Quels sont les défauts liés à l'entartrage par la contamination au Ca2+ et au Mg2+ dans les électrolyseurs des usines de chlore-alcali et les mesures correspondantes ?

Dans chlore-alcali Lors de la production chimique, les ions Ca2+ et Mg2+ sont les deux impuretés cationiques les plus courantes et les plus nocives. Un excès d'ions calcium et magnésium pénètre dans électrolyseur Les ions, mélangés à la saumure raffinée, migrent vers la cathode sous l'effet du champ électrique. Ils pénètrent la couche d'acide carboxylique de la membrane échangeuse d'ions, subissent des réactions chimiques en conditions électrolytiques, et les précipités d'hydroxyde résultants se déposent dans les canaux ioniques de cette couche, provoquant l'obstruction des micropores de la membrane et l'entartrage de la surface de l'électrode. Ceci engendre une série de problèmes, notamment une augmentation de la tension de la cellule, une diminution de l'efficacité de l'électrolyse, ainsi que le vieillissement et la détérioration de la membrane échangeuse d'ions. Dans les cas les plus graves, cela peut entraîner un arrêt imprévu de l'installation, causant des pertes économiques importantes pour l'entreprise. Les manifestations quantitatives de ces dommages sont les suivantes : augmentation soutenue de la tension de la cellule (partie irréversible) à un rythme bien supérieur au vieillissement normal ; diminution du rendement de courant ; et dégradation irréversible des performances globales de la membrane.

Causes principales :

1. Le sel brut est la matière première de base pour la préparation de la saumure. En production industrielle, il provient de différentes sources : sel marin, sel gemme et sel de lac, dont la qualité varie considérablement. Si les lots de sel brut reçus changent fréquemment et que le contrôle qualité est insuffisant, des fluctuations importantes et un dépassement des teneurs en impuretés de calcium et de magnésium peuvent survenir.

2. Lors du raffinage de la saumure, la soude caustique, le carbonate de sodium et le chlorure ferrique, agents de raffinage, doivent être dosés avec précision en fonction du débit de la saumure brute et de sa teneur en impuretés. Un dosage insuffisant entraîne des réactions de précipitation incomplètes du calcium et du magnésium, ce qui provoque des concentrations de calcium et de magnésium supérieures aux normes dans la saumure primaire ; un dosage excessif augmente la consommation de réactifs et perturbe les conditions opératoires ultérieures, détériorant ainsi la qualité de la saumure. Par ailleurs, le pH de la réaction, la température, l’intensité de l’agitation et le temps de séjour sont des paramètres clés pour l’élimination du calcium et du magnésium. Un manque de contrôle de ces paramètres entraîne des réactions incomplètes, empêchant la filtration de retenir les impuretés et conduisant finalement à des concentrations de calcium et de magnésium non conformes dans la saumure raffinée.

3. Le blocage des décanteurs du tube clarificateur, la défaillance de la séparation solide-liquide du préprocesseur et l'encrassement ou l'endommagement des pores de la membrane Kelai peuvent tous entraîner une rétention incomplète des précipités de calcium et de magnésium, leur permettant de s'écouler dans les processus en aval avec la saumure.

4. Dans le processus de raffinage secondaire, si la résine chélatante de la tour de résine chélatante est régénérée de manière incomplète, si le cycle de régénération est trop long, si la résine a atteint la fin de sa durée de vie, ou si le chlore libre n'est pas complètement éliminé avant d'entrer dans la tour de résine, provoquant des dommages oxydatifs à la résine, sa capacité d'échange d'ions pour éliminer les ions calcium et magnésium diminuera directement.

5. La corrosion de l'acier au carbone ou de l'acier inoxydable de qualité inférieure dans le système de saumure sous des environnements de saumure à haute température et de traces de Cl2 conduit à une fuite de Fe3+ dans la saumure.

Méthodes de traitement :

1. L'électrolyseur a été arrêté en urgence et lavé deux fois à l'eau pure à une température ne dépassant pas 40 degrés C.

2. Diagnostic de la source de contamination : Prélever un échantillon de la saumure d’alimentation et analyser les concentrations de Ca2+/Mg2+ (pour vérifier leur conformité aux normes) ; examiner les enregistrements d’analyse de la saumure secondaire et les enregistrements de régénération de la tour de résine des dernières 24 à 72 heures afin de confirmer le moment de la contamination ; ouvrir l’orifice d’inspection de la tour de résine pour observer la couleur de la résine (normale : jaune clair ; dommages oxydatifs : brun foncé/noir) et vérifier l’absence de rupture ; consulter les enregistrements de dosage des produits chimiques, les conditions de réaction, le différentiel de pression de filtration, etc.

3. Mesures à court terme après confirmation de la source de contamination : Basculer vers la tour de résine de secours, en remplaçant la tour de résine contaminée par une tour de secours fraîchement régénérée ; régénérer immédiatement la tour de résine contaminée ; augmenter le dosage de l’agent de raffinage primaire en excès : augmenter la marge de raffinage de la saumure primaire à titre de mesure temporaire ; réduire la densité de courant : diminuer la force motrice du transfert de masse de Ca2+/Mg2+ dans la membrane pour ralentir les dommages supplémentaires.

4. Mesures à moyen terme après confirmation de la source de contamination : analyser et confirmer s’il s’agit d’un problème de régénération, de la fin de vie de la résine, d’un raffinage primaire insuffisant ou d’un changement de source de sel ; corriger les paramètres de fonctionnement en ajustant le cycle de régénération, le dosage ou la température de fonctionnement en fonction de la cause première ; évaluer le degré d’endommagement de la membrane en estimant les dommages irréversibles survenus grâce à l’augmentation de la tension de cellule et à la diminution du rendement de courant. Si la tension de cellule a augmenté de plus de 50 mV et ne se rétablit pas malgré la modification des conditions de fonctionnement, il convient d’envisager rapidement le remplacement de la membrane.

5. Mesures à long terme après confirmation de la source de contamination : (1) Remplacement de la membrane : Les dommages causés à la membrane par les ions Ca²⁺/Mg²⁺ sont irréversibles. Si l’augmentation de tension a un impact significatif sur la rentabilité (surconsommation d’énergie supérieure au coût d’un remplacement prématuré de la membrane), un remplacement doit être effectué ; (2) Amélioration systématique : En cas de contaminations répétées par les ions Ca²⁺/Mg²⁺, des améliorations doivent être apportées à la source : mise à niveau des équipements de filtration de précision, ajout d’un système de surveillance en ligne, remplacement de la résine par une résine à capacité d’échange plus élevée et utilisation de sources de sels moins contaminés.

Dans le procédé de raffinage de la saumure de l'industrie chlore-alcali, l'ensemble du processus garantit que la saumure alimentant l'électrolyseur réponde à des normes de pureté extrêmement élevées grâce à deux étapes de traitement physico-chimique rigoureux. Le raffinage de la saumure est un procédé d'ingénierie systématique exigeant une grande précision. Seule une maîtrise stricte des paramètres de procédé, des opérations de dosage et de régénération standardisées, ainsi qu'une configuration scientifique des équipements permettent de prévenir fondamentalement le colmatage et la corrosion de la membrane échangeuse d'ions dus aux impuretés, assurant ainsi un rendement de courant élevé et prolongeant la durée de vie des équipements essentiels.