염소-알칼리 플랜트 전해조에서 Ca2+ 및 Mg2+ 오염 스케일링의 문제점과 이에 대한 대책은 무엇인가?

~ 안에 염소알칼리 화학 생산 과정에서 Ca2+와 Mg2+는 가장 흔하고 유해한 양이온 불순물입니다. 과도한 칼슘 및 마그네슘 이온은 화학 물질에 유입됩니다. 전해조 정제된 염수와 함께 전기장 하에서 음극으로 이동합니다. 이들은 이온 교환막의 카르복실산 층을 투과하여 전해 조건 하에서 화학 반응을 일으키고, 생성된 수산화물 침전물이 카르복실산 층의 이온 채널에 침착되어 이온 교환막의 미세 기공을 막고 전극 표면에 스케일을 형성합니다. 이는 셀 전압 상승, 전해 효율 저하, 이온 교환막의 노화 및 손상 등 일련의 문제를 야기합니다. 심각한 경우, 계획되지 않은 공장 가동 중단을 초래하여 기업에 상당한 경제적 손실을 가져올 수 있습니다. 손상의 정량적 징후는 다음과 같습니다. 정상적인 노화 속도를 훨씬 초과하는 증가율을 보이는 지속적인 셀 전압 상승(비가역적 부분), 전류 효율 저하, 그리고 회복 불가능한 전체 막 성능 저하.

주요 원인:

1. 원염은 염수 제조의 기본 원료입니다. 산업 생산에서 원염은 해염, 암염, 호수염 등 다양한 공급원에서 얻어지며, 공급원에 따라 품질 차이가 큽니다. 원염의 공급 배치가 자주 바뀌고 품질 관리가 소홀할 경우, 칼슘 및 마그네슘 불순물 함량의 큰 변동과 기준치 초과가 발생할 수 있습니다.

2. 염수 정제 과정에서 가성소다, 탄산나트륨, 염화제2철 정제제는 원염수 유량 및 불순물 함량에 따라 정확하게 투입해야 합니다. 투입량이 부족하면 칼슘 및 마그네슘 침전 반응이 불완전해져 원염수의 칼슘 및 마그네슘 함량이 기준치를 초과하게 되고, 과다 투입은 시약 소모량을 증가시켜 후속 공정 조건에 영향을 미치고 염수 품질을 저하시킵니다. 한편, 반응 pH, 온도, 교반 강도, 체류 시간은 칼슘 및 마그네슘 제거에 있어 핵심적인 조건입니다. 이러한 매개변수를 제대로 제어하지 못하면 반응이 불완전해져 여과 과정에서 불순물을 제거하지 못하게 되고, 결국 정제된 염수의 칼슘 및 마그네슘 지표값이 기준치를 초과하게 됩니다.

3. 침전조 튜브의 막힘, 전처리 공정의 고액 분리 실패, 켈라이 멤브레인 기공의 막힘 또는 손상은 모두 칼슘 및 마그네슘 침전물의 불완전한 포집을 초래하여 이러한 침전물이 염수와 함께 하류 공정으로 흘러 들어가게 할 수 있습니다.

4. 2차 ​​정제 공정에서 킬레이트 수지탑의 킬레이트 수지가 불완전하게 재생되거나, 재생 주기가 너무 길거나, 수지의 수명이 다했거나, 수지탑에 들어가기 전에 유리 염소가 완전히 제거되지 않아 수지에 산화 손상이 발생하면 칼슘 및 마그네슘 이온 제거를 위한 이온 교환 용량이 직접적으로 감소합니다.

5. 고온 염수 및 미량의 Cl2 환경에서 염수 시스템 내 탄소강 또는 저급 스테인리스강의 부식은 Fe3+가 염수로 누출되는 결과를 초래합니다.

치료 방법:

1. 전해조의 비상 정지를 실시하고, 전해조를 40℃를 넘지 않는 수온의 순수로 두 번 세척하였다.

2. 오염원 진단: 공급 염수 샘플링 포트에서 샘플을 채취하여 Ca2+/Mg2+를 분석하여 기준치를 초과하는지 확인합니다. 지난 24~72시간 동안의 2차 염수 분석 기록 및 수지탑 재생 기록을 검토하여 파과 시점을 확인합니다. 수지탑 점검 포트를 열어 수지 색상(정상: 연한 노란색, 산화 손상: 진한 갈색/검은색)을 관찰하고 파손 여부를 확인합니다. 화학물질 투입 기록, 반응 조건, 여과 압력 차이 등을 추적합니다.

3. 오염원 확인 후 단기 조치: 오염된 수지탑을 새로 재생된 예비 수지탑으로 교체하여 예비 수지탑으로 전환합니다. 오염된 수지탑을 즉시 재생합니다. 1차 정제제 투입량을 과량으로 늘립니다. 임시 조치로 1차 염수의 정제 여유를 높입니다. 전류 밀도를 낮춥니다. Ca2+/Mg2+ 이온의 막으로의 물질 전달 구동력을 감소시켜 추가 손상을 늦춥니다.

4. 오염원 확인 후 중장기 조치: 재생 문제, 수지 수명 종료, 1차 정제 불충분 또는 염 공급원 변경 등 오염원 원인을 분석 및 확인하고, 근본 원인에 따라 재생 주기, 투입량, 작동 온도 등을 조정하여 작동 매개변수를 수정합니다. 또한, 셀 전압 상승 및 전류 효율 감소 정도를 통해 멤브레인 손상 정도를 평가하고, 비가역적 손상 여부를 추정합니다. 셀 전압이 50mV 이상 상승하고 작동 조건 변경에도 회복되지 않을 경우, 멤브레인 교체를 조기에 고려해야 합니다.

5. 오염원 확인 후 장기 조치: (1) 멤브레인 교체: Ca2+/Mg2+에 의한 멤브레인 손상은 비가역적입니다. 전압 상승이 경제적 효율에 상당한 영향을 미치는 경우(추가 전력 소비 > 조기 멤브레인 교체 비용), 교체를 해야 합니다. (2) 시스템 개선: Ca2+/Mg2+ 돌파가 반복적으로 발생하는 경우, 정밀 여과 장비 업그레이드, 온라인 모니터링 추가, 더 높은 이온 교환 용량의 수지로 교체, 불순물 함량이 낮은 염 공급원으로 전환 등 근본적인 개선을 해야 합니다.

염소알칼리 산업의 염수 정제 공정에서, 전체 정제 공정은 두 단계에 걸친 엄격한 물리적 및 화학적 처리를 통해 전해조로 유입되는 염수가 매우 높은 순도 기준을 충족하도록 합니다. 염수 정제는 세부적인 사항까지 매우 정밀하게 관리해야 하는 체계적인 엔지니어링 공정입니다. 엄격한 공정 변수 제어, 표준화된 투입 및 재생 작업, 그리고 과학적인 장비 구성을 결합해야만 불순물로 인한 이온 교환막의 막힘 및 부식을 근본적으로 방지하여 높은 전류 효율을 유지하고 핵심 장비의 수명을 연장할 수 있습니다.