重晶石化學加工

[拼音]：lüjian gongye fazhanshi

[英文]：history of chlor-alkali industry

氯鹼工業是基本無機化工之一。主要產品是氯氣和燒鹼（氫氧化鈉），在國民經濟和國防建設中佔有重要地位。隨著紡織、造紙、冶金、有機、無機化學工業的發展，特別是石油化工的興起，氯鹼工業發展迅速。

氯鹼工業的形成

18世紀，瑞典人K.W.舍勒用二氧化錳和鹽酸共熱製取氯氣：

這種方法稱化學法。將氯氣通入石灰乳中，可製得固體產物漂白粉，這對當時的紡織工業的漂白工藝是一個重大貢獻。隨著人造纖維、造紙工業的發展，氯的需要量大增，紡織和造紙工業，成為當時消耗氯的兩大使用者。用化學方法制氯的生產工藝持續了一百多年。但它有很大缺點，從上述化學反應式，可見其中鹽酸只有部分轉變為氯，很不經濟；且腐蝕嚴重，生產困難。燒鹼最初也用化學法（也稱苛化法，即石灰－蘇打法）生產：

Na2CO3+Ca(OH)2─→2NaOH+CaCO3

電解食鹽水溶液同時製取氯和燒鹼的方法（稱電解法），在19世紀初已經提出，但直到19世紀末，大功率直流發電機研製成功，才使該法得以工業化。第一個制氯的工廠於1890年在德國建成，1893年在美國紐約建成第一個電解食鹽水製取氯和氫氧化鈉的工廠。第一次世界大戰前後，隨著化學工業的發展，氯不僅用於漂白、殺菌，還用於生產各種有機、無機化學品以及軍事化學品等。20世紀40年代以後，石油化工興起，氯氣需要量激增，以電解食鹽水溶液為基礎的氯鹼工業開始形成並迅速發展。50年代後，苛化法只在電源不足之處生產燒鹼。

電解法的發展

氯鹼生產用電量大，降低能耗始終是電解法的核心問題。因此，提高電流效率，降低槽電壓和提高大功率整流器效率，降低鹼液蒸發能耗，以及防止環境汙染等，一直是氯鹼工業的努力方向。

初期

為了連續有效地將電解槽中的陰、陽極產物隔開，1890年德國使用了水泥微孔隔膜來隔開陽極、陰極產物，這種方法稱隔膜電解法。以後，改用石棉濾過性隔膜，以減少陰極室氫氧離子向陽極室的擴散。這不僅適用於連續生產，而且可以在高電流效率下，製取較高濃度的鹼液。1892年美國人H.Y.卡斯特納和奧地利人C.克爾納同時提出了水銀電解法，其特點是採用汞陰極，使陰極的最終產物氫氧化鈉和氫氣，不直接在電解槽而在解汞槽中生成，以隔離兩極的電解產物。這種方法所製取的鹼液純度高、濃度大。1897年英國和美國同年建成水銀電解法制氯鹼的工廠。20世紀以來，水銀法工廠大部分沿用水平式長方形電解槽，解汞槽則由水平式改為直立式，目的在於提高電解槽的電流效率和生產能力。隔膜法電解槽結構也不斷改進，如電極由水平式改為直立式，其中隔膜直接吸附在陰極網表面，以降低槽電壓和提高生產強度。立式吸附隔膜電解槽代表了20世紀60年代隔膜法的先進水平。

近期

水銀法最大缺點是汞對環境的汙染。70年代初，日本政府將該法分期分批進行轉換，美國決定不再新建水銀法氯鹼廠，西歐各國也制定了新的法規，嚴格控制汞汙染，隔膜法電解技術便迅速發展。60年代末，荷蘭人H.比爾提出了長壽命、低能耗的金屬陽極並用於工業生產之後，隔膜與陰極材料也得到了改進。70年代初，改性石棉隔膜用於工業生產。80年代塑料微孔隔膜研製成功。此外，應用鎳為主體的塗層陰極，並在擴散陽極的配合下，可使電極間距縮小至2～4mm。至此，電解槽運轉週期延長，能耗明顯降低，電解槽容量不斷增大。例如：60年代初美國虎克電解槽單槽容量為55kA，至60年代末，發展為150kA，每噸氯的電耗則由2900度(10.4GJ)降至2300～2600度(8.3～9.4GJ)。隨著氯鹼廠的大型化，生產能力大的復極式隔膜電解槽開始使用。

隔膜法制得的鹼液，濃度較低，而且含有氯化鈉，需要進行蒸發濃縮和脫鹽等後加工處理。水銀法雖可得高純度的濃鹼，但有汞害。因之離子膜電解法（簡稱離子膜法）應運而生。

離子膜法於1975年首先在日本和美國實現工業化。此法用陽離子膜隔離陰、陽極室，可直接製得氯化鈉含量極低的濃鹼液。但陰極附近的氫、氧離子，具有很高的遷移速率，在電場作用下，仍不可避免地會有一部分透過離子膜進入陽極室，導致電流效率下降，因此對離子膜的要求比較苛刻。由於離子膜法綜合了隔膜法和水銀法的優點，產品質量高，能耗低，又無水銀、石棉等公害，故被公認為當代氯鹼工業的最新成就。

中國氯鹼工業發展簡況

中國氯鹼工業始於20世紀20年代末。1949年前，燒鹼平均年產量僅15kt，氯產品僅鹽酸、漂白粉、液氯等少數品種。1949年後，在提高裝置生產能力的基礎上，對電解技術和配套裝置進行了一系列改進。50年代初，建成第一套水銀電解槽，開始生產高純度燒鹼。不久，又研製成功立式吸附隔膜電解槽，並在全國推廣應用。50年代後期，新建長壽、株洲、北京、葛店等十多個氯鹼企業及其他小型氯鹼廠，到60年代全國氯鹼企業增至44個。70年代初，氯鹼工業中陽極材料進行了重大革新，開始在隔膜槽和水銀槽中用金屬陽極取代石墨陽極。80年代初，建成年產100kt燒鹼的47－Ⅱ型金屬陽極隔膜電解槽系列及其配套裝置。至此，全國金屬陽極電解槽年生產能力達800kt鹼，約佔生產總量的1/3。在此期間，氯鹼工業中的整流裝置、鹼液蒸發，以及氯氣加工、三廢處理等工藝也都先後進行了改革。1983年燒鹼產量為2123kt，僅次於美國、聯邦德國、日本、蘇聯。