ما هي عيوب التلوث بالكالسيوم والمغنيسيوم في أجهزة التحليل الكهربائي في مصانع الكلور القلوي وما هي التدابير المقابلة؟

في الكلور القلوي في الإنتاج الكيميائي، يُعدّ كل من الكالسيوم (Ca2+) والمغنيسيوم (Mg2+) أكثر الشوائب الكاتيونية شيوعًا وخطورة. تدخل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم الزائدة إلى محلل كهربائي تنتقل هذه الجزيئات مع المحلول الملحي المكرر نحو المهبط تحت تأثير المجال الكهربائي. تخترق طبقة حمض الكربوكسيل في غشاء التبادل الأيوني، وتخضع لتفاعلات كيميائية في ظل ظروف التحليل الكهربائي، وتترسب رواسب الهيدروكسيد الناتجة في قنوات الأيونات في طبقة حمض الكربوكسيل، مما يؤدي إلى انسداد المسام الدقيقة في غشاء التبادل الأيوني وتكوّن رواسب على سطح القطب. ينتج عن ذلك سلسلة من المشاكل، بما في ذلك زيادة جهد الخلية، وانخفاض كفاءة التحليل الكهربائي، وتقادم غشاء التبادل الأيوني وتلفه. في الحالات الشديدة، قد يتسبب ذلك في إيقاف تشغيل المصنع بشكل غير مخطط له، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة للشركة. تشمل المظاهر الكمية للتلف: زيادة مستمرة في جهد الخلية (جزء غير قابل للعكس) بمعدل زيادة يتجاوز بكثير معدل التقادم الطبيعي؛ انخفاض كفاءة التيار؛ وأداء غير قابل للاستعادة للغشاء بشكل عام.

الأسباب الرئيسية:

١. يُعدّ الملح الخام المادة الأساسية لتحضير المحلول الملحي. في الإنتاج الصناعي، تشمل مصادر الملح الخام ملح البحر، والملح الصخري، وملح البحيرات، مع وجود اختلافات كبيرة في الجودة بين هذه المصادر. إذا تغيرت دفعات الملح الخام الواردة بشكل متكرر، وكان ضبط الجودة متساهلاً، فقد تحدث تقلبات كبيرة وتجاوزات في محتوى شوائب الكالسيوم والمغنيسيوم.

٢. أثناء تكرير المحلول الملحي، يجب تحديد جرعات عوامل التكرير، مثل الصودا الكاوية وكربونات الصوديوم وكلوريد الحديديك، بدقة وفقًا لمعدل تدفق المحلول الملحي الخام ومحتوى الشوائب. يؤدي عدم كفاية الجرعة إلى تفاعلات ترسيب غير مكتملة للكالسيوم والمغنيسيوم، مما يتسبب في تجاوز تركيز الكالسيوم والمغنيسيوم في المحلول الملحي الأولي للمعايير المحددة. أما الجرعة الزائدة فتزيد من استهلاك الكواشف وتؤثر سلبًا على ظروف التشغيل اللاحقة، مما يؤدي إلى تدهور جودة المحلول الملحي. في الوقت نفسه، يُعد كل من الرقم الهيدروجيني للتفاعل ودرجة الحرارة وشدة التحريك وزمن الإقامة من العوامل الأساسية لإزالة الكالسيوم والمغنيسيوم. سيؤدي فقدان السيطرة على هذه المعايير إلى تفاعلات غير مكتملة، مما يجعل الترشيح غير قادر على احتجاز الشوائب، وينتج عنه في النهاية مؤشرات غير مطابقة للمواصفات للكالسيوم والمغنيسيوم في المحلول الملحي المكرر.

3. انسداد أنابيب الترسيب، وفشل عملية فصل المواد الصلبة عن السائلة في المعالج المسبق، وانسداد أو تلف مسام غشاء كيلاي، كلها عوامل يمكن أن تؤدي إلى عدم اكتمال احتجاز رواسب الكالسيوم والمغنيسيوم، مما يسمح لها بالتدفق إلى العمليات اللاحقة مع المحلول الملحي.

4. في عملية التكرير الثانوية، إذا لم يتم تجديد الراتنج المخلبي في برج الراتنج المخلبي بشكل كامل، أو كانت دورة التجديد طويلة جدًا، أو وصل الراتنج إلى نهاية عمره الافتراضي، أو لم تتم إزالة الكلور الحر تمامًا قبل دخوله برج الراتنج مما يتسبب في تلف تأكسدي للراتنج، فإن قدرته على تبادل الأيونات لإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ستنخفض بشكل مباشر.

5. يؤدي تآكل الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الجودة في نظام المحلول الملحي في ظل ظروف المحلول الملحي عالي الحرارة وآثار الكلور إلى تسرب Fe3+ إلى المحلول الملحي.

طرق العلاج:

1. تم إيقاف تشغيل المحلل الكهربائي بشكل طارئ، وتم غسل المحلل الكهربائي مرتين بالماء النقي عند درجة حرارة الماء التي لا تتجاوز 40 درجة مئوية.

2. تشخيص مصدر التلوث: أخذ عينة من منفذ أخذ عينات المحلول الملحي المغذي وتحليل Ca2+/Mg2+ (للتأكد مما إذا كانت تتجاوز المعايير)؛ مراجعة سجلات تحليل المحلول الملحي الثانوي وسجلات تجديد برج الراتنج خلال الـ 24-72 ساعة الماضية لتأكيد نقطة وقت الاختراق؛ فتح منفذ فحص برج الراتنج لملاحظة لون الراتنج (طبيعي: أصفر فاتح؛ تلف تأكسدي: بني داكن/أسود) والتحقق من وجود أي تكسر؛ تتبع سجلات جرعات المواد الكيميائية، وظروف التفاعل، وفرق ضغط الترشيح، وما إلى ذلك.

3. التدابير قصيرة المدى بعد تأكيد مصدر التلوث: التحويل إلى برج الراتنج الاحتياطي، واستبدال برج الراتنج الملوث ببرج احتياطي تم تجديده حديثًا؛ تجديد برج الراتنج الملوث على الفور؛ زيادة جرعة عامل التكرير الأساسي كإجراء مؤقت: زيادة هامش التكرير للمحلول الملحي الأساسي؛ تقليل كثافة التيار: تقليل قوة دفع نقل كتلة Ca2+/Mg2+ إلى الغشاء لإبطاء المزيد من الضرر.

٤. التدابير متوسطة المدى بعد تحديد مصدر التلوث: تحليل وتحديد ما إذا كانت المشكلة تتعلق بالتجديد، أو انتهاء عمر الراتنج، أو عدم كفاية التكرير الأولي، أو تغيير مصدر الملح؛ تصحيح معايير التشغيل، وتعديل دورة التجديد، وكمية الجرعات، أو درجة حرارة التشغيل وفقًا للسبب الجذري؛ تقييم درجة تلف الغشاء، وتقدير الضرر غير القابل للإصلاح الذي حدث من خلال مقدار زيادة جهد الخلية وانخفاض كفاءة التيار. إذا زاد جهد الخلية بأكثر من ٥٠ ملي فولت ولم يستعد إلى وضعه الطبيعي مع تغيير ظروف التشغيل، فينبغي التخطيط المبكر لاستبدال الغشاء.

5. التدابير طويلة الأجل بعد تحديد مصدر التلوث: (1) استبدال الغشاء: تلف الغشاء الناتج عن أيونات الكالسيوم/المغنيسيوم غير قابل للإصلاح. إذا أثر ارتفاع الجهد بشكل كبير على الكفاءة الاقتصادية (استهلاك الطاقة الإضافي > تكلفة الاستبدال المبكر للغشاء)، فيجب استبداله؛ (2) التحسين المنهجي: في حال تكرر حدوث ارتفاعات في تركيز أيونات الكالسيوم/المغنيسيوم، يجب إجراء تحسينات من المصدر - ترقية معدات الترشيح الدقيقة، إضافة نظام مراقبة عبر الإنترنت، استبدال الراتنج براتنج ذي سعة تبادل أعلى، والتحول إلى مصادر أملاح أقل شوائب.

في عملية تكرير المحلول الملحي في صناعة الكلور القلوي، تضمن عملية التكرير بأكملها أن المحلول الملحي الداخل إلى المحلل الكهربائي يفي بمعايير نقاء عالية للغاية من خلال مرحلتين من المعالجة الفيزيائية والكيميائية الدقيقة. يُعد تكرير المحلول الملحي عملية هندسية منهجية تتطلب دقة متناهية. ولا يمكن منع انسداد غشاء التبادل الأيوني الناتج عن الشوائب وتآكله بشكل جذري إلا من خلال الجمع بين التحكم الدقيق في معايير العملية، والجرعات الموحدة، وعمليات التجديد، والتكوين العلمي للمعدات، مما يحافظ على كفاءة التيار العالية ويطيل عمر المعدات الأساسية.