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陶瓷膜技术在精制盐水中的应用邢朔

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：邢朔

[导读] 陶瓷膜是由无机材料制成的固体薄膜。陶瓷膜过滤新技术的出现，使氯碱工业获得了一种新的盐水净化技术

        身份证号码：6104251983****1112
        摘要：陶瓷膜是由无机材料制成的固体薄膜。陶瓷膜过滤新技术的出现，使氯碱工业获得了一种新的盐水净化技术。根据理论和试验结果，陶瓷薄膜技术具有一定的优势，如果尽快将陶瓷膜技术引入氯碱工业，这将为企业带来实实在在的经济效益，为我国氯碱行业的技术创新做出重大贡献。
        关键词：陶瓷膜；离子膜法；一次盐水

        在离子膜法生产烧碱工艺中，以全氟阳离子交换膜为主的苛性技术，在一个时期内，当内离子膜尚未引进应用时，我国生产苛性碱的离子膜完全依赖进口。因此，生产中离子膜的使用寿命是确定氯碱生产企业管理水平的标准。在离子膜的生产过程中，盐水中金属离子的含量是影响离子膜电流效率的重要因素。目前，生产离子膜的苛性碱技术正逐渐被高电流密度强制循环和自然循环所取代，而大多数新建或扩建的氯碱生产企业所采用的技术，介绍了一种电流效率较高的离子膜生产工艺.盐水中对不同金属离子的要求也较为严格，利用陶瓷膜处理一次溶液的优点逐渐显现出来。
        一、陶瓷膜工艺
        将来自边境地区的盐水、回收盐水、工业用水和过滤液混入水箱后，盐水进入盐水池，被进入反应器的粗水盐饱和，反应器中加入了次氯酸钠的处理添加剂，碳酸氢钠和氢氧化钠。在反应池中加注粗水盐水后，次氯酸钠将盐水中的有机物分解，盐水中的碳酸氢钠和钙离子对碳酸钙结晶的形成有充分的反应。氢氧化钠是由镁离子在原盐水中的反应形成氢氧化镁的。净化后，原盐水自流进入陶瓷膜过滤，并用泵送粗盐水，过滤，除了1.0毫米以上的机械零件外，它还被送入陶瓷膜过滤单元。
        陶瓷膜过滤单元采用三级串联“错流”过滤方法，将粗盐液从粗盐水过滤器中分离出来，然后将循环泵送入一级陶瓷膜过滤器中，将浓缩液从一级级联过滤到二级过滤单元；从二次过滤组件中过滤浓缩液进入三级过滤组件。来自陶瓷膜三级滤液浓缩液的盐水浓度，按比例和浓度排出一小部分溶液，进入原始系统。其余的回到盐水循环容器中，与进料泵输入的原盐混合，以调节给水液孔间的比例，进入过滤循环泵，达到控制浓缩液含量、保证薄膜表面流速的目的，然后用循环泵进行过滤，并在陶瓷膜滤清器中逐环过滤。所有级过滤部件的过滤液通过所有级过滤陶瓷膜过滤器通过精制液出口过滤。在混合物中加入亚硫酸钠以去除系统中过滤液中的电离氯后，进入盐水净化槽通过泵进行二次净化一次盐水。

        陶瓷膜过滤器工作时间长，因为薄膜表面的污染会导致流动的改变和过滤能力的降低。需要对膜表面进行再生以恢复膜流，过滤能力达到初始状态。再生的方法是物理对抗和化学清洗.物理效率是利用过滤式盐水净化，在压缩空气增压后对膜表面进行反冲洗；化学清洗包括用10%-15%盐酸对膜进行化学清洗，从而使陶瓷膜表面完全清洁，完全恢复过滤流动。根据以上工艺流程可以看出，陶瓷薄膜的生产过程短，控制点少，过程控制及其简便性，以及DCS在盐水处理过程中的自动化，是盐水净化的一大突破，大大降低了操作人员的工作强度.盐水质量稳定。由于陶瓷膜是一种无机膜，平均过滤孔径为40nm，其分布性有限，保证了SS总是低于0.5mg/l的二次盐。陶瓷膜强度高，不受酸、碱、氧化剂等的影响，可在1MPa的工作压力下工作。
        二、凯膜和陶瓷膜结构的比较
        该膜在国产电解槽上试用结果显示，与国外同类膜同槽对比，在同为5.2千安/平方米电流密度的前提下，槽电压低于国外产品0.01伏。当年DF2807膜在中国铝业公司的旭化成高密度电解槽一次性开车成功；在煤集团昔阳氯碱化工公司旭化成NCZ电解槽开车成功；分别在氯碱化工和上海氯碱化工的电解槽上一次性开车成功。国产离子膜的节电效率得到了实际验证。
        1、凯膜精制盐水工艺。（1）工艺简单，流程短，盐水中的悬浮物质量浓度从 1 000～10 000 mg/L 降至 1 mg/L 以下，完全符合隔膜法烧碱生产要求，也可直接进入离子交换树脂塔进行二次精制。（2）工艺成熟，过滤精度稳定，盐水质量稳定。（3）整个设备经过特殊防腐处理，耐酸碱性强。（4）运行费用低，处理能力大，占地面积小。（5）操作简单，全自动控制，精度高，降低了工人的劳动强度。
        2、陶瓷膜精制盐水工艺（1）盐水精制工艺技术先进。与传统工艺和凯膜法工艺相比，陶瓷膜法从原理上差别不大，具体分离方法却有着极大的差异。传统工艺和凯膜法工艺都是预处理沉降+并流（终端）过滤操作的膜过滤。在陶瓷膜过滤工艺中，根据陶瓷膜过滤的特性，取消了预处理系统，原料液反应完成后，直接采取错流方式进行粒子分离，实现了一步过滤，与其他技术相比，过滤性能有了质的飞跃。（2）运行费用低。无需加入三氯化铁、次氯酸钠等腐蚀性化学药剂，减少了对系统设备、管道的腐蚀危害，消除了盐水中铁、游离氯的二次污染，有效地降低了生产运行成本，10 万t/a烧碱一次盐水可降低运行费用 40 万元以上。（3）陶瓷膜的特性及其特有的过滤工艺有助于拓宽原盐的选择范围，使企业可选择不同品质的原盐做为原料，可有效降低企业采购成本。（4）由于流程短，操作简单，全自动控制，减少了气水混合、加压溶气、浮上澄清的工艺和设备，投资费用和运行费用都有所降低，处理能力大，占地面积小。以年产 10 万t烧碱为例，整个系统的投资可比有机聚合物膜盐水精制技术减少 35%以上。（5）由于无机膜平均过滤孔径为 40 nm，且孔径分布窄，过滤精度高、盐水质量稳定，过滤后盐水中的 SS 可达到 0.5×10- 6 以下，Ca2+、Mg2+在 0.5×10- 6 以下，相比有机膜的孔径在 220～500 nm，过滤精度更高，盐水质量更优，完全达到各种离子膜电槽对一次盐水质量的要求。
        3、凯膜和陶瓷膜精制盐水工艺应用的比较目前，国内氯碱行业大多数企业采用凯膜技术，陶瓷膜技术正处于推广阶段，现将唐山氯碱公司凯膜工艺生产数据同某公司采用陶瓷膜中试的实际检测盐水指标进行比较，运行数据表明，陶瓷膜各项技术指标均优于凯膜。

        三、与凯膜或颇尔膜处理盐水技术的比较
        1、节省占地面积。由于陶瓷膜工艺过程大大缩短，大型设备的数量也大大减少，作为一个没有预处理器的处理器，导致技术设计和施工所占用的空间大大减少。特别是在一些没有额外安装场地的扩大生产项目中，利用现有咸水装置的未使用场地，此外，建筑物和构筑物可以增加一倍以上。
        2、节省资金投入。由于陶瓷薄膜技术取消了桶装原盐水的预处理系统，与其他处理初级盐水的膜方法相比，整个盐水过程的投资可减少35%左右。根据初步计算，离子膜碱性燃烧装置的节省将超过1000万元。这是一个很好的主意。
        3、过滤盐水质量高。从我公司推出的陶瓷膜技术中，仅从SS（0.12mg/L）测试数据就可以看出这一工艺的优势，盐水质量相当稳定；大大超过了盐水中离子膜电解的要求，可有效提高离子膜的电流效率，延长离子膜的使用寿命。
        总之，用陶瓷膜处理的盐水用于离子膜上碱化过程的不断发展，特别是近年来。盐水中钙、镁等金属离子的要求较为严格，钙、镁离子主要影响电流对离子膜的作用；在生产过程中，当进入电解槽时，氢氧化物离子从阴极室反渗透到阳极氧化室，形成氧化氢沉积在离子交换膜中，不仅导致槽压升高、电流效率降低，而且形成微孔，导致离子膜的物理损伤和破坏，造成其结构无法修复的破坏。因此，采用陶瓷膜处理第一溶液在提高盐水质量、延长离子膜使用寿命方面具有很大优势，有效降低氯碱生产企业的产品成本.
        参考文献：
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        ［2］孙文勇，王在峰，李迎堂．陶瓷膜技术在精制盐水中的应用［J］．中国氯碱，2019：26 － 28．
        ［3］王强，孙占瑞，韩飞．陶瓷膜盐水精制技术的应用［J］．中国氯碱，2019（6）：6 － 7，29．
        ［4］刘国桢．离子膜法食盐电解水用盐水各种固液分离陶瓷膜盐水精制技术的应用工艺技术［J］．中国氯碱，，2019：1 － 16．