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世界氢氧化钠的生产是几种工艺并存,即离子膜法、隔膜法以及水银法,另有少量苛化法。目前日本已有90‰的氢氧化钠装置采用离子膜法生产,美国以采用隔膜法为主,约占2/3,其余为水银法和离子膜法,欧洲则50‰以上采用水银法,离子膜法只占不到10‰,其余为隔膜法。
(1)离子膜法
离子膜氢氧化钠就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成氢氧化钠(即烧碱),其主要原理是因为使用的阳离子交换膜,该模有特殊的选择透过性,只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,即只允许H+、Na+通过,而C1-、OH-和两极产物H2和C2无法通过,因而起到了防止阳极产物C12和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险,还起到了避免C12和阴极另一产物NaOH反应而生成NaC1O影响氢氧化钠纯度的作用。离子交换膜法电解制碱的主要生产流程:制得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,此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH;C1-则在阳极表面放电生成C12。电解后的淡盐水则从阳极室导出,经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaC1溶液的原因是阴极室发生的反应为:2H+ +2e-=H2↑;而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液,但在电解开始时,为增强溶液导电性,同时又不引入新杂质,阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。氯碱工业的主要原料:饱和食盐水,但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质,远不能达到电解要求,因此必须经过提纯精制。
(2)隔膜法
在隔膜电解槽中,隔膜放在阳极和阴极之间,它能使食盐水通过,能防止两级产生的气体混合而发生副反应。隔膜通常用石棉制成,将浆状的石棉纤维均匀地吸附在阴极网上。近年来,有些工厂在石棉浆中添加聚四氟乙烯、聚多氟二氯乙烯纤维来延长隔膜的使用寿命。阴极材料一般用铁丝网或打铁的天半制成。阳极过去主要用石墨板,他使用寿命短,降低电能的利用率。20世纪70年代后,我国的一些大厂陆续该用金属钛为基体的金属阳极。
(3)水银法
该法是采用水银电解槽,工艺流程与隔膜法基本相同。将食盐水溶解经净化后进行电解,所得电解液经预热、蒸发、冷却得液体氢氧化钠,将液体氢氧化钠熬浓得固体氢氧化钠。水银法制得的液体氢氧化钠浓度较高,含氢氧化钠45‰~50‰,可不经蒸发直接将液体氢氧化钠供应市场。
(4)苛化法
用碳酸钠(纯碱)溶液和石灰为原料,使其发生苛化反应生成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀(苛化泥)。滤去碳酸钙沉淀等不溶物后,蒸发溶液而得液体氢氧化钠或固体氢氧化钠。苛化泥经洗涤后可做水泥的原料等。生成的碳酸钙渣经洗净、干燥、煅烧可以回收氧化钙(生石灰)和部分二氧化碳。与电解法制氢氧化钠相比较,由于碳酸钠是纯度较高的原料,含氯化钠较少,所得氢氧化钠的纯度也较高,但是需要消耗另一种重要的产品―碳酸钠。