有1條從痕跡上看比較清晰的 “干濕”分界線出現(xiàn)在膜上部約三分之一位置。在離子膜處于鹽水進(jìn)料口位置的上部區(qū)域，存在數(shù)條很明顯的褶皺，有的皺褶邊緣上分布著大小不一的氣泡。而在離子膜與陰極液接觸的側(cè)面上，有大量鼓泡出現(xiàn)，鼓泡呈局部帶狀分布，帶寬約為0.04 m，位于離子膜下邊緣以上高約0.14 m處（恰好與上述分界線位置相符）。

另從該片膜的不同位置，有代表性地選取5片小樣，用電子顯微掃描法分別進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在以下情況。

a.在5片小樣中有4片有脫水現(xiàn)象，且在鹽水進(jìn)口附近位置離子膜脫水最嚴(yán)重。有的膜不但有鼓泡，甚至還有脫層現(xiàn)象。

b.通過(guò)電子顯微鏡掃描法對(duì)離子膜表面雜質(zhì)進(jìn)行半定量分析，表明在其中1片膜樣的與陽(yáng)極液接觸側(cè)面處于鹽水進(jìn)口區(qū)的上部位置存在鈦污染。另有1片小樣同一側(cè)面上也發(fā)現(xiàn)有少量鈦。掃描發(fā)現(xiàn)，在膜的同一側(cè)面未檢測(cè)到其他污染物。

定量分析離子膜的雜質(zhì)含量。首先，將受損離子膜取樣，用適當(dāng)溶劑溶解后，測(cè)定其中總雜質(zhì)（包括附著在膜表面的雜質(zhì)和滲入膜內(nèi)部的雜質(zhì)）含量，再折算為單位面積的雜質(zhì)含量。分析結(jié)果見(jiàn)表1。由于在約7個(gè)月之前曾更換過(guò)出現(xiàn)漏點(diǎn)的離子膜，并對(duì)其做過(guò)此種分析，故也將其分析結(jié)果（對(duì)比膜）列于表中。

表1 膜中雜質(zhì)定量分析結(jié)果 mg/m3

分析結(jié)果表明，與對(duì)比膜相比，受損離子膜中各雜質(zhì)含量幾乎都增加了，并且有些雜質(zhì)增加量還十分明顯，遠(yuǎn)超預(yù)期值。特別是鈦含量大幅增加，說(shuō)明膜曾經(jīng)在持續(xù)偏高的壓力差下運(yùn)行。而其他雜質(zhì)含量增加，特別是鈣、鎂、鐵、鎳和硅等，也都會(huì)對(duì)槽電壓和電流效率產(chǎn)生不利影響。

再?gòu)氖軗p離子膜不同部位有代表性地取數(shù)片膜作為樣本，裝于試驗(yàn)電解槽中，在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下，通電運(yùn)行該電解槽，考察槽電壓和電流效率指標(biāo)，并與同型號(hào)離子膜的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作對(duì)比。運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)電解槽運(yùn)行結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，樣1和樣2、樣3的膜樣相比，槽電壓顯著升高，電流效率明顯降低。而樣1取自離子膜在鹽水進(jìn)口處部分，實(shí)際上，膜恰好在此區(qū)域脫水嚴(yán)重。而在膜的與陽(yáng)極液接觸的一面存在嚴(yán)重鎳污染，也是使槽電壓升高的主要原因之一。

（2）分別對(duì)該電解槽損壞的陽(yáng)極墊片和陰極墊片進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極墊片存在嚴(yán)重腐蝕的區(qū)域處于鹽水平衡口位置，腐蝕方式符合典型的次氯酸侵蝕特征。墊片在其他位置也有輕微腐蝕現(xiàn)象，但尚在正常范圍之內(nèi)。陽(yáng)極墊片的聚四氟乙烯材質(zhì)的防護(hù)材料未見(jiàn)明顯損傷，情況正常。對(duì)陰極墊片進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其情況類(lèi)似于陽(yáng)極墊片的檢查結(jié)果。在陰極墊片處于鹽水平衡口位置區(qū)域，也存在一定程度的符合次氯酸鹽侵蝕特征的腐蝕現(xiàn)象，陰極墊片的其余部分腐蝕情況也沒(méi)有超出正常允許范圍。

另檢查陽(yáng)極墊片和陰極墊片的機(jī)械性能指標(biāo)均未超標(biāo)。

3 討論

現(xiàn)將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)槽電壓的影響、可能的產(chǎn)生原因及糾正措施進(jìn)一步作如下分析。

3.1 離子膜的機(jī)械損傷

離子膜的機(jī)械損傷包括鼓泡、脫水、針眼等情形，而鼓泡又是出現(xiàn)針眼的重要原因。嚴(yán)重的鼓泡能使槽電壓升高達(dá)50 mV，小范圍針眼則對(duì)槽電壓影響不大。膜的脫水會(huì)使電解阻力增大，進(jìn)而使槽電壓升高。

本故障電解槽中的離子膜出現(xiàn)明顯的脫水層、鼓泡現(xiàn)象，并在離子膜表面出現(xiàn)“干濕”分界線。這說(shuō)明電解槽在運(yùn)行時(shí)的鹽水強(qiáng)度偏低，并且也曾存在持續(xù)性液位偏低的開(kāi)車(chē)狀態(tài)。所以，必須嚴(yán)格按照規(guī)定的操作要求，對(duì)每臺(tái)電解槽的鹽水強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證其處于正常范圍之內(nèi)。鹽水進(jìn)料管路阻塞，是造成電解槽以持續(xù)性偏低的液位運(yùn)行的主要原因，這對(duì)離子膜和電解槽本身危害甚大，必須加以避免。

3.2 電解槽操作壓力差

本故障電解槽中離子膜的鈦雜質(zhì)含量超高，原因是電解槽曾經(jīng)在連續(xù)高差壓下運(yùn)行。運(yùn)行壓力差過(guò)高，對(duì)膜和電極都造成傷害，從而引起槽電壓升高。所以，除了要保證電解裝置壓力控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好以外，還應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)氯氣和氫氣的壓力，以防止差壓過(guò)高，特別是持續(xù)的差壓過(guò)高現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.3 離子膜受雜質(zhì)污染程度

故障電解槽的離子膜中的污染雜質(zhì)總含量在較短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)異常增加，其中除了由高差壓引起鈦含量超標(biāo)外，還說(shuō)明進(jìn)料鹽水質(zhì)量不穩(wěn)定，鹽水中的雜質(zhì)含量過(guò)高。各種雜質(zhì)沉積在離子膜表面，或滲透到離子膜內(nèi)部，阻礙電解過(guò)程中離子的正常遷移，使槽電壓升高。高質(zhì)量的進(jìn)料鹽水是保證電解裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行的重要因素。

3.4 陰陽(yáng)極墊片的損壞狀況

故障電解槽墊片出現(xiàn)腐蝕損害，可歸結(jié)于電解槽因緊固程度不夠所造成泄漏物料之間發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的次氯酸鹽。盡管墊片本身的損傷對(duì)槽電壓沒(méi)有多大直接影響，但由墊片損壞而造成的離子膜和電極的損害則有可能使槽電壓嚴(yán)重升高。所以，必須保證電解槽密封良好，防止泄漏的發(fā)生。

影響離子膜電解槽電壓升高，不僅僅限于上述因素。其他如離子膜類(lèi)型、電解槽結(jié)構(gòu)以及溫度壓力等操作條件等都會(huì)對(duì)槽電壓產(chǎn)生影響。對(duì)各項(xiàng)工藝操作規(guī)程的嚴(yán)格執(zhí)行，是將槽電壓控制在最佳范圍之內(nèi)的基本保證，能延長(zhǎng)離子膜和電解槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，使離子膜電解技術(shù)的優(yōu)越性得到充分發(fā)揮的基本措施。

Anatomy of reasons for cell voltage increase of chloro-alkali ion membrane electrolyser

LIU Cun-yu
（Zibo Vocational Institute,Zibo 255013,China）

With an ion membrane eleltrolyser having abnormal cell voltage increase during operation as an example,a number of reasons for cell voltage increase were analyzed,and preventive measures that should be take were put forward.

ion membrane;electrolyser;cell voltage increase;reason

TQ114.26+2

B

1009－1785(2011)12-0018-02

2011-08-18