氯酸鈉技術(shù)應(yīng)用

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論文關(guān)鍵詞:氯酸鈉；二氧化氯；水處理；紙漿處理

論文摘要:氯酸鈉屬于無機鹽類，它廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，并隨著科技、經(jīng)濟的發(fā)展而不斷擴展。目前國內(nèi)氯酸鈉年生產(chǎn)能力突破20萬噸，實際產(chǎn)量大約為15萬噸。另有數(shù)萬噸的在建工程。本文簡單介紹氯酸鈉的應(yīng)用及氯酸鈉技術(shù)。

一、氯酸鈉概述

氯酸鈉是一種重要的無機化工產(chǎn)品，其分子式為NaClO3，分子量106.44。通常我們見到的是白色或微黃色晶體，在介穩(wěn)狀態(tài)呈晶體或斜方晶體。相對密度2.490，熔點255℃，味咸而涼，易溶于水，微溶于乙醇、液氨、甘油。有潮解性。加熱到300℃以上就可分解放出氧氣。在酸性溶液中有強氧化作用，在中性或弱堿性溶液中氧化能力非常低，與硫、磷及有機物混合或受撞擊易引起燃燒和爆炸。

二、氯酸鈉應(yīng)用及發(fā)展

氯酸鈉是一種重要的無機化工產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用市場廣泛。國際上氯酸鈉92%用作紙漿處理和飲用水處理的原料：北美氯酸鈉98%用于紙漿和造紙業(yè)，其余2%用于制備氯酸鹽、礦業(yè)等。歐洲氯酸鈉84%用于造紙業(yè)，7.8%用于制造其他氯酸鹽、亞氯酸鹽，4.2%用于制造除草劑，其余4%用于鈾礦及其他。日本氯酸鈉73%用于造紙業(yè)，6%用于氧化劑及其他氯酸鹽的制備，5%用于除草劑，16%用于紡織及和其他行業(yè)。目前全世界氯酸鈉的產(chǎn)銷量約為300萬噸，生產(chǎn)廠家主要集中在北美（加拿大、美國）和北歐（蘇格蘭、瑞典）。其中北美產(chǎn)量約為170萬噸/年，北歐產(chǎn)量約為72萬噸/年，日本產(chǎn)量約為8萬噸/年。加拿大和美國的生產(chǎn)能力超過190萬噸/年，瑞典、法國的氯酸鈉產(chǎn)量也在20萬噸/年以上，而我國卻不足20萬噸（包括用于生產(chǎn)氯酸鉀所消耗的氯酸鈉）。美國是氯酸鈉消耗大國，雖連續(xù)擴建新裝置仍需從加拿大、瑞典等國進口，以滿足紙漿漂白、飲用水處理等方面的需求。在歐洲的芬蘭、瑞典、法國等國家，紙漿和紙制品生產(chǎn)商用二氧化氯作漂白劑的發(fā)展迅速。在日本其需求量也在連年上升，是氯酸鈉的長期進口國。

國外紙漿廠之所以采用二氧化氯漂白的主要原因：一是環(huán)保工作的需要，采用傳統(tǒng)的方法用氯氣漂白紙漿會產(chǎn)生強致癌物，還易與水中的腐殖質(zhì)形成氯代烴，與水中酚類形成有怪味的氯酚，與水中的氨形成對魚和人類均有害的氯胺，且氯氣長期使用可引起水中某些微生物的抗藥性，污染地下水源，不利于環(huán)保。目前歐洲和北美都已立法禁止造紙業(yè)使用氯漂白；二是二氧化氯與其它用于漂白的氧化劑相比，其漂白性能好，它的氧化電位適中，能有效地處理附著在纖維上的色素和污物而不影響其纖維強度，而且紙漿織物的白度可由原來氯漂的75°提高到85°。用二氧化氯漂白紙漿，生產(chǎn)的紙品在潮濕空氣中不隨時間延長而發(fā)黃變色，保證了紙品質(zhì)量，價值也比較高。到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)一種在成本及紙漿白度與強度方面超過二氧化氯的替代品。因此，制漿領(lǐng)域采用氯氣漂白紙漿的方法將很快被二氧化氯漂白法所取代。

氯酸鈉在水處理方面主要是應(yīng)用氯酸鈉衍生的二氧化氯。在城市飲用水和污水處理中，國際上通常采用3種消毒方式，即液氯消毒、二氧化氯消毒和臭氧消毒，中國基本上是采用液氯消毒。采用液氯消毒，在殺菌的同時，又帶來游離氯對各種有機物的氯化作用，在水體當(dāng)中產(chǎn)生三氯甲烷、二惡英、氯酚等致辭癌物，危害人類的健康。

近幾年國家有關(guān)部門在對飲用水質(zhì)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，各地的飲用水中有各種不同屬性的有機物300多種，其中三氯甲烷含量最為突出，一些地方的飲用水中三氯甲烷含量310μg/L。二氧化氯與液氯消毒相比，兩者的消毒體系非常相似，但二氧化氯消毒不會與水中的有機物產(chǎn)生三氯甲烷，不會產(chǎn)生氯化胺，卻能破壞酚、硫化物、氧化物和其他許多有機物；與臭氧消毒相比，二氧化氯消毒投資少，產(chǎn)率高，在水中的滯留時間長，能夠有效地殺除和控制各種細(xì)菌，同時也不會與水中的溴化物、次溴酸物反應(yīng)，產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)。由此可見，二氧化氯不僅是一種比液氯更有效的殺菌劑和殺病毒劑，且其氧化能力僅次于臭氧（投資低于臭氧），消毒過程中幾乎不形成三氯甲烷和揮發(fā)性有機氯，同時生成的總有機氯也要比液氯少得多，其取代液氯已成為時代的必然。目前，二氧化氯在歐美國家得到了普遍應(yīng)用，而中國則剛剛起步，許多科研院所和自來水公司都已紛紛開展研究，并取得了一定的成績。

三、氯酸鈉技術(shù)簡介

氯酸鈉的生產(chǎn)方法主要有化學(xué)法和電解法。

化學(xué)法：化學(xué)法是以石灰為原料，將石灰制成石灰乳，然后氯化。在析出了氯化鈣結(jié)晶后的氯酸鈣溶液中，加入硫酸鈉或碳酸鈉進行復(fù)分解反應(yīng)，生成氯酸鈉溶液和硫酸鈉產(chǎn)品。由于化學(xué)法生產(chǎn)氯酸鈉有工藝流程長、設(shè)備多、占地面積大、操作環(huán)境差、生產(chǎn)成本高等原因，目前國內(nèi)外氯酸鈉生產(chǎn)均不采用這一方法。

電解法是以原鹽或精制鹽為原料，原鹽需先制成飽和的粗鹵水，然后加入純堿、燒堿和氯化鋇，除去粗鹽水中的鈣、鎂及硫酸根離子，并過濾得一級精制鹽水。一級精制鹽水再經(jīng)離子交換處理或膜處理得到二級精制鹽水，然后在二次精制鹽水中加入重鉻酸鈉、鹽酸，調(diào)節(jié)PH值后送入無隔膜的電解槽中進行電解。電解得到的氯酸鈉溶液，經(jīng)過脫次氯酸鈉、結(jié)晶、分離、干燥得到結(jié)晶氯酸鈉成品，現(xiàn)在所有廠家都采用的是電解法工藝生產(chǎn)氯酸鈉，其工藝過程大體包括鹽水工序、電解工序、結(jié)晶干燥工序等，現(xiàn)分述如下：

（一）鹽水工序

北美、歐洲國家氯酸鈉生產(chǎn)所用氯化鈉均為精制氯化鈉，其鈣鎂含量極低，鹽水精制工序常采用二級凈化處理（采用膜過濾、離子交換處理等技術(shù)，進一步除去鹵水中的雜質(zhì)離子）。因精鹽中雜質(zhì)含量少，故而鹽水精制工序生產(chǎn)線短，排渣量少，減少了對環(huán)境的污染。國外氯酸鈉生產(chǎn)廠家都非常注重鹽水的凈化處理，因為鹽水的質(zhì)量好壞直接影響電耗和洗槽周期。

國內(nèi)氯酸鈉原料采用礦鹽、鹵水、海水，原料雜質(zhì)較多，精制生產(chǎn)線長。由于原料精制設(shè)備簡陋，精鹽水鈣、鎂含量高，故而造成槽電壓升得快，洗槽周期短，一般在三個月洗一次，進行鹽水的二次精制可使鹵水含鈣鎂量降低，還可降低電耗、延長洗槽周期，提高生產(chǎn)效率。

（二）電解工序

電解工序是生產(chǎn)氯酸鈉的最主要工序。電解槽是氯酸鈉生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。二十世紀(jì)六、七十年代鈦基涂釕金屬陽極開始應(yīng)用于氯堿電解槽。經(jīng)過近幾十年來的發(fā)展該項技術(shù)已成為相對完善的技術(shù)。值得一提的是某一公司開發(fā)了一個反應(yīng)器帶成百個電解槽的裝置。該技術(shù)巧妙地解決了電化學(xué)腐蝕問題，使裝置結(jié)構(gòu)和操作簡化，電流效率又高。國外單線生產(chǎn)能力一般在三萬至五萬噸/年，電流密度一般在2500-3000A/m2，電流效率在94%-95%。

國內(nèi)大多公司采用一個反應(yīng)器帶三至五個電解槽的汽提外循環(huán)氯酸鈉電解裝置。近兩年來，為了更加完善電解槽，對一些結(jié)構(gòu)要素進行了優(yōu)化。使單線生產(chǎn)能力可達4.0萬噸/年。

（三）結(jié)晶工序

幾乎所有的生產(chǎn)線都采用真空結(jié)晶技術(shù)，有外循環(huán)式（3萬噸/年以下）和內(nèi)循環(huán)式真空結(jié)晶器，其熱源為電解反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。（3萬噸/年以上）用水環(huán)式真空泵抽真空。德國的麥索（MESO）公司是全球最大的結(jié)晶器專業(yè)設(shè)計制造商，其設(shè)備專一用來生產(chǎn)大粒晶體。脫水工序均采用臥式自動卸料離心機，干燥工序選用沸騰床干燥器。國內(nèi)比較大的生產(chǎn)廠家一般采用引進技術(shù)生產(chǎn)大粒晶體。

（四）氯酸鈉生產(chǎn)過程主要的化學(xué)反應(yīng)式為：

總反應(yīng)式：NaCL+3H2O=NaCLO3+3H2↑

陽極：2CL-→CL2↑+2e

陰極：2H2O+2e→H2↑+2OH-

液相反應(yīng)：CL2+H2O=HCLO+H++CL-

HCLO=H++CLO-

2HCLO+CLO-→CLO3-+2CL-+2H+

四、環(huán)境保護：

國外發(fā)達國家都非常重視環(huán)境保護工作，生產(chǎn)過程全密閉循環(huán)，幾乎做到了零排放。由于原料鹽是精制鹽，廢渣排放量極少；廢氣中的氯全部回收利用，幾乎無廢氣排出，洗液、雨水通過室外雨水溝全部回收處理。一些發(fā)達國家在設(shè)計時就非常注重環(huán)保，有的工廠在基建時就在地下鋪建橡塑板，以防對地面造成污染，工廠搬遷時可還原地表。

目前我國對環(huán)境治理要求比較嚴(yán)格，因此在建此類項目時要考慮環(huán)境的影響。應(yīng)盡量減少環(huán)境污染。同時隨著國家對環(huán)境治理力度的加強，會剌激氯酸鈉的消耗，從而促進氯酸鈉行業(yè)的發(fā)展。

五、國內(nèi)氯酸鈉生產(chǎn)的機遇與挑戰(zhàn)

我國氯酸鈉的消費結(jié)構(gòu)、消費量與發(fā)達國家相比有很大差距。歐美消費量達200多萬噸，且90%用于造紙和水處理；我國消費量小，且75%用作制造氯酸鉀作為生產(chǎn)煙花的原料。國內(nèi)潛在市場廣闊：現(xiàn)在我國在造紙業(yè)使用氯酸鈉正處于發(fā)展階段，今后幾十年里二氧化氯漂白將在造紙行業(yè)占主導(dǎo)地位。二氧化氯是目前國際公認(rèn)的一種高效、低毒、快速、廣譜的第四代新型滅菌消毒劑，是聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的安全、高效、無毒新型強氧化殺菌消毒劑。在飲用水消毒上，二氧化氯取代氯氣是必然趨勢，其用量也在逐年上升。國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展和消費水平的快速提高，使氯酸鈉的應(yīng)用范圍不斷擴大，如電子、環(huán)保、消毒、石油、開采等行業(yè)需求加大；以上種種原因都極大地刺激了氯酸鈉的消費。但是，氯酸鈉生產(chǎn)投資大，很多企業(yè)無力承擔(dān)。加入WTO后，國內(nèi)氯酸鈉生產(chǎn)成本比國外高，國外產(chǎn)品的擁入勢必會影響國內(nèi)氯酸鈉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。再者，綠色和平組織主張向完全無氯漂白工藝發(fā)展，也會給國內(nèi)氯酸鈉的使用產(chǎn)生一定的影響。有學(xué)者稱：由于我國氯酸鈉生產(chǎn)尚處于發(fā)展階段，在近二、三十年內(nèi)，二氧化氯在水處理及造紙方面的應(yīng)用將是這些行業(yè)的主流，不會有太大的變化。以上眾多因素，生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)時，一是要加大投入技術(shù)力量、設(shè)備，提高產(chǎn)品在國際上的竟?fàn)幜?，在生產(chǎn)的同時做好環(huán)境保護及三廢的治理工作，為社會的可持續(xù)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

參考資料：

無機化工產(chǎn)品大全化學(xué)工業(yè)出版社

無機鹽工藝學(xué)化學(xué)工業(yè)出版社

制鹽化工手冊中國輕工業(yè)出版社刊