氯碱工业lujian gongye

由电解食盐水
溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，其生产方法主要有隔膜法和水银法。水银法生产的烧碱质量高，但环境污染严重，目前我国普遍采用隔膜法。
电解槽是隔膜法的主要设备，其种类甚多，但结

隔膜电解槽结构示意图

构基本相同 （见图），均由外壳、阳极、阴极和隔膜等组成。以隔膜为界，靠阴极的一侧为阴极室，靠阳极的一侧为阳极室。电解时，通入适当电压的电流，食盐水中的Cl^-和OH^-就向阳极迁移，Na⁺和H⁺就向阴极迁移。Cl^-在阳极上放电析出氯气，H⁺在阴极上放电析出氢气。滞留在阴极附近的OH^-不断增浓，与Na⁺结合形成NaOH碱液。电解槽内的总反应式为

2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑ (1)

当阳极附近有过剩的OH^-存在时，会发生以下副反应：

Cl₂+H₂OHCl+HClO (2)
NaOH+HClONaClO+H₂O (3)

式 (3) 反应的进行促使式 (2) 右移，造成NaCl的损失，增加电耗。隔膜的作用就在于消除副反应，它可以阻止两极电解液自由混合，把阴极产物 (H₂和NaOH) 与阳极产物 (Cl₂) 隔开，但不妨碍离子的运动和电流的通过。一般以铁为阴极，石墨为阳极，石棉为隔膜。由于石墨阳极易被氧化腐蚀，70年代开始，世界各国开始使用金属阳极，如用表面涂以贵金属氧化物的钛作为阳极。石棉隔膜的透过性较大，OH^-也可穿过，为了阻止OH^-进入阳极室，将饱和食盐水加入阳极室，使之流向阴极室，用液流来阻止OH^-进入阳极室。但这一过程又使Cl^-被液流推动透过隔膜进入阴极室，使阴极室内NaOH和NaCl同时存在。因此从阴极室导出的碱液中含NaCl较高，需进一步处理，生产中一般采用蒸发的方法进行浓缩。随着碱液的浓缩，NaCl在NaOH溶液中的溶解度急剧下降，不断有NaCl晶体析出，当浓缩至含NaOH40%,NaCl 1%时，即可作为成品碱液出厂。同时，从电解槽出来的H₂和Cl₂，都含有 一定的水分，需经浓硫酸干燥后再送去合成盐酸或将Cl₂送去合成氯乙烯。此外，作为氯碱工业原料的原盐中含有Ca²⁺,Mg²⁺,SO^2-₄等有害离子，这些杂质进入槽中易生成沉淀堵塞隔膜，所以，必须在电解之前对食盐进行精制处理。精制时根据原盐中 Ca²⁺,Mg²⁺,SO^2-₄ 的含量加入适量的BaCl₂,Na₂CO₃和NaOH，便可发生下列反应：

MgCl₂+2NaOH=Mg(OH)₂↓+2NaCl
CaCl₂+Na₂CO₃＝CaCO₃↓+2NaCl
Na₂SO₄+BaCl₂＝BaSO₄↓+2NaCl

将沉淀分离，再加盐酸调至中性，可得精制盐水。
70年代以来，一种新型隔膜——离子交换膜的研究取得成功。采用离子交换膜法具有能耗低，产品质量高，占地面积小，无污染等优点，离子交换膜法被称为隔膜法电解的第二代。我国一些大型氯碱工业已采用这一新的生产方法。