[其他]氯酸钠的生产

说明书

本发明涉及通过电解氯化钠水溶液，特别是含有硫酸盐杂质的氯化钠水溶液来制备氯酸钠。

用电化学装置和工艺制备氯酸钠是人所共知的，并且广泛应用于该化合物的工业生产。通过电解盐水来生产氯和氢氧化钠并从电解槽中制取次氯酸钠是公知的，根据反应式：

可知次氯酸可以转化为氯酸根离子和氯离子。这样在电解系统内氯化钠实际上与水结合生成氯酸钠和氢气。电解一般在60-90℃下，在包含有贵金属或贵金属氧化物覆盖的钛阳极和钢阴极的电解槽中进行，并在溶液中放入少量的重铬酸钠以善整个反应的效率。在工艺中加进氯化钠和水，生产出一种包含氯酸钠，氯化钠和重铬酸钠的溶液。

由于覆盖着钛阳极的贵金属或金属氧化物腐蚀的增加，实际上不可能将所有氯化钠电解成氯酸钠。一般产物的液体将含氯化钠至少为每升100克（100gpl），氯酸钾一般含量范围为350-650克/升。

一般用于制备电解盐水的氯化钠盐是岩盐和晒制盐。这两种盐源所含的杂质决定氯酸钠电解槽的操作。这种典型的杂质是钙离子，它会在电解槽的阴极沉积，这样增加了电解槽的电阻。由于消耗了额外的电能而导致操作成本的提高。一般在进入电解槽前用碳酸钠，氢氧化钠处理盐水，盐料液中钙的含量减至低于10ppm，镁的浓度低于1ppm。虽然可以通过用化学品对盐水初步处理来减少钙离子的沉淀影响，但仍有一些钙存在于盐水中并积累在电解槽内，而增加电解能量的消耗，导致操作成本的增加。近年来，在经过化学品处理盐水之后，普遍增加一个二级纯化步骤，该方法是使用离子交换树脂从盐水溶液中除去钙和镁。典型的这种树脂是Duolite    ES467＊和Rohm和Haas    IRC718＊。这些树脂能将钙和镁的含量减至少于十亿分之50，（50ppb）特别减至25ppb。此二级纯化步骤对于电费高的地区特别有利。氯酸钠是用于制造二氧化氯气体的原料，该气体溶于水中用来漂白纸张。氯酸钠在用作生产二氧化氯时，它一般是和硫酸反应生产出二氧化氯，氯气和硫酸钠。由于用在二氧化氯生产中的氯酸钠是水溶液，因此电解的生产液可以直接用于二氧化氯发生器中。生产液体产品的装置趋向于设在有关二氧化氯发生器的附近，以便尽量减少运输大量水所需的费用。然而这有一个缺点，在作为液体出售的氯酸钠中，含有加进电解槽中用于提高工艺效率的重铬酸钠，由于重铬酸钠会在生产装置中损失而增加一定的生产成本。

供应各方面雇客的商用氯酸盐厂家一般生产氯酸钠晶体，因此大大减少了运输成本和避免了重铬酸钠的损失。生产晶体氯酸钠的工艺是人所共知的。一般在60-90℃将含有氯酸钠和氯化钠的热生产液输送到真空结晶器进行冷却和将水蒸发，生产出结晶的氯酸钠。通过选择适当的工艺操作条件，氯化钠可以维持在溶液中，这样经过将基本纯的氯酸钠晶体从母液中连续分离后，母液可再循环回电解槽。虽然在一些工序中可通过旁路来干燥，但氯酸盐晶体一般还需待干燥和装运。

在上述原盐中除了含钙镁和镁杂质以外在工业盐中一般还存有硫酸根离子。当这种盐直接以盐或盐水的形式使用，而没有采取特别的步骤来除去硫酸盐时，硫酸盐会进入电解系。

硫酸根离子在电解系统的条件下的保持不变，使得若不采取某些步骤将其除去的话，它便会积累，从而在系统中的浓度不断地增加。在生产液体产品的氯酸钠装置中，硫酸根离子会留在产品溶液中。然而只生产晶体氯酸钠的装置并无提供排除碳酸根离子的装置。因此盐中的硫酸根离子在进入电解系统后，经结晶工序仍留在母液里并循环回到电解槽中。时间一长硫酸根离子浓度会增加，若硫酸盐浓度达到足够高时引起在电介槽里的局部沉积，会严重地影响电解的能量消耗和引起操作上的问题。例如，当硫酸盐的浓度相当于硫酸钠浓度达到30克/升以上时，并根据电解质的浓度和温度，硫酸盐将在电解槽中沉积，从而限制了电解质的循环，将严重地影响到电解的能量消耗和阳极覆盖物的寿命。在一般的电解槽和结晶器的操作条件下，这种在电解槽内的作用也会发生在硫酸盐浓度低于结晶器中母液的饱和浓度的情况里。因此一般的结晶器不能将硫酸盐的浓度降到合适于电解系统浓度的水平。由于在母液中硫酸钠的溶解度在由真空冷却所达到的实际操作温度范围内基本上为常数，因此实际上不可能将真空结晶器母液中硫酸盐的饱和浓度减少到一个可以接受的水平。

目前用各种方法来控制在氯酸盐结晶装置中硫酸盐的浓度，但每种方法都有其缺点。