專利名稱：一種電解硫酸鈉的工藝流程的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電解硫酸鈉的工藝流程，具體涉及一種應用陽離子膜電解槽和液體循環(huán)槽連續(xù)大規(guī)模電解工業(yè)硫酸鈉廢水的工藝流程。
背景技術：
目前，在造紙、化工、冶金、煙氣脫硫等領域中，有大量含有硫酸鈉的廢水產生，這些硫酸鈉廢水若不加處理直接排放會引起嚴重的水體和大氣污染。而硫酸鈉溶液可以通過電解產生硫酸和氫氧化鈉，是一種能夠回收利用的有用資源。硫酸鈉電解生產硫酸和氫氧化鈉的工藝尤其適用于生產原料需要酸、堿，而在生產過程中副產硫酸鈉廢液的工藝過程。現(xiàn)有技術中，電解硫 酸鈉主要是在實驗室中進行的，其工藝都是采用間歇試驗，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產的要求。實驗所用的離子膜有采用氯堿行業(yè)上所用的陽離子膜，由于該膜具有雙層結構不耐酸，導致該膜用于電解硫酸鈉使用壽命短，無法實現(xiàn)工業(yè)化。。國外有報道采用雙極膜工藝來電解硫酸鈉，雙極膜工藝集成度高、能耗低，但該工藝需要采用陰離子膜、陽離子膜和雙極膜，其中陰離子膜和雙極膜的成本相對陽離子膜高出很多，陰離子膜本身技術不成熟，使用壽命短，且整個雙極膜工藝的電流密度較小，無法及時有效處理工業(yè)生產中產生的大量硫酸鈉廢水。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種克服現(xiàn)有技術缺點的，能夠工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)電解硫酸鈉的工藝流程。本發(fā)明的技術方案如下一種電解硫酸鈉的工藝流程，包括以下步驟(I)對硫酸鈉原料溶液進行過濾除雜，除去溶液中的水不溶物；(2)采用螯合樹脂對過濾后的硫酸鈉溶液進行選擇性離子交換吸附以除去其中的有害離子Ca2+、Mg2+而得到精制硫酸鈉溶液；(3)精制硫酸鈉溶液進入陽極側的液體循環(huán)槽與來自陽離子膜電解槽陽極室的循環(huán)硫酸鈉溶液攪拌混合；電解所用水進入陰極側的液體循環(huán)槽與來自陽離子膜電解槽陰極室的循環(huán)氫氧化鈉溶液混合；(4)陽極和陰極側的液體循環(huán)槽內的一部分液體分別進入陽離子膜電解槽的陽極室和陰極室，在陽離子膜兩側完成電解過程，電解后液出電解槽后，經陽極和陰極側的氣液分離器與電解產生的氧氣和氫氣分離后，進入對應的液體循環(huán)槽；(5)陽極側的液體循環(huán)槽內的另一部分液體以產品酸的形式排出；陰極側的液體循環(huán)槽內的另一部分液體以產品氫氧化鈉的形式排出；以上所述陽極側的液體循環(huán)槽內連續(xù)輸入精制硫酸鈉，槽內一部分溶液以硫酸產品的形式連續(xù)輸出，另一部分溶液循環(huán)回陽離子膜電解槽陽極室進行電解；以上所述陰極側的液體循環(huán)槽內連續(xù)輸入電解用水，槽內一部分溶液以氫氧化鈉產品的形式連續(xù)輸出，另一部分溶液循環(huán)回陽離子膜電解槽陰極室進行電解。所述陽離子膜電解槽所用的陽離子膜為全氟磺酸離子膜，所用的陰極和陽極分別為耐酸堿的低析氫過電位陰極和低析氧過電位陽極，所述陰極優(yōu)選采用不銹鋼材料作為陰極，所述陽極優(yōu)選采用鈦鍍銥鉭涂層材料作為陽極。所述液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為抗酸堿耐腐蝕材料，優(yōu)選為聚丙烯。所述步驟(I)中硫酸鈉原料液經過濾后的不溶物小于50mg/L。所述步驟⑵中精制后的硫酸鈉原料液中Ca2++Mg2+ < 20ppb。所述步驟(2)的螯合樹脂離子選擇性吸附過程采用兩柱并聯(lián)，一根吸附，另一根解吸、交替再生的工藝模式實現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化運行。所述步驟(3)的攪拌溫度為50_60°C。所述步驟(4)的電解過程中的溫度為50_60°C，電流密度為100-3000A/m2。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明選用了適合本工藝的能控溫的液體循環(huán)槽和全氟磺酸離子膜，并采用了連續(xù)進出、攪拌、控溫的的運行方式進行電解，使電解槽的電解過程能夠連續(xù)穩(wěn)定運行。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明電流密度更大、離子膜成本低，工藝流程及工藝指標先進，運行成本低、生產能力大， 完全能夠滿足工業(yè)化連續(xù)生產的要求。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；圖2為本發(fā)明所用液體循環(huán)槽構造示意圖。附圖標記I電機；2減速機；3攪拌軸；4攪拌槳；5擋板；6環(huán)形空腔；7原料液入口 ；8循環(huán)液入口 ；9循環(huán)液出口 ； 10產品液出口 ；11控溫液入口 ； 12控溫液出口。
具體實施例方式通過以下實施實例對本發(fā)明進一步說明。實施例1本發(fā)明的一種電解硫酸鈉的工藝流程(參見圖1)，包括以下步驟(I)使用過濾方法對溶液進行過濾處理，使硫酸鈉溶液進行初步的凈化，本工藝過程采用杭州坤諾凈化設備有限公司DC5-1濾芯式過濾器，對硫酸鈉溶液進行過濾，過濾后固體懸浮物含量平均為10mg/L。(2)將已經進行過濾的硫酸鈉溶液進行樹脂吸附，采用有機玻樹脂柱兩根并聯(lián)，一根吸附，另一根解吸的工藝模式實現(xiàn)連續(xù)運行。柱內裝填D751螯合樹脂對硫酸鈉溶液進行精制，精制后雜質離子Ca2++Mg2+含量為0，隨著樹脂的不斷使用，當檢測樹脂柱出口Ca2++Mg2+含量達到20ppb后，更換另一根柱進行吸附，而此飽和樹脂柱進行再生作業(yè)，樹脂的解吸液采用15%鹽酸溶液解吸，解吸后用4% NaOH過柱再生，而后由清水洗至中性用于吸附。(3)精制完的硫酸鈉溶液進入原料液貯槽后由蠕動泵輸送到陽極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陽極側的電解后液混合成陽極電解液；陰極側清水由蠕動泵輸送到陰極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陰極側的電解后液混合成陰極電解液。兩極電解液經由泵送入電解槽內進行電解，電解槽單元槽尺寸為200X300mm，共有三個單元槽，槽框之間離子膜選用杜邦N117全氟磺酸離子膜，陽極采用鈦鍍銥鉭涂層材料作為陽極，陰極采用不銹鋼材料作為陰極。電解過程中電解液的輸送及循環(huán)由泵進行，流速為100mL/min，陰、陽極液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為聚丙烯，攪拌轉速為50轉/分，攪拌溫度為60°C。電解后液離開電解槽，在返回對應的液體循環(huán)槽之前，經陽極和陰極兩側的氣液分離器與電解產生的氧氣和氫氣分離。整個電解工藝過程中，陽極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入精制硫酸鈉溶液，槽內一部分液體連續(xù)以硫酸產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陽極室進行電解；陰極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入清水，槽內一部分液體連續(xù)以氫氧化鈉產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陰極室進行電解。(4)進行原料液硫酸鈉濃度為60g/L進行電解，電解條件為電解液溫度為60°C，電流強度為166A/m2的條件下電解，進行實驗中硫酸鈉電解率為68%。陰極側產品堿液濃度為40g/L，陽極側產品硫酸濃度為28g/L，在連續(xù)電解過程中硫酸鈉溶液加入量為12mL/min,陰極液加水量為12mL/min。實施例2除步驟I到步驟3與實施例1相同外，其實施例數(shù)據(jù)如下原料硫酸鈉濃度為100g/L，電解實驗溫度為55°C，電解電流強度為190A/m2，實驗中硫酸鈉電解率為72%，陰極側產品堿液濃度為30g/L，陽極側產品硫酸濃度為49g/L，在連續(xù)電解過程中硫酸鈉溶液加入量為14mL/min,陰極側加水量為14mL/min。實施例3除步驟I到步驟3與實施例1相同外，其余實施例數(shù)據(jù)如下原料硫酸鈉濃度為160g/L，電解實驗溫度為60°C，電解電流強度為150A/m2，實驗中硫酸鈉電解率為75%，陰 極側產品堿液濃度為150g/L，陽極側產品硫酸濃度為85g/L，在連續(xù)電解過程中硫酸鈉溶液加入量為9mL/min,陰極側加水量為9mL/min。實施例4除步驟I與步驟2與實施例1相同外，其余實施例數(shù)據(jù)如下精制完的硫酸鈉溶液進入原料液貯槽后由蠕動泵輸送到陽極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陽極側的電解后液混合成陽極電解液；陰極側清水由蠕動泵輸送到陰極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陰極側的電解后液混合成陰極電解液。兩極電解液經由泵送入電解槽內進行電解，電解槽單元槽尺寸為500X800mm，共有四個單元槽，陽極采用鈦鍍銥鉭涂層材料作為陽極，陰極采用不銹鋼材料作為陰極，槽框之間離子膜選用杜邦N117全氟磺酸離子膜。電解過程中電解液的輸送及循環(huán)由泵進行，流速為500L/min，陰、陽極液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為聚丙烯，攪拌轉速為50轉/分，攪拌溫度為50°C。電解后液離開電解槽，在返回對應的液體循環(huán)槽之前，經陽極和陰極兩側的氣液分離器與電解產生的氧氣和氫氣分離。整個電解工藝過程中，陽極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入精制硫酸鈉溶液，槽內一部分液體連續(xù)以硫酸產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陽極室進行電解；陰極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入清水，槽內一部分液體連續(xù)以氫氧化鈉產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陰極室進行電解。原料硫酸鈉濃度為100g/L，電解實驗溫度為50°C，電解電流強度為2000A/m2，實驗中硫酸鈉電解率為75%，陰極側產品堿液濃度為40g/L，陽極側產品硫酸濃度為50g/L，在連續(xù)電解過程中硫酸鈉溶液加入量為40L/min，陰極側加水量為40L/min。實施例5 除步驟I與步驟2與實施實例I相同外，其余實施例數(shù)據(jù)如下精制完 的硫酸鈉溶液進入原料液貯槽后由蠕動泵輸送到陽極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陽極側的電解后液混合成陽極電解液；陰極側清水由蠕動泵輸送到陰極液體循環(huán)槽，與來自電解槽陰極側電解后液混合成陰極電解液。兩極電解液經由泵送入電解槽內進行電解，電解槽單元槽尺寸為500X800mm，共有四個單元槽，陽極采用鈦鍍銥鉭涂層材料作為陽極，陰極采用不銹鋼材料作為陰極。槽框之間離子膜選用杜邦N117全氟磺酸離子膜。電解過程中電解液的輸送及循環(huán)由泵進行，流速為500L/min，陰、陽極液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為聚丙烯，攪拌轉速為50轉/分，攪拌溫度為55°C。電解后液離開電解槽，在返回對應的液體循環(huán)槽之前，經陽極和陰極兩側的氣液分離器與電解產生的氧氣和氫氣分離。整個電解工藝過程中，陽極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入精制硫酸鈉溶液，槽內一部分液體連續(xù)以硫酸產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陽極室進行電解；陰極液體循環(huán)槽連續(xù)地加入清水，槽內一部分液體連續(xù)以氫氧化鈉產品的形式輸出，另一部分液體連續(xù)循環(huán)回電解槽陰極室進行電解。原料硫酸鈉濃度為100g/L，電解實驗溫度為55°C，電解電流強度為3000A/m2，實驗中硫酸鈉電解率為74%，陰極側產品堿液濃度為60g/L，陽極側產品硫酸濃度為60g/L，在連續(xù)電解過程中硫酸鈉溶液加入量為60L/min，陰極側加水量為60L/min。以上實施例中，陽/陰極的液體循環(huán)槽為一頂面和底面封閉的圓柱形容器。上述液體循環(huán)槽頂面外側設有電機I和減速機2，減速機2用以降低電機I的轉速以獲取更大的力矩。上述液體循環(huán)槽內設有攪拌軸3、攪拌槳4、擋板5和環(huán)形空腔6。攪拌軸3的一端穿過循環(huán)槽頂面，通過減速機2與電機I相連接，攪拌軸3的另一端設有攪拌槳4。擋板5為兩片，沿底面直徑的兩端相對設置于液體循環(huán)槽主體內中部，以防止攪拌時使液體旋轉產生剪切流。環(huán)形空腔6亦設于循環(huán)槽主體中部，供控溫液在其中流動，與槽內溶液進行換熱。上述液體循環(huán)槽環(huán)形槽壁的上部對應底面直徑的兩端設置有原料液入口 7和循環(huán)液入口 8，下部對應底面直徑的兩端設有循環(huán)液出口 9和產品液出口 10，近中部還設有與空腔6相連通的控溫液入口 11和出口 12。電機I在減速機2的配合下通過攪拌軸3驅動槽內的攪拌槳4，將來自原料液入口 7的精制硫酸鈉/水與來自循環(huán)液入口 8的電解后液充分混合成陽/陰極電解液，該電解液中的一部分液體從循環(huán)液出口 9輸出，經過氣液分離器后返回電解槽,另一部分液體以硫酸/氫氧化鈉產品的形式從產品液出口 10輸出?？販匾和ㄟ^控溫液入口 11進入環(huán)形空腔6并通過出口 12離開，控溫液以此在環(huán)形空腔6中不斷流動，與槽內液體進行換熱，使槽內液體的溫度控制在設定的范圍內。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，SP依本發(fā)明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于包括以下步驟 (1)對硫酸鈉原料溶液進行過濾除雜，除去溶液中的水不溶物； (2)采用螯合樹脂對過濾后的硫酸鈉溶液進行選擇性離子交換吸附以除去其中的有害離子Ca2+、Mg2+而得到精制硫酸鈉溶液； (3)精制硫酸鈉溶液進入陽極側的液體循環(huán)槽與來自陽離子膜電解槽陽極室的循環(huán)硫酸鈉溶液攪拌混合；電解所用水進入陰極側的液體循環(huán)槽與來自陽離子膜電解槽陰極室的循環(huán)氫氧化鈉溶液混合； (4)陽極和陰極側的液體循環(huán)槽內的一部分液體分別進入陽離子膜電解槽的陽極室和陰極室，在陽離子膜兩側完成電解過程，電解后液出電解槽后，經陽極和陰極側的氣液分離器與電解產生的氧氣和氫氣分離后，進入對應的液體循環(huán)槽； (5)陽極側的液體循環(huán)槽內的另一部分液體以產品酸的形式排出；陰極側的液體循環(huán)槽內的另一部分液體以產品氫氧化鈉的形式排出； 以上所述陽極側的液體循環(huán)槽內連續(xù)輸入精制硫酸鈉，槽內一部分溶液以硫酸產品的形式連續(xù)輸出，另一部分溶液循環(huán)回陽離子膜電解槽陽極室進行電解；以上所述陰極側的液體循環(huán)槽內連續(xù)輸入電解用水，槽內一部分溶液以氫氧化鈉產品的形式連續(xù)輸出，另一部分溶液循環(huán)回陽離子膜電解槽陰極室進行電解。
2.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述陽離子膜電解槽所用的陽離子膜為全氟磺酸離子膜，所用的陰極和陽極分別為耐酸堿的低析氫過電位陰極和低析氧過電位陽極。
3.如權利要求2所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述陰極采用不銹鋼材料作為陰極，所述陽極采用鈦鍍銥鉭涂層材料作為陽極。
4.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為抗酸堿耐腐蝕材料。
5.如權利要求4所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述液體循環(huán)槽的液體接觸面的材料為聚丙烯。
6.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述步驟(I)中硫酸鈉原料液經過濾后的不溶物小于50mg/L。
7.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述步驟(2)中精制后的硫酸鈉原料液中Ca2++Mg2+ < 20ppb。
8.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述步驟(2)的螯合樹脂離子選擇性吸附過程采用兩柱并聯(lián)，一根吸附，另一根解吸、交替再生的工藝模式實現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化運行。
9.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述步驟(3)的攪拌溫度為50-60°C。
10.如權利要求1所述的一種電解硫酸鈉的工藝流程，其特征在于所述步驟(4)的電解過程中的溫度為50-60°C，電流密度為100-3000A/m2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)電解工業(yè)硫酸鈉廢水的工藝流程。本發(fā)明選用了適合本工藝的能控溫的液體循環(huán)槽，并采用了連續(xù)進出、攪拌、控溫的的運行方式進行電解，使電解槽的電解過程能夠連續(xù)穩(wěn)定運行。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明電流密度更大、離子膜成本低，工藝流程及工藝指標先進，運行成本低、生產能力大，完全能夠滿足工業(yè)化連續(xù)生產的要求。
文檔編號C25B9/06GK103060834SQ201110321640
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者黃懷國, 謝洪珍, 季常青, 申大志, 林國欽, 鐘俊 申請人:廈門紫金礦冶技術有限公司