鹽水二次精制及電解

1、【實施方法】到相關(guān)企業(yè)參觀考察，繪制鹽水二次精制工藝流程圖；學(xué)習(xí)陽離子交換膜性質(zhì)，理解離子膜法電解鹽水的原理；依據(jù)平衡移動原理，制定淡鹽水脫氯方案；根據(jù)膜的性能，歸納影響離子膜電解槽的技術(shù)經(jīng)濟指標?！救蝿?wù)】一、鹽水的二次精制任務(wù) 二、精制鹽水電解理論探究三、離子膜法電解鹽水 四、幾種離子膜電槽的認識五、除氯酸鹽和淡鹽水脫氯 一、鹽水二次精制意義 電解槽所用的陽離子交換膜，具有選擇和透過溶液中陽離子的特性。因此它不僅能使Na+離子大量通過，而且也能讓Ca2+，Mg2+，Ba2+等離子通過，當(dāng)這些雜質(zhì)陽離子透過膜時，就和從陰極室反滲過來的微量OH-離子形成難溶的氫氧化物堵塞離子膜。 這樣，一方面使

2、膜的電阻增加，引起槽電壓上升；另一方面會加劇OH-離子的反滲透而造成電流效率下降。在鹽水中，如果鋇離子、鐵離子含量高，還會破壞金屬陽極的釕鈦涂層和陰極涂層的活性，影響電極使用壽命。此外，鹽水中氯酸根和懸浮物也能影響離子膜的正常運行。有的離子膜對鹽水中I-離子的含量還有要求。因此，用于電解的鹽水的純度遠遠高于隔膜電槽和水銀電槽，它必須在原來鹽水一次精制的基礎(chǔ)上，再進行第二次精制。 一、鹽水中次氯酸鈉的去除 向罐內(nèi)放置合適數(shù)量的Na2SO3固體（用量按每日配一次考慮），加入適量的純水，并進行攪拌以加快溶解，放入下面的亞硫酸鈉槽。由泵送出的5%亞硫酸鈉水溶液，通過自動調(diào)節(jié)閥加入鹽水管道，經(jīng)過管道混合

3、器后與鹽水均勻混合，其中的一小部分進入氧化還原分析器，輸出的信號去自控閥門，調(diào)節(jié)亞硫酸鈉加入量，使進入鹽水罐的鹽水絕對不含次氯酸鈉，且過量的亞硫酸鈉也控制在一定范圍。 操作要點: (1)先加入需要量的2/3的水,并開動攪拌器。 (2)加入需要量的亞硫酸鈉。 (3)加水調(diào)節(jié)到規(guī)定的濃度，待亞硫酸鈉全部溶解后停止攪拌。 (4)開動定量泵，根據(jù)鹽水流量和亞硫酸鈉的濃度，調(diào)節(jié)亞硫酸鈉的加入量。 二、二次鹽水過濾 一次鹽水中的少量懸浮物，如果隨鹽水進入螫合樹脂塔，將會堵塞螯合樹脂的微孔，甚至使螫合樹脂呈團狀物，嚴重時有結(jié)塊現(xiàn)象，從而降低樹脂處理鹽水的能力。因此，鹽水精制時一般要求鹽水中懸浮物的含量小于p

4、pm。這樣就必須要經(jīng)過過濾，如果采用傳統(tǒng)的砂濾設(shè)備往往不能符合要求，目前常用的是炭素管式過濾器。 炭素管過濾器是由許多根燒結(jié)的炭素管組成的。有良好的耐蝕性（不耐強氧化劑），耐強酸，強堿和中性溶液的腐蝕，它由純炭燒結(jié)而成。含碳量為99.93%，在管壁上分布有均勻的微孔。 碳素管過濾器工作工程：用泵將鹽水和-纖維素配制成懸浮液送到過濾器中，并且不斷循環(huán)，使燒結(jié)碳素管表面涂上一層厚度均勻的-纖維素，叫預(yù)涂層然后把一次鹽水送入過濾器，同時用定量泵把與鹽水中SS質(zhì)量相當(dāng)?shù)?纖維素送入過濾器，這樣做的目的是利用-纖維在水中的分散性，使過濾器內(nèi)的泥餅在返洗時碎成小塊剝落。 由于-纖維素的骨架作用，-纖維素和

5、截留在預(yù)涂層表面的SS混合，形成新的過濾層，此新的過濾層也能通過過濾液，使過濾器能在SS含量為10mg/L時，通過添加等量-纖維素，保證在設(shè)計流量下，48h內(nèi)過濾器內(nèi)的壓差不超過0.2MPa的狀況下安全運轉(zhuǎn)。 （1）預(yù)涂 過濾前必須在炭素管的外表面，預(yù)先涂上一層厚薄均勻的助濾劑纖維素，以防止鹽水中的懸浮物堵塞炭素管表面的微孔，以提高過濾器的過濾性能。因此，在過濾系統(tǒng)中要設(shè)置預(yù)涂槽。在預(yù)涂槽內(nèi)將纖維素和過濾鹽水配制成一定濃度的纖維素溶液，然后用泵將此溶液送往過濾器，不斷循環(huán)進行預(yù)涂操作，使涂層厚度達23mm即可。 （2）助劑給料和助濾 由于一次鹽水中的懸浮物過于細微且有壓縮性，在預(yù)涂層表面單獨形

6、成的濾渣過于緊密，加助濾劑后，可使過濾元件表面的濾渣結(jié)構(gòu)疏松，延長過濾周期。在一次鹽水送往過濾器前，必須把一定濃度的纖維素作為助濾劑混入鹽水中，這樣在過濾過程中所形成的濾餅?zāi)鼙３忠欢ǖ目紫堵剩⑶揖哂胁豢蓧嚎s性，從而降低過濾阻力和提高過濾速度。此外,助濾劑對鹽水中的懸浮物還起助凝作用。 （3）清洗 切換下來的過濾器進行反洗時，將過濾后的精鹽水打入過濾器的濾液室內(nèi)，再通入壓縮空氣，濾液室內(nèi)的精鹽水受到壓縮空氣的壓力后，迅速從管子的內(nèi)側(cè)流向管子的外側(cè)，炭素管外的助濾劑和濾餅立即卸出。如此反洗四次后就可以達到再生效果。 在一般情況下，過濾器經(jīng)過48小時后就要切換一次。 過濾鹽水從鹽水過濾器流出后，送

7、往過濾鹽水貯槽，然后加酸調(diào)節(jié)其pH值在90.5范圍內(nèi)，送往二次鹽水精制工序。 三、中和 1、過濾后，鹽水中Ca2+、Mg2+含量與過濾前相比降低了，但存在未濾掉的CaCO3和Mg(OH)2微粒，Mg(OH)2微粒溶解的PH值為10.5，CaCO3溶解的PH值為9.4。 由于鹽水的PH值為10.5，這些微粒無法溶解。鰲合樹脂只能吸附Ca2+、Mg2+離子，而不能吸附微粒中Ca、Mg成分，造成二次鹽水中Ca2+、Mg2+含量超標。為杜絕這種現(xiàn)象，采用添加鹽酸來降低鹽水的PH值，使Ca2+、Mg2+微粒完全溶解，而被鰲合樹脂吸附。 2、中和流程 在過濾器出口的鹽水管道上，加入31%鹽酸，經(jīng)過靜態(tài)混合

8、器，使鹽酸和鹽水混合均勻后，送PH自動分析儀，根據(jù)測得的PH值去自動調(diào)節(jié)鹽酸的加入量，達到控制的目的。也有的廠家，如過濾后不含Ca2+、Mg2+微粒，故無中和工序，在PH10的情況下，二次精制后的鹽水，也能符合電解要求。 3、在鹽酸管道上添加純水的目的： （1）31%的鹽酸直接加入310g/L鹽水時，由于氯化鈉在鹽酸中的溶解度很小，溶液的交界面處易析出NaCl晶體，堵塞管道，導(dǎo)致PH值失調(diào)，影響了鹽水質(zhì)量。 （2）純水加入量：純水加入后，鹽水濃度不低于300g/L為好。 （3）影響鹽結(jié)晶的因素：鹽酸濃度；鹽水濃度；管道的設(shè)計流速；交界面處管道的表面幾何形狀。 4、PH值控制范圍 鰲合樹脂同含有

9、Ca2+、Mg2+的鹽水接觸時，其中的Ca2+、Mg2+取代樹脂中不穩(wěn)定的Na+，吸附的能力除樹脂本身外，還和鹽水的Ca2+、Mg2+含量、溫度和PH值等因素有關(guān)。 鰲合樹脂的內(nèi)在結(jié)構(gòu)不同，交換能力也不同，但是對流量、PH值、溫度變化趨勢是一樣的。 從吸附能力和PH的曲線可以看： 從PH=7增加到PH=8時，吸附能力的變化率很快，PH值低于7和pH值大于9時，吸附能力的變化率逐漸降低，所以中和后可選PH從810之間。 （1）實際操作中，選擇哪個PH值作為控制指標，應(yīng)以樹脂塔出口Ca2+、Mg2+的測定結(jié)果決定。由于樹脂內(nèi)在質(zhì)量不一定相同，PH值的控制范圍，更要慎重選擇。 （2）較低的PH值有利

10、于SS的溶解，而較低的PH值降低了樹脂的吸附能力，故一定要以實踐結(jié)果為準。 四、螯合樹脂處理鹽水原理 螯合樹脂也是一種離子交換樹脂，與普通的交換樹脂不同的是，它吸附金屬離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如螯合物，故稱螯合樹脂。它是由中心離子和多基配位體形成的，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物。螯合樹脂種類很多，有多種商品牌號，如：日本CR-10，CR-11，中國上海D-403等，就化學(xué)組成來看由母體和螯合基團兩部分。 1、生產(chǎn)中含有Ca2+、Mg2+和其他金屬離子的鹽水進入螯合樹脂塔，被螯合樹脂絡(luò)合，樹脂中的Na+被金屬陽離子置換，使樹脂喪失活性。 2、螯合樹脂失活之后，便不能繼續(xù)與鹽水中的鈣、鎂離子進行交換，此時就需要

11、對螯合樹脂進行再生。 3、螯合樹脂再生需使用31wt的HCl、32wt的NaOH和純水配制成濃度為4%再生的鹽酸溶液，32%的燒堿用純水配制成濃度為5%再用的燒堿溶液。酸堿濃度如果太低，再生可能不徹底，影響再生效果，酸堿濃度過高，會使樹脂過度收縮與膨脹，導(dǎo)致樹脂發(fā)生龜裂、破碎、并使得鹽水流經(jīng)樹脂床時壓力損失增大和樹脂損耗量增加。 螯合樹脂再生過程中，31wt的HCl與純水混合后通過程控閥送入離子交換樹脂塔。溶液濃度由流量測量系統(tǒng)控制。32wt的NaOH以同樣方式處理。再生過程中所排出的酸性以及堿性廢液送到污水池處理。 4、 下面是樹脂塔再生的過程： 第一步：水洗。下線塔中的剩余鹽水用純水置換。

12、純水從塔頂進入。廢鹽水回收到廢鹽水槽(D-165)中。 第二步：反洗。水從塔底進入。樹脂顆粒得到疏松，小的顆粒被帶走。廢水排到離子交換樹脂捕集器(Z-164)。 第三步：酸再生。鹽酸被純水稀釋后送入塔進行樹脂再生，二價金屬離子被H+置換出來。廢水排到廢水槽(D-166)中。 第四步：水洗。塔中剩余的鹽酸被純水置換。廢水流入廢水槽(D-166)。 第五步：NaOH再生。燒堿被水稀釋送入塔進行樹脂再生，H+被Na+置換出來。廢水排到廢水槽D-166中。 第六步：水洗。塔中剩余的燒堿被純水置換。廢水排到D-166，送到污水池。 第七步：置換。塔中剩余的水被從塔底KV-162供應(yīng)的鹽水置換。廢水排到離

13、子交換樹脂捕集Z-164。 五、鹽水二次精制工藝 經(jīng)過過濾后的二次鹽水中的鈣、鎂含量大約在3ppm左右。但是，用于離子膜電解的鹽水，要求鈣、鎂含量要低于20ppb，因此，鹽水在一次精制的基礎(chǔ)上還需要進行二次精制。鹽水的二次精制目前均采用螯合樹脂法進行。二次鹽水精制通常采用二臺或三臺螯合樹脂串聯(lián)流程。 二次過濾后并調(diào)節(jié)PH值的鹽水經(jīng)鹽水換熱器升溫至605，進入離子交換塔，塔中的樹脂是一種陽離子交換樹脂。離子交換樹脂塔采用3塔流程，來確保進槽鹽水質(zhì)量。通常2塔串聯(lián)在線正常運行，前塔運行進行吸附金屬離子，后塔進行鹽水質(zhì)量保證，另一塔再生。24小時后前塔下線進行樹脂再生，后塔進升為前塔，而再生后的塔成

14、為后塔。下線塔中的樹脂吸附了大量的多價陽離子，用鹽酸和燒堿再生。 樹脂塔再生時，由界區(qū)外送來的高純鹽酸用純水配制成濃度為4%再生的鹽酸溶液，32%的燒堿用純水配制成濃度為5%再生用的燒堿，送往塔內(nèi)對樹脂塔進行再生. 離子交換塔切換和樹脂再生是根據(jù)程序表自動進行的。 從樹脂塔出來的精制鹽水送往離子膜電解工序。 六、樹脂的倍量再生 填充新的樹脂后,以及樹脂的Ca吸附容量降低時，要倍量再生。倍量再生就是用正常量的鹽酸洗脫二次，因為經(jīng)過一段時間的工作后，螯合樹脂吸附了一定量的重金屬，而螯合數(shù)脂對重金屬的吸附能力很強，正常的洗滌Ca的操作工藝，不能將重金屬全部洗脫，從而影響樹脂對Ca的吸附，倍量再生增加了重金屬的洗脫率，從而恢復(fù)了樹脂對Ca2+的吸附量。 七、樹脂的更換和添加 樹脂經(jīng)過一段時間的工作后，由于種種原因，樹脂的吸附容量下降，在經(jīng)過倍量再生后，仍不能生產(chǎn)出合格的鹽水，就需要更換樹脂。 （一）樹脂的取出 利用水力噴射器產(chǎn)生負壓，將塔內(nèi)水混合樹脂抽出。 步驟： （1）打開人孔，將噴射器入口的軟管投入塔內(nèi)，噴射器出口的軟管放入塑料制的袋內(nèi)。 （2）打開純水閥，利用水力噴射器將塔內(nèi)