鈦:氯堿產業陽極上乘材料
2023年01月05日 14:29 15742次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 分類: 鈦應用 作者: 王祝堂
鈦的熔點1680℃,密度4.54g/cm3,比鋁重,但比鋼輕43%,鈦有高的強度,為鋁的6倍,所以在結構材料中,鈦的比強度甚高。鈦的另一最大優點是,對許多物質有很強的抗腐蝕性能。
鈦在氯堿產業中有著廣泛的應用,一是因為它有優異的耐濕氯和氯化鈉溶液腐蝕性能,二是它的電化學性能適合用作陽極材料。美國早在上世紀60年代就開始用于制造氯堿設備,而且這種應用得到快速發展,復合年增長率達8%。2021年,世界上約有50%的氯生產使用了涂有釕鈦的陽極。在俄羅斯的氯生產中,設備及管道的80%以上是用鈦制的。全部氯堿產業,含氯生產和其他氧化物、有毒化學藥品、氯胺和漂白粉的生產,占化工部門使用鈦設備的60%以上。在氯堿產業中,日本用鈦陽極,鈦陽極是日本鈦應用最多的一種產品。從上世紀80年代初開始,中國氯堿工業用鈦陽極,取得了很好的經濟效果。
鈦陽極
鈦陽極是目前化學工業用鈦最多的單項產品。以前氯堿產業電解槽普遍采用石墨陽極,壽命短、耗電量大。采用鈦陽極的優點:陽極尺寸穩定、壽命長、耗電耗汽少、產品質量高、生產能力大、勞動條件好。上海燎原化學工業公司20米長電解槽改用鈦陽極后,經專家鑒定,與石墨陽極電解槽相比,生產能力翻一番。石墨電極電流密度大都為1100A/m2,鈦陽極的電流密度可達>2000A/m2;陽極壽命長。石墨陽極僅可使用約0.5年,而鈦陽極可使用>4年;節電15%左右,節汽約5%。產品質量好,石墨陽極槽生產的燒堿為紅紫色,而鈦陽極槽生產的卻是無色,有機雜質含量少;石棉隔膜壽命長。石墨陽極槽隔膜僅可使用約180天,而鈦陽極槽隔膜因無石墨碎粒堵塞,隔膜使用期限長,不但節約了石棉,而且維修工作量少;鈦陽極不用瀝青和鉛,綠色環保。
冷卻器
氯堿公司在制氯過程中,電解槽排出的氯不但溫度高,還含有不少水分,必須經過冷卻和干燥才能使用,冷卻工藝有直接法和間接法,噴水直接冷卻,不但會形成大量含氯水,而且會污染環境,氯的損耗量大,H2SO4消耗大,勞動條件也差;用不銹鋼間接冷卻器降溫,使用期限很難超過10天,石墨冷卻器也只能使用90天左右,而鈦卻是制造冷卻器的上乘材料,極耐濕氯腐蝕,腐蝕速度≤0.0025mm/年。所以,在氯堿工起中采用鈦冷卻器,一能縮短冷卻和干燥時間、減少氯的損失、降低環境污染,二能為壓縮氣體穩定操作和達到徹底干燥創造必要的條件。
在美國化學工業中,氯堿生產冷卻器的用鈦量>50%。美國阿利德化學工業公司(Allied)用石墨制造冷卻器管只能用2~3年,改用鈦管后可用10年以上。使用薄壁鈦管省去了在冷卻器上鑲嵌石墨條的工作,并能承受極高的熱傳導量,例如,78m2鈦冷卻器傳導的熱量與140m2石墨冷卻器的相當。蘇聯和俄羅斯氯堿產業用的冷卻器全部是鈦制的。上海燎原化學工業公司濕氯氣冷卻經濟指標、石墨列管與鈦列管冷卻器的技術經濟指標(見表)。由這些數據可看出,間接冷卻濕氯的效果比用水直接噴淋冷卻效果好得多。
上海燎原化學工業公司改用間接鈦冷卻器后,可節約水40萬噸/年,節約干燥用H2SO4 1360噸/年,節約氯1400噸/年。鈦列管冷卻器使用期限遠長于石墨列管冷卻器。
泵和閥門等
采用膜式法或水銀電解法制氯用鈦泵可取得最高的經濟效益。美國皮菲克公司的鈦泵使用期限長達10年。北京化工二廠曾在真空脫氯工藝中使用了鑄造的鈦6BA-12型泵,Dg100、Dg150型截止閥、HTB-7011型水環式陶瓷真空泵的鈦葉輪,工作了1.5年后仍完好如初,沒有出現腐蝕跡象。各種鈦閥門可在常壓到5000N/cm2的高壓下獲得有效的應用。
責任編輯:楊一鳴
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