国产氯碱离子膜的安全性保障

宗少杰，王学军

（含氟功能膜材料国家重点实验室，山东 桓台256401）

离子膜烧碱生产工艺过程涉及到氯气、氢气、烧碱、盐酸等易燃、易爆，有毒、有害物质及高温、高压等。在生产过程中存在着多种危险危害因素，一旦发生事故可能造成极为严重的后果，不仅影响到生产的正常进行，同时人们的生命和财产也将遭到严重损失。因此对烧碱生产装置进行必要的安全排查和预防是十分必要的。在影响离子膜法烧碱生产安全的各个环节中，离子膜的质量也对氯碱安全产生重要的影响。如果因为离子膜质量不合格导致在安装运行后产生撕裂、破损、针孔等问题，离子膜则容易发生泄漏。发生泄漏的离子膜，可能引起如下问题：（1）Cl2中含H2增高，氢过量会在电解槽或氯处理系统发生爆炸，给生产带来严重的安全问题；（2）通过膜孔NaOH 反迁移，过量会造成阳极腐蚀；（3）Cl2通过针孔会造成阴极破坏；（4）碱液中NaCl 浓度增加，通过膜的针孔腐蚀电解槽垫片，垫片的使用寿命缩短。因此，离子膜的力学性能和针孔指标密切关系着电解工艺的安全和稳定。山东东岳集团自国产化离子膜研发以来，始终把离子膜质量安全放在首位，在生产工艺方面通过设备的不断升级和自动化改造保证生产过程的稳定性，在离子膜拉伸强度、撕裂强度、爆破强度等力学性能方面严格把关以保证离子膜在使用周期内不发生破损导致泄漏；同时在针孔检测方面采用先进的红外探测技术保证出厂的离子膜零针孔概率。

1 国产离子膜在生产安全方面的保障

1.1 国产离子膜的厚度均匀性

离子膜的厚度均匀性直接关系到膜的拉伸强度、断裂伸长率和耐折耐破等机械性能，又对膜材料的微观形态、传质性能等影响显著。如何在机械性能和传质性能之间寻求相对的平衡，实现既能够保证足够的机构强度，又能最大限度降低面电阻、提高传质效率，是个需要反复衡量、不断研究的技术问题。新一代国产氯碱离子膜的整体厚度既保证了较低的面电阻，又兼顾了良好的机械强度，在电耗和安全之间的平衡达到了一个崭新的高度，使整张离子膜力学性能实现优良的稳定性。如果厚度不均匀，将容易导致离子膜在使用过程中发生局部撕裂或破损，同时也会导致针孔率上升，所以基膜厚度均匀是保证离子膜质量的基础，是整个离子膜生产工艺中最关键的环节。国产离子膜基膜挤出部分采用国际上最先进的模具自动调节技术，能把厚度偏差调节到±5 μm 以内，极大的提高了离子膜生产工艺精度，保证了基膜厚度均匀性，大大减少了后续工序造成的针孔与缺陷。

1.2 离子膜力学性能对比

力学性能对离子膜的安全性和使用寿命产生至关重要的影响，离子膜的强度支撑90%以上来自于PTFE（聚四氟乙烯）增强网布，新一代国产离子膜增强网布采用了超细PTFE 纤维，通过改进纺织方式、优化复合方法和膜内位置，比上一代增强网布进一步提高了开孔率，降低了对电流的阻挡，从而在保证膜材料强度的同时提高了氯碱膜的离子传递性能。

东岳离子膜优选国内外性能优良的PTFE 丝线，用平织的方式编织成网布，通过特殊工艺镶嵌于基膜材质内，保证了离子膜优良的力学性能。国产离子膜在拉伸强度、撕裂强度、爆破强度等力学性能方面严格参照相关标准进行检测（见表1）。

表1 国产离子膜力学性能检测项目及参照标准

通过测试结果来看，国产离子膜的力学性能与国外膜相当，甚至在某些指标方面优于国外膜（见表2），在关键的力学性能方面保证了离子膜使用的安全性。

1.3 先进的针孔检测技术

东岳国产离子膜生产工艺采用先进的电火花探测、红外探测、负压探测等多项针孔检测技术，在离子膜生产的多个环节重复检测，对产生针孔的膜进行严格筛选排除，保证出厂的离子膜不出现针孔，部分应用客户见表3。

表2 国产离子膜与国外对照膜力学性能对比

表3 国产离子膜部分应用客户

2 结语

国产离子膜经过十几年的研发，在安全性和生产工艺方面已经非常成熟，下一步将在国内氯碱生产企业完成应用推广，促进中国氯碱行业的健康持续发展。