【摘 要】介紹了影響電槽運行及離子膜使用壽命的幾個因素，通過加強電槽的維護和管理，來延長離子膜的使用壽命。

【關(guān)鍵詞】鹽水質(zhì)量；電流密度；陽極液PH值；電槽溫度；陰極液濃度；陽極液濃度；電槽壓力

我廠燒堿車間離子膜電解2#裝置，現(xiàn)在使用的是日本的旭化成離子膜。自投入運行以來，各項指標均達到考核要求。為更好地使離子膜電槽能夠長周期安全穩(wěn)定運行，延長離子膜的使用壽命，節(jié)約投資，為此，對離子膜電槽的維護和管理作以下探討，供大家參考。

影響離子膜電槽運行的主要因素有：鹽水質(zhì)量、電流密度、陽極液PH值、電槽溫度、陰極液濃度和陽極液濃度、電槽壓力等，要保證離子膜電槽的正常運行，還需要配套的儀表設(shè)施和整流設(shè)備做運行保證，同時也要選擇合乎材質(zhì)的鹽水和堿液循環(huán)管道來配套使用，避免因管道泄漏、儀表故障、整流器故障等因素造成的停車事故。

一、鹽水質(zhì)量

眾所周知，鹽水質(zhì)量的穩(wěn)定是實現(xiàn)電槽優(yōu)質(zhì)，高效運行的前提和基礎(chǔ)。我廠采用的陽離子交換膜，具有選擇透過陽離子的特性。不僅使鹽水中的Na+選擇透過，而且對其他的陽離子如Ca+、Mg+等也不能完全阻隔，Ca+、Mg+透過膜與氫氧根離子形成氫氧化物沉淀，沉積堵塞離子膜，導(dǎo)致電流效率下降，槽電壓上升。在開停車過程中，水洗離子膜時，可以洗出部分沉淀物，但是會在膜上留下針孔，導(dǎo)致離子膜電流效率下降且不可逆轉(zhuǎn)。鐵離子在電池反應(yīng)中還原成單質(zhì)鐵，吸附在膜的表面，對膜造成污染中毒。這些影響是累積的，極大地影響了離子膜的性能，大大縮短了其使用壽命。

我廠一次鹽水工段采用先進的鹽水澄清桶工藝，二次鹽水工段采用碳素燒結(jié)管過濾器和陽離子交換樹脂塔，使鈣鎂含量達到生產(chǎn)指標。樹脂塔中，由于樹脂在使用過程中反復(fù)進行收縮和膨脹，出現(xiàn)破碎也是正常的，旭化成的經(jīng)驗是樹脂流失率約為5～10%年，如果是國產(chǎn)樹脂的話可能會達到20～30%，如果破碎量異常，可能的原因是：再生堿濃度高、溫度高。即使性能非?？煽康臉渲?，也要定期補充，以保證塔內(nèi)樹脂的量達到生產(chǎn)要求，進而產(chǎn)出合格鹽水。

樹脂塔內(nèi)紗綸網(wǎng)的材質(zhì)是PVDF，運行一段時間以后，受鹽水影響其強度會降低，容易出現(xiàn)破裂等情況，在其他裝置就曾發(fā)生紗綸網(wǎng)破裂樹脂流失的事故。一般來說其更換周期是6年，但也有用到8年左右的。及時更換并做好記錄，保證設(shè)備完好。

通過以上措施，將Ca+，Mg+含量指標控制在Ca+，Mg+<20ūg/l，以保證離子膜的運行條件。

二、電流密度

復(fù)極自然循環(huán)電解槽運行雖然平穩(wěn)，但運行中要注意選取最佳的電流密度。電流密度越高，即單位面積上的電流越大，單位面積上的反應(yīng)也就越劇烈，這就要求離子膜要保持高的穿過能力，這樣就對鹽水質(zhì)量提出了更高的要求，若鹽水質(zhì)量不能提高，電流密度提高，就會使膜超載，縮短使用壽命。要提高鹽水質(zhì)量，就得增加投資，所以一般不能任意提高電流密度。

三、陽極液的pH值

如果電槽不加酸，由于HClO的存在，陰極液的pH值一般是4.8。采用向陽極液中加入鹽酸的辦法，一方面將陰極液反滲透過來OH—

除去，降低Cl2在陽極液中的溶解度，提高陽極效率；另一方面避免陰極側(cè)反滲過來的堿液腐蝕陽極涂層，延長陽極使用壽命，降低陽極液中氯酸鹽的含量。

循環(huán)鹽水中加鹽酸可以控制電槽陽極液的pH值，控制PH>2.5。為了避免陽極液過酸化損傷離子膜，生產(chǎn)中我們要求電流升到4.1KA以上才加入鹽酸，鹽水或電流中斷時，立即聯(lián)鎖自動停止加入鹽酸。投用的新離子膜性能能滿足要求，暫時不用加酸。

四、電槽溫度

電槽內(nèi)副反應(yīng)多，上槽鹽水溫度高，環(huán)境溫度高都會引起電解槽溫度超過離子膜的允許操作溫度范圍。槽溫過高會引起氣液共沸，不但壓力波動大，對膜造成不良影響，而且易使膜失去彈性，剛性下降，過早老化；槽溫過低時，膜電阻增大，COO—與Na+不易離解，在強電流的作用下膜易擊穿。

電槽溫度升高時，電解液和膜電阻減小，在一定電流密度下，槽溫高于90℃時，氣水比增大，槽電壓上升，加速了膜的惡化，加速電極的腐蝕和涂層的鈍化。在生產(chǎn)中我們主要做好以下三點來控制槽溫：

（1）開車時對堿液進行預(yù)熱，確保堿液溫度大于55℃。

（2）新墊片開車，要講其他運行電槽的溫度降到80℃。

（3）電槽正常運行時，槽溫控制在88～90℃，嚴格控制不能超過90℃。

五、陰極液濃度和陽極液濃度

陰極液濃度與電流效率之間存在一個極大值，隨著NaOH濃度的增高，陰極側(cè)膜的含水率減少，固定離子濃度增大，離子膜的選擇透過性增強，電流效率隨之增加，但是隨NaOH濃度的繼續(xù)增高，膜中OH—增大，OH—反向遷移量增加，電流效率明顯下降，每一種膜都存在一個最大電流效率的最佳堿濃度。目前我廠把堿液質(zhì)量分數(shù)嚴格控制在30%～32%。

陽極液NaCl濃度對電流效率的影響也是明顯的。如果淡鹽水濃度下降，膜中含水率下降，膜的選擇透過性降低，導(dǎo)致OH—反向滲透量增大，電流效率下降。如果離子膜長時間在陽極液濃度低于180g/l的條件下運轉(zhuǎn)，水合鈉離子在磺酸層和羧酸層之間聚集，層間壓力增大，會使膜分層起泡。其主要原因是陽極液質(zhì)量濃度下降，水通過膜的遷移量迅速增加，當通過磺酸層進入膜的水量超過羧酸層的承運能力時，大量水分子留在兩層之間，導(dǎo)致膜內(nèi)壓力升高，產(chǎn)生鼓泡，水泡磨損即形成針孔，長期如此造成膜泄露，同時堿中含鹽急劇增加。我廠嚴格控制出槽淡鹽水質(zhì)量濃度205～215g/l。

六、電槽壓力

保持適當?shù)碾姴蹓翰钣欣诓垭妷旱慕档汀Ｎ覐S電槽運行時，陰極側(cè)壓力43～45kPa，陽極側(cè)39～41kPa，總管壓差3.9～4.2kPa。壓力高，內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡就少，減少了氣泡附著在極網(wǎng)上的可能性，降低了電槽的槽電壓。在操作中，壓差不足或者負壓差都會導(dǎo)致槽電壓明顯升高，負壓差過大，則離子膜發(fā)生撕裂。所以生產(chǎn)過程中要密切關(guān)注總管壓力和壓差，減少離子膜在槽框和極網(wǎng)上的磨損，延長其使用壽命。

七、穩(wěn)定生產(chǎn)條件

保護離子膜的又一關(guān)鍵是穩(wěn)定生產(chǎn)條件，減少開停車次數(shù)。頻繁開停車使離子膜頻繁地升降溫，膜也頻繁地膨脹和收縮，使膜“過度疲勞”，造成膜物理性松弛，起褶皺，甚至鼓泡，引起膜性能下降，影響膜的電流效率。開停車過程中避免不了陰陽極壓差的波動，對膜造成雙倍的損壞。停車后電槽陽極室充滿活性氯氣和次氯酸根，氯氣在陽極上還原為氯化物，同時金屬在陰極被氧化，形成了“電池”。這一電路由反向的金屬離子流（通常是Na+），加上從陰極液向陽極液的附著水而平衡電荷。這一反向電流會引起膜的分層和鼓泡。我廠新改造的零極距電解槽停車時通極化電流150A，15分鐘，來平衡這一反向電流。停車后長時間的不排液也是影響因素之一，因為在電解槽長時間不排液的情況下，會造成陰極液濃度高于陽極夜離子濃度，水會擴散到陽極液。這種液體流過離子膜，由于擴散的速度較慢，經(jīng)過較長時間也會造成膜分層鼓泡。停車后，槽溫未及時降低。因檢修時間的不確定性，槽溫一般控制較高，一般控制在85°以上，且未能及時向陽極室補充精制鹽水以置換槽內(nèi)的淡鹽水，使槽內(nèi)擴散現(xiàn)象及“電池效應(yīng)”加劇，從而損壞離子膜?；谝陨险撌?，停車后應(yīng)嚴格按照操作法進行精心操作，最大限度地消除人為原因?qū)υ斐稍O(shè)備的不良影響。

裝置運行到四年，面臨的主要問題是機械方面的維護難度增加、材料老化、墊片劣化、油品變質(zhì)、系統(tǒng)個別部位積聚雜質(zhì)、結(jié)晶等。電槽犧牲電極也會腐蝕的越來越厲害，油缸活塞環(huán)也會出現(xiàn)老化、泄漏等。以上問題在生產(chǎn)中我們基本都碰上過，沒什么好辦法，只能加強管理，及時巡檢，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。裝置運行到6年～8年期，各種易耗品的維修更新將進入一個高峰期，我們要做好設(shè)備的檢維修工作，擇機對老化部件進行更換，保證設(shè)備的長周期穩(wěn)定運行。

綜合以上分析，只有通過加強管理，精心操作，延長離子膜的使用壽命，繼而減少投資，提高效益。