Quais são as falhas da contaminação por Ca2+ e Mg2+ que causam incrustações em eletrolisadores de plantas cloro-álcali e as medidas correspondentes?

Em cloro-álcali Na produção química, Ca2+ e Mg2+ são as duas impurezas catiônicas mais comuns e mais prejudiciais. Íons de cálcio e magnésio em excesso entram no eletrolisador Juntamente com a salmoura refinada, os hidróxidos migram em direção ao cátodo sob a ação do campo elétrico. Eles penetram na camada de ácido carboxílico da membrana de troca iônica, sofrem reações químicas sob condições eletrolíticas e os precipitados de hidróxido resultantes se depositam nos canais iônicos da camada de ácido carboxílico, causando o bloqueio dos microporos da membrana de troca iônica e a formação de incrustações na superfície do eletrodo. Isso leva a uma série de problemas, incluindo aumento da tensão da célula, diminuição da eficiência da eletrólise e envelhecimento e danos à membrana de troca iônica. Em casos graves, pode causar a parada não planejada da planta, resultando em perdas econômicas significativas para a empresa. Manifestações quantitativas dos danos: aumento sustentado da tensão da célula (porção irreversível) com uma taxa de aumento muito superior ao envelhecimento normal; diminuição da eficiência da corrente; e desempenho geral irrecuperável da membrana.

Principais causas:

1. O sal bruto é a matéria-prima básica para a preparação de salmoura. Na produção industrial, as fontes de sal bruto incluem sal marinho, sal-gema e sal de lago, com diferenças significativas de qualidade entre as diferentes fontes. Se os lotes de sal bruto recebidos mudarem frequentemente e o controle de qualidade for negligente, podem ocorrer grandes flutuações e excesso de impurezas de cálcio e magnésio.

2. Durante o refino da salmoura, os agentes de refino, soda cáustica, carbonato de sódio e cloreto férrico, devem ser dosados ​​com precisão, de acordo com a vazão da salmoura bruta e o teor de impurezas. Dosagens insuficientes resultam em reações incompletas de precipitação de cálcio e magnésio, fazendo com que os níveis de cálcio e magnésio na salmoura primária excedam os padrões; dosagens excessivas aumentam o consumo de reagentes e interferem nas condições operacionais subsequentes, deteriorando a qualidade da salmoura. Além disso, o pH da reação, a temperatura, a intensidade da agitação e o tempo de residência são condições essenciais para a remoção de cálcio e magnésio. A perda do controle desses parâmetros causará reações incompletas, tornando a filtração incapaz de reter as impurezas e, consequentemente, resultando em níveis de cálcio e magnésio não conformes na salmoura refinada.

3. O bloqueio dos decantadores tubulares do clarificador, a falha na separação sólido-líquido do pré-processador e o entupimento ou dano dos poros da membrana Kelai podem resultar na retenção incompleta dos precipitados de cálcio e magnésio, permitindo que eles fluam para os processos subsequentes com a salmoura.

4. No processo de refino secundário, se a resina quelante na torre de resina quelante não for regenerada completamente, se o ciclo de regeneração for muito longo, se a resina tiver atingido o fim de sua vida útil ou se o cloro livre não for completamente removido antes de entrar na torre de resina, causando danos oxidativos à resina, sua capacidade de troca iônica para remover íons de cálcio e magnésio diminuirá diretamente.

5. A corrosão do aço carbono ou do aço inoxidável de baixa qualidade no sistema de salmoura, sob condições de alta temperatura e traços de Cl2, leva ao vazamento de Fe3+ para a salmoura.

Métodos de tratamento:

1. O eletrolisador foi desligado emergencialmente e lavado duas vezes com água pura a uma temperatura não superior a 40 graus Celsius.

2. Diagnosticar a fonte de contaminação: Coletar amostra da porta de amostragem da salmoura de alimentação e analisar Ca2+/Mg2+ (para confirmar se excedem os padrões); revisar os registros de análise da salmoura secundária e os registros de regeneração da torre de resina das últimas 24 a 72 horas para confirmar o momento da saturação; abrir a porta de inspeção da torre de resina para observar a cor da resina (normal: amarelo claro; dano oxidativo: marrom escuro/preto) e verificar se há rupturas; rastrear os registros de dosagem de produtos químicos, condições de reação, diferencial de pressão de filtração, etc.

3. Medidas de curto prazo após a confirmação da fonte de contaminação: Alternar para a torre de resina reserva, substituindo a torre de resina contaminada por uma torre reserva recém-regenerada; regenerar imediatamente a torre de resina contaminada; aumentar a dosagem do agente de refino primário como medida de segurança; aumentar a margem de refino da salmoura primária como medida temporária; reduzir a densidade de corrente: diminuir a força motriz da transferência de massa de Ca2+/Mg2+ para a membrana a fim de retardar danos adicionais.

4. Medidas de médio prazo após a confirmação da fonte de contaminação: Analisar e confirmar se o problema é de regeneração, fim da vida útil da resina, refino primário insuficiente ou alteração na fonte de sal; corrigir os parâmetros operacionais, ajustando o ciclo de regeneração, a dosagem ou a temperatura de operação de acordo com a causa raiz; avaliar o grau de dano à membrana, estimando o dano irreversível ocorrido pela magnitude do aumento da tensão da célula e da diminuição da eficiência da corrente. Se a tensão da célula aumentar em mais de 50 mV e não se recuperar com a alteração das condições operacionais, deve-se considerar o planejamento antecipado para a substituição da membrana.

5. Medidas a longo prazo após a confirmação da fonte de contaminação: (1) Substituição da membrana: Os danos à membrana causados ​​por Ca2+/Mg2+ são irreversíveis. Se o aumento da voltagem afetar significativamente a eficiência econômica (consumo adicional de energia > custo da substituição prematura da membrana), a substituição deve ser realizada; (2) Melhoria sistemática: Se ocorrerem repetidamente picos de Ca2+/Mg2+, devem ser feitas melhorias na origem – atualização do equipamento de filtração de precisão, adição de monitoramento online, substituição da resina por uma com maior capacidade de troca e mudança para fontes de sal com menor teor de impurezas.

No processo de refino de salmoura na indústria cloro-álcali, todo o processo garante que a salmoura que entra no eletrolisador atenda a padrões de pureza extremamente elevados, por meio de duas etapas de tratamento físico e químico rigoroso. O refino de salmoura é um processo de engenharia sistemático com requisitos de detalhamento extremamente altos. Somente combinando um controle rigoroso dos parâmetros do processo, operações padronizadas de dosagem e regeneração e uma configuração científica dos equipamentos é possível prevenir fundamentalmente o bloqueio e a corrosão da membrana de troca iônica induzidos por impurezas, mantendo assim alta eficiência de corrente e prolongando a vida útil dos equipamentos principais.