摘要：电解是广泛应用于有色金属冶炼、氯碱制取、无机盐生产等化学工业中的化学反应过程，在电解过程中，中途停车甚至反复开停车都会对电解造成一定的影响，影响到制取成本和最终的制取成果，本文从电解过程中停车造成的影响入手，分析对电解过程产生影响的重要因素，为我国电解过程优化提供经验和思路。
关键词：电解；停车；影响
引言：电解槽送电运行过程中，一旦出现停车现象，会对电解过程造成负面影响，这种负面影响可能会因为停车原因、停车时长而有所变化，但不可否认其负面效果，使用电解反应的化学工厂需要做好电解槽的维护工作，保证电解槽在运行周期内的平稳和正常，保证电解制取成果。
1.停车导致电解槽电压上升
电解槽在反复开停车过程中会出现槽电压上升的情况，根据测试可知：
在电解槽运行的320个小时中总计停车三次，每一次停车和开车都会造成实际槽电压与参考槽电压之间的差值，且差值在不断升高之中，其中在第三次停车、第四次开车时槽电压与第一次送电槽电压差值在0.135V，可以看出每一次停车后，电解槽的运行稳定程度都在不断下降，且下降幅度远超正常幅度，这就是导致槽电压不断上升的原因。在电解槽反复停车和开车过程中，电解槽内的介质不断在置换，在送电初期需要使用碱性盐水，负荷稳定后使用酸性盐水，然而停车后需要重启电解过程，因此槽内介质又被换回碱性盐水，因此电解槽隔膜中的石棉纤维反复在酸碱不同的介质之中浸泡，不断承受电流的冲击和挤压，导致隔膜的正常运行情况受损，在少量溶胀存在的情况下导致槽电压上升速度加快。
2.停车导致隔膜渗透率下降
从上一点中可知电解槽隔膜中的石棉纤维会因为反复处于不同酸碱度介质、不同电流冲击而出现溶胀现象，这种现象不仅影响了电解槽电压的上升速度，还会影响到隔膜本身的渗透率。石棉的主要成分是3MgO•2SiO2•2H2O，在电解槽送电后，阴极石棉纤维的SiO2会缓慢溶解产生胶质物，这层胶质物的存在影响着液体通过隔膜的渗透率，对电解反应效果产生一定的影响；阳极石棉纤维MgO部分溶解在酸性阳极液中，在电解槽正常送电时，隔膜两侧溶解会形成一种动态的平衡，保证了隔膜的渗透率区域稳定，也保证了电解反应过程的正常运行。在电解槽反复停车、开车过程中，石棉纤维的双侧溶解平衡会被打破，导致MgO的反渗透与OH-离子反应形成不可溶的Mg（OH）2，导致隔膜空隙被堵塞，影响电解槽隔膜的渗透率，进而影响电解反应过程的顺利进行。根据测试可知：
每一次电解槽停车、开车都会导致隔膜渗透率的下降，且下降幅度不断增加。除测试渗透率外，通过测量阳极液位也可以看到隔膜渗透率的下降变化，在第四次送电后10小时，55%的电解槽阳极液位监测数据高于750㎜，且有超过44%的电解槽中阳极液位已经超过800㎜，甚至有22%的阳极液位已经达到950㎜，这样工作320小时隔膜的渗透率几乎与国外使用同型号隔膜运行12000小时的后期渗透率相当，由此可知，电解槽反复开停车对于隔膜造成的影响是巨大的，且不可逆，严重影响电解反应效率，提高我国电解制取工厂的生产成本。
3.停车导致含氢量上升
在电解槽正常电解过程中，产生的氯气中仅含有微量的氢气，例如氯化铜电解过程中，CuCl2是强电解质且易溶于水，在水溶液中电离生成Cu2+和Cl-，通电前正负离子在水中自由运动，通电后在电场作用下定向运动，其中在阳极附近，Cl-被氧化为氯气分子，2Cl--2e-==Cl2↑。然而，在电解槽停车时，电解槽的阴极易局部生锈，锈斑在穿越隔膜到达阳极时会产生氢气，导致产生的氯气中含有氢气，且随着停车次数增多，阴极生锈严重，氯气中所含氢气比例也随之增大，根据实验可知，第四次送电时，氯气中的氢气含量将接近临界值0.4%，当含氢量超过这一临界值后，随时可能导致氯氢气体混合爆炸，对操作人员和电解设备造成安全威胁。且当隔膜的生锈部位达到一定比例，会导致隔膜由致密变得疏松，更利于锈斑的穿越，因此无论在制取后采用何种补救措施，都很难有效降低氯气中的含氢量，而在此时更换隔膜无疑会加重电解反应中的材料成本，影响经济效益。
4.停车导致氢氧化钠浓度下降
电解反应开始送电时，需要隔膜处于碱性盐水浸泡中，趋于稳定后更换为酸性盐水，根据停开车测试可知，在320小时的电解反应过程中3次停车导致碱性盐水中的氢氧化钠浓度出现大幅度降低，从第一次送电需要25个小时稳定时间，到第四次送电只需要18个小时稳定时间可以看出，电解液中的氢氧化钠浓度下降幅度较大。根据此实验数据与正常运行数据对比可知，320运行小时内的4次送电导致的氢氧化钠浓度下降程度几乎与正常运行的10000小时下降程度相当，说明电解槽隔膜已经接近使用寿命的后期，需要进行更换。
由此可见，平均使用寿命在18~24个月的电解槽隔膜，在320小时内4次送电过程中几乎被消耗殆尽，其槽电压、渗透率、氢氧化钠下降程度等数据已经接近10000~12000小时正常运行下的负荷程度，这代表着操作人员需要进行隔膜更换；且在停开车过程中，因为氯气中含氢量接近临界值的缘故，有近60%的电解槽不可继续使用，以免出现氯氢气体爆炸事故。反复停开车直接增加了电解反应过程的投入成本，是生产运行中程度较为严重的故障。
5.电槽的保护措施
如果低碱槽的液位已很低，则应在停电后 5 min 内封槽，重新开车后碱质量浓度会有所上升。对于碱质量浓度较高的电槽，如液位已较高，可延长盐水置换时间，使隔膜中的钙镁沉淀物尽可能被冲走。重新开车后，电槽质量有所好转。停电封槽应按“低碱早封、高碱迟封”的原则执行，尽量使电槽碱质量浓度在停电前后保持不变。在生产中如需调高或调低碱质量浓度，可以通过调整停电时封槽的碱质量浓度来实现。开车和停车时电槽的保护措施相互配合，灵活运用，对保证电槽质量的稳定有较好的效果。几年来，我公司在电解开停车时按上述保护措施对电槽进行保护，重新开车后电槽各项指标基本保持稳定，保证了电槽的正常运行。
结束语：综上所述可知，在电解制取过程中，无论是哪一种原因造成的停车，停车持续多长时间都会对电解过程、电解槽造成不可逆的负面影响，严重影响电解制取成果，因此，在应用电解反应的化学工厂内，运维人员必须做好电解槽的运维工作，最大程度避免电解停车次数，尤其要保证在送点第一个月内的电解槽运行正常，尽量延长电解槽的使用寿命，保证电解制取成果。
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论文作者:李明雪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/26
标签：电解槽论文; 隔膜论文; 阳极论文; 氯气论文; 过程中论文; 氢气论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第36期论文;