钛:氯碱产业阳极上乘材料

2023年01月05日 14:29 2782次浏览 来源:   分类: 钛应用   作者:

钛的熔点1680℃,密度4.54g/cm3,比铝重,但比钢轻43%,钛有高的强度,为铝的6倍,所以在结构材料中,钛的比强度甚高。钛的另一最大优点是,对许多物质有很强的抗腐蚀性能。

钛在氯碱产业中有着广泛的应用,一是因为它有优异的耐湿氯和氯化钠溶液腐蚀性能,二是它的电化学性能适合用作阳极材料。美国早在上世纪60年代就开始用于制造氯碱设备,而且这种应用得到快速发展,复合年增长率达8%。2021年,世界上约有50%的氯生产使用了涂有钌钛的阳极。在俄罗斯的氯生产中,设备及管道的80%以上是用钛制的。全部氯碱产业,含氯生产和其他氧化物、有毒化学药品、氯胺和漂白粉的生产,占化工部门使用钛设备的60%以上。在氯碱产业中,日本用钛阳极,钛阳极是日本钛应用最多的一种产品。从上世纪80年代初开始,中国氯碱工业用钛阳极,取得了很好的经济效果。

钛阳极

钛阳极是目前化学工业用钛最多的单项产品。以前氯碱产业电解槽普遍采用石墨阳极,寿命短、耗电量大。采用钛阳极的优点:阳极尺寸稳定、寿命长、耗电耗汽少、产品质量高、生产能力大、劳动条件好。上海燎原化学工业公司20米长电解槽改用钛阳极后,经专家鉴定,与石墨阳极电解槽相比,生产能力翻一番。石墨电极电流密度大都为1100A/m2,钛阳极的电流密度可达>2000A/m2;阳极寿命长。石墨阳极仅可使用约0.5年,而钛阳极可使用>4年;节电15%左右,节汽约5%。产品质量好,石墨阳极槽生产的烧碱为红紫色,而钛阳极槽生产的却是无色,有机杂质含量少;石棉隔膜寿命长。石墨阳极槽隔膜仅可使用约180天,而钛阳极槽隔膜因无石墨碎粒堵塞,隔膜使用期限长,不但节约了石棉,而且维修工作量少;钛阳极不用沥青和铅,绿色环保。

冷却器

氯碱公司在制氯过程中,电解槽排出的氯不但温度高,还含有不少水分,必须经过冷却和干燥才能使用,冷却工艺有直接法和间接法,喷水直接冷却,不但会形成大量含氯水,而且会污染环境,氯的损耗量大,H2SO4消耗大,劳动条件也差;用不锈钢间接冷却器降温,使用期限很难超过10天,石墨冷却器也只能使用90天左右,而钛却是制造冷却器的上乘材料,极耐湿氯腐蚀,腐蚀速度≤0.0025mm/年。所以,在氯碱工起中采用钛冷却器,一能缩短冷却和干燥时间、减少氯的损失、降低环境污染,二能为压缩气体稳定操作和达到彻底干燥创造必要的条件。

在美国化学工业中,氯碱生产冷却器的用钛量>50%。美国阿利德化学工业公司(Allied)用石墨制造冷却器管只能用2~3年,改用钛管后可用10年以上。使用薄壁钛管省去了在冷却器上镶嵌石墨条的工作,并能承受极高的热传导量,例如,78m2钛冷却器传导的热量与140m2石墨冷却器的相当。苏联和俄罗斯氯碱产业用的冷却器全部是钛制的。上海燎原化学工业公司湿氯气冷却经济指标、石墨列管与钛列管冷却器的技术经济指标(见表)。由这些数据可看出,间接冷却湿氯的效果比用水直接喷淋冷却效果好得多。

上海燎原化学工业公司改用间接钛冷却器后,可节约水40万吨/年,节约干燥用H2SO4 1360吨/年,节约氯1400吨/年。钛列管冷却器使用期限远长于石墨列管冷却器。

泵和阀门等

采用膜式法或水银电解法制氯用钛泵可取得最高的经济效益。美国皮菲克公司的钛泵使用期限长达10年。北京化工二厂曾在真空脱氯工艺中使用了铸造的钛6BA-12型泵,Dg100、Dg150型截止阀、HTB-7011型水环式陶瓷真空泵的钛叶轮,工作了1.5年后仍完好如初,没有出现腐蚀迹象。各种钛阀门可在常压到5000N/cm2的高压下获得有效的应用。

责任编辑:杨一鸣

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