废盐酸电解资源化的基础研究

摘要

废盐酸是在无机化工、有机合成、钢铁冶金等行业生产过程中产生的一类浓度低、含杂质、回收利用率低的污染物。若处理不当,不仅会造成资源浪费,还会对环境造成一定的影响。目前对于废盐酸回收与资源化处理技术中,隔膜电解法以纯度较高的稀盐酸替代水溶解食盐,减少了纯水的用量;同时,电解产生的氯气可回用于化工生产,其优势被氯碱行业采用。但是,该法回用废盐酸耗电量大。从经济效益和环境方面来讲,废盐酸电解过程中能耗的降低成为电解法的核心问题。电解过程中降低能耗就是要降低槽电压,通过槽电压组成关系式V=V0+η阳+|η阴|+∑IR,由此可见,电解过程中过电位的最小化、混合溶液电阻及膜电阻的降低是能耗最小化的重要因素。
　　 为了解决废盐酸电解过程中能耗的问题,本研究从降低过电位、混合溶液电阻及膜电阻的降低三方面来研究,寻找能耗的最小化。
　　 (1)通过动电位极化测量技术测定了钛合金电极、石墨电极、不锈钢电极和铜电极在不同电解液浓度、不同温度下的不同电流密度的极化曲线,经分析研究得出电解液为质量分数7%的HCI与NaCl混合液在温度为70℃、电流密度为0.2A/cm2的条件下,钛合金作为阳极材料、不锈钢作为阴极材料时的过电位较小,槽电压较低,电压效率较高,能耗较小。
　　 (2)根据研究,槽电压的最主要影响因素是电流密度。最佳工艺水平为:电流密度0.2A/cm2,电解温度50℃,电解液为质量分数7%HCl与NaCl混合液。验证实验得出电流效率为95.11%,槽电压为4.1V。
　　 (3)对于纯NaCl溶液而言,溶液的电导率随着温度的增加是增大的;对于纯HCl溶液而言,随着温度的升高其电导率也是增大的;对于NaCl与HCl的混合溶液,其电导率也是随着温度的升高、溶液浓度的增大而增大的。但是,混合溶液的电导率绝不是单纯两种溶液电导率的叠加。
　　 (4)尼龙、石棉、聚丙烯隔膜均是透气性的隔膜,主要依靠电解质溶液中的阴、阳离子的迁移而传导电流。一般而言,对于水溶液浸湿性好的隔膜对阴、阳离子的迁移阻力就小,因而电阻值就比较低。根据实验测定,并从理论来讲,石棉的膜面电阻最小,是理想的膜材料选择:但是,由于石棉存在污染、容易受到腐蚀,不耐用,因此需考虑其它膜材料。