Quali sono i difetti dovuti alla contaminazione da Ca2+ e Mg2+ negli elettrolizzatori degli impianti cloro-alcali e le relative misure di contrasto?

In cloro-alcali nella produzione chimica, Ca2+ e Mg2+ sono le due impurità cationiche più comuni e più dannose. Un eccesso di ioni calcio e magnesio entra nel elettrolizzatore Insieme alla salamoia raffinata, migrano verso il catodo sotto l'azione del campo elettrico. Penetrano nello strato di acido carbossilico della membrana a scambio ionico, subiscono reazioni chimiche in condizioni elettrolitiche e i precipitati di idrossido risultanti si depositano nei canali ionici dello strato di acido carbossilico, causando il blocco dei micropori della membrana a scambio ionico e la formazione di incrostazioni sulla superficie dell'elettrodo. Ciò comporta una serie di problemi, tra cui l'aumento della tensione di cella, la diminuzione dell'efficienza di elettrolisi e l'invecchiamento e il danneggiamento della membrana a scambio ionico. Nei casi più gravi, può causare l'arresto imprevisto dell'impianto, con conseguenti perdite economiche significative per l'azienda. Manifestazioni quantitative del danno: aumento sostenuto della tensione di cella (parte irreversibile) con un tasso di incremento di gran lunga superiore al normale invecchiamento; diminuzione dell'efficienza di corrente; e prestazioni complessive della membrana irreversibili.

Cause principali:

1. Il sale grezzo è la materia prima di base per la preparazione della salamoia. Nella produzione industriale, le fonti di sale grezzo includono sale marino, sale di roccia e sale di lago, con significative differenze qualitative tra le diverse fonti. Se i lotti di sale grezzo in entrata cambiano frequentemente e il controllo di qualità è lassista, possono verificarsi ampie fluttuazioni e superamenti dei limiti di contenuto di impurità di calcio e magnesio.

2. Durante la raffinazione della salamoia, gli agenti di raffinazione, come soda caustica, carbonato di sodio e cloruro ferrico, devono essere dosati con precisione in base alla portata della salamoia grezza e al contenuto di impurità. Un dosaggio insufficiente comporta reazioni di precipitazione incomplete di calcio e magnesio, causando il superamento dei limiti consentiti per il calcio e il magnesio nella salamoia primaria; un dosaggio eccessivo aumenta il consumo di reagenti e interferisce con le successive condizioni operative, deteriorando la qualità della salamoia. Allo stesso tempo, il pH della reazione, la temperatura, l'intensità dell'agitazione e il tempo di permanenza sono tutti parametri chiave per la rimozione di calcio e magnesio. La perdita di controllo di questi parametri causerà reazioni incomplete, impedendo alla filtrazione di trattenere le impurità e determinando, in ultima analisi, valori di calcio e magnesio non conformi nella salamoia raffinata.

3. L'ostruzione dei decantatori del tubo di chiarificazione, il malfunzionamento della separazione solido-liquido del pretrattamento e l'intasamento o il danneggiamento dei pori della membrana Kelai possono tutti comportare una ritenzione incompleta dei precipitati di calcio e magnesio, consentendo loro di fluire nei processi a valle con la salamoia.

4. Nel processo di raffinazione secondaria, se la resina chelante nella torre di resina chelante non viene rigenerata completamente, il ciclo di rigenerazione è troppo lungo, la resina ha raggiunto la fine del suo ciclo di vita o il cloro libero non viene rimosso completamente prima di entrare nella torre di resina causando danni ossidativi alla resina, la sua capacità di scambio ionico per la rimozione degli ioni calcio e magnesio diminuirà direttamente.

5. La corrosione dell'acciaio al carbonio o dell'acciaio inossidabile di bassa qualità nel sistema di salamoia in presenza di salamoia ad alta temperatura e tracce di Cl2 provoca la fuoriuscita di Fe3+ nella salamoia.

Metodi di trattamento:

1. È stato effettuato l'arresto di emergenza dell'elettrolizzatore, che è stato lavato due volte con acqua pura a una temperatura non superiore a 40 gradi C.

2. Diagnosticare la fonte di contaminazione: prelevare un campione dalla porta di campionamento della salamoia di alimentazione e analizzare Ca2+/Mg2+ (per confermare se superano gli standard); esaminare i registri delle analisi della salamoia secondaria e i registri di rigenerazione della torre di resina delle ultime 24-72 ore per confermare il momento di rottura; aprire la porta di ispezione della torre di resina per osservare il colore della resina (normale: giallo chiaro; danno ossidativo: marrone scuro/nero) e verificare la presenza di rotture; rintracciare i registri di dosaggio dei prodotti chimici, le condizioni di reazione, il differenziale di pressione di filtrazione, ecc.

3. Misure a breve termine dopo aver confermato la fonte di contaminazione: Passare alla torre di resina di riserva, sostituendo la torre di resina contaminata con una torre di riserva appena rigenerata; rigenerare immediatamente la torre di resina contaminata; aumentare il dosaggio dell'agente di raffinazione primaria in eccesso: aumentare il margine di raffinazione della salamoia primaria come misura temporanea; ridurre la densità di corrente: diminuire la forza motrice del trasferimento di massa di Ca2+/Mg2+ nella membrana per rallentare ulteriori danni.

4. Misure a medio termine dopo aver confermato la fonte di contaminazione: Analizzare e confermare se si tratta di un problema di rigenerazione, fine vita della resina, raffinazione primaria insufficiente o un cambiamento nella fonte di sale; correggere i parametri operativi, regolando il ciclo di rigenerazione, la quantità di dosaggio o la temperatura di esercizio in base alla causa principale; valutare il grado di danneggiamento della membrana, stimando il danno irreversibile verificatosi attraverso l'entità dell'aumento della tensione della cella e della diminuzione dell'efficienza di corrente. Se la tensione della cella è aumentata di oltre 50 mV e non si ripristina con la modifica delle condizioni operative, è opportuno valutare una pianificazione tempestiva per la sostituzione della membrana.

5. Misure a lungo termine dopo aver confermato la fonte di contaminazione: (1) Sostituzione della membrana: il danno alla membrana causato da Ca2+/Mg2+ è irreversibile. Se l'aumento di tensione ha influito significativamente sull'efficienza economica (consumo energetico aggiuntivo > costo della sostituzione prematura della membrana), è necessario procedere alla sostituzione; (2) Miglioramento sistematico: se si verificano ripetutamente infiltrazioni di Ca2+/Mg2+, è necessario apportare miglioramenti alla fonte: aggiornare le apparecchiature di filtrazione di precisione, aggiungere il monitoraggio online, sostituire la resina con una ad alta capacità di scambio e passare a fonti di sale a minore impurità.

Nel processo di raffinazione della salamoia nell'industria cloro-alcalina, l'intero processo garantisce che la salamoia in ingresso all'elettrolizzatore soddisfi standard di purezza estremamente elevati attraverso due fasi di rigoroso trattamento fisico e chimico. La raffinazione della salamoia è un processo ingegneristico sistematico che richiede una precisione estrema. Solo combinando un rigoroso controllo dei parametri di processo, operazioni di dosaggio e rigenerazione standardizzate e una configurazione scientifica delle apparecchiature è possibile prevenire in modo fondamentale l'intasamento e la corrosione della membrana a scambio ionico causati dalle impurità, mantenendo così un'elevata efficienza di corrente e prolungando la durata utile delle apparecchiature principali.