معهد الكلورين ، Inc.
ينتج التحليل الكهربائي لمحلول ملحي الملح الكلور والمواد الكاوية. كلوريد الصوديوم (NaCl) هو الملح الأساسي المستخدم ؛ ينتج الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم). ومع ذلك ، فإن استخدام كلوريد البوتاسيوم (KCl) ينتج البوتاس الكاوية (KOH).
2 كلوريد الصوديوم + 2 ح2يا → كل2↑ + 2 هيدروكسيد الصوديوم + ح2↑
ملح + ماء ← كلور (غاز) + كاوية + هيدروجين (غاز)
في الوقت الحالي ، تستخدم عملية الخلايا الغشائية بشكل كبير في الإنتاج التجاري للكلور تليها عملية الخلايا الزئبقية ثم عملية الخلية الغشائية. نظرًا للقضايا الاقتصادية والبيئية وجودة المنتج ، يفضل المصنعون الآن عملية الخلايا الغشائية لمنشآت الإنتاج الجديدة.
عملية خلية الحجاب الحاجز
يتم تغذية خلية غشاء (انظر الشكل 1) بمحلول ملحي مشبع في حجرة تحتوي على أنود تيتانيوم مغطى بأملاح الروثينيوم ومعادن أخرى. يقوم رأس الخلية البلاستيكية بتجميع غاز الكلور الساخن الرطب الناتج في هذا الأنود. ثم يقوم الشفط بواسطة ضاغط بسحب الكلور إلى رأس تجميع لمزيد من المعالجة التي تتكون من التبريد والتجفيف والضغط. يتسرب الماء والملح غير المتفاعل من خلال فاصل غشاء مسامي إلى حجرة الكاثود حيث يتفاعل الماء عند كاثود صلب لإنتاج هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية) والهيدروجين. يحافظ الحجاب الحاجز على الكلور المنتج عند القطب الموجب من هيدروكسيد الصوديوم والهيدروجين المنتج عند الكاثود. إذا اجتمعت هذه المنتجات ، تكون النتيجة هيبوكلوريت الصوديوم (مبيض) أو كلورات الصوديوم. يستخدم المنتجون التجاريون لكلورات الصوديوم خلايا لا تحتوي على فواصل. الغشاء الأكثر شيوعًا هو مركب من الأسبستوس وبوليمر الفلوروكربون. لا تعاني نباتات الخلايا الغشائية الحديثة من المشاكل الصحية أو البيئية المرتبطة تاريخيًا باستخدام أغشية الأسبستوس. تستخدم بعض النباتات أغشية خالية من الأسبستوس ، وهي متاحة الآن تجارياً. تنتج عملية خلية الحجاب الحاجز محلول ضعيف من هيدروكسيد الصوديوم يحتوي على ملح غير متفاعل. تعمل عملية التبخر الإضافية على تركيز المادة الكاوية وإزالة معظم الملح لصنع مادة كاوية ذات جودة تجارية.
الشكل 1. أنواع عمليات الخلايا الكلورية القلوية
عملية خلية الزئبق
تتكون الخلية الزئبقية في الواقع من خليتين كهروكيميائيتين. رد الفعل في الخلية الأولى عند الأنود هو:
2 سل- → ج12 + 2 ه-
الكلوريد ← الكلور + الإلكترونات
رد الفعل في الخلية الأولى عند الكاثود هو:
Na+ + Hg + البريد- → نا · زئبق
أيون الصوديوم + زئبق + إلكترونات ← ملغم الصوديوم
يتدفق محلول ملحي في حوض فولاذي مائل مع جوانب مبطنة بالمطاط (انظر الشكل 4) يتدفق الزئبق ، الكاثود ، تحت المحلول الملحي. يتم تعليق أنودات التيتانيوم المطلي في المحلول الملحي لإنتاج الكلور ، الذي يخرج من الخلية إلى نظام التجميع والمعالجة. يتحلل الصوديوم في الخلية ويترك الخلية الأولى ممزوجة بالزئبق. يتدفق هذا الملغم إلى خلية كهروكيميائية ثانية تسمى المُحلل. المُحلل عبارة عن خلية تحتوي على الجرافيت ككاثود والملغم هو الأنود.
التفاعل في المُحلل هو:
2 Na • Hg + 2 H2O → 2 هيدروكسيد الصوديوم + 2 زئبق + ح2 ↑
تنتج عملية الخلايا الزئبقية هيدروكسيد الصوديوم تجاريًا (50٪) مباشرة من الخلية.
عملية الخلية الغشائية
التفاعلات الكهروكيميائية في خلية غشاء هي نفسها في خلية الحجاب الحاجز. يتم استخدام غشاء التبادل الكاتيوني بدلاً من الحجاب الحاجز المسامي (انظر الشكل 1). يمنع هذا الغشاء هجرة أيونات الكلوريد إلى الكاثوليت ، وبالتالي ينتج بشكل أساسي مادة كاوية خالية من الملح بنسبة 30 إلى 35٪ مباشرة من الخلية. إن التخلص من الحاجة إلى إزالة الملح يجعل تبخر المادة الكاوية إلى قوة تجارية بنسبة 50٪ أبسط ، وتتطلب استثمارات وطاقة أقل. يستخدم النيكل الغالي ككاثود في الخلية الغشائية بسبب أقوى مادة كاوية.
مخاطر السلامة والصحة
في درجات الحرارة العادية ، لا يتسبب الكلور الجاف ، سواء كان سائلًا أو غازيًا ، في تآكل الفولاذ. الكلور الرطب شديد التآكل لأنه يشكل أحماض هيدروكلوريك وهيبوكلوروس. يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة للحفاظ على معدات الكلور والكلور جافة. يجب إغلاق الأنابيب والصمامات والحاويات أو غلقها عند عدم استخدامها لمنع الرطوبة الجوية. إذا تم استخدام الماء على تسرب الكلور ، فإن ظروف التآكل الناتجة ستجعل التسرب أسوأ.
يزداد حجم الكلور السائل مع زيادة درجة الحرارة. يجب اتخاذ الاحتياطات لتجنب التمزق الهيدروستاتيكي للأنابيب أو الأوعية أو الحاويات أو غيرها من المعدات المملوءة بالكلور السائل.
الهيدروجين هو منتج مشترك لجميع الكلور الذي يتم تصنيعه بواسطة التحليل الكهربائي لمحاليل محلول ملحي مائي. ضمن نطاق تركيز معروف ، تكون مخاليط الكلور والهيدروجين قابلة للاشتعال ومن المحتمل أن تنفجر. يمكن أن يبدأ تفاعل الكلور والهيدروجين عن طريق أشعة الشمس المباشرة أو مصادر أخرى للأشعة فوق البنفسجية أو الكهرباء الساكنة أو الصدمات الحادة.
يمكن إنتاج كميات صغيرة من ثلاثي كلوريد النيتروجين ، وهو مركب غير مستقر وشديد الانفجار ، في تصنيع الكلور. عندما يتبخر الكلور السائل المحتوي على ثلاثي كلوريد النيتروجين ، قد يصل ثلاثي كلوريد النيتروجين إلى تركيزات خطرة في الكلور السائل المتبقي.
يمكن أن يتفاعل الكلور ، في بعض الأحيان بشكل متفجر ، مع عدد من المواد العضوية مثل الزيت والشحوم من مصادر مثل ضواغط الهواء والصمامات والمضخات وأجهزة غشاء الزيت ، وكذلك الخشب والخرق من أعمال الصيانة.
بمجرد وجود أي مؤشر على إطلاق الكلور ، يجب اتخاذ خطوات فورية لتصحيح الحالة. دائمًا ما تزداد تسريبات الكلور سوءًا إذا لم يتم تصحيحها على الفور. عند حدوث تسرب للكلور ، يجب على الأفراد المرخص لهم والمدربين والمجهزين بأجهزة التنفس وغيرها من معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) التحقيق واتخاذ الإجراءات المناسبة. يجب ألا يدخل الموظفون إلى أجواء تحتوي على تركيزات من الكلور تزيد عن التركيز المباشر الخطير على الحياة والصحة (IDLH) (10 جزء في المليون) بدون معدات الوقاية الشخصية المناسبة وموظفي الدعم. يجب إبعاد الأفراد غير الضروريين وعزل منطقة الخطر. يجب إجلاء الأشخاص الذين يحتمل تأثرهم بإطلاق الكلور أو إيواؤهم في مكانهم حسب ما تقتضيه الظروف.
يمكن أن توفر أجهزة مراقبة الكلور في المنطقة ومؤشرات اتجاه الرياح معلومات في الوقت المناسب (على سبيل المثال ، طرق الهروب) للمساعدة في تحديد ما إذا كان سيتم إجلاء الأفراد أو توفير الحماية لهم في مكانهم.
عند استخدام الإخلاء ، يجب أن يتحرك الأشخاص المعرضون المحتملون إلى نقطة عكس اتجاه رياح التسرب. لأن الكلور أثقل من الهواء ، يفضل الارتفاعات العالية. للهروب في أقصر وقت ، يجب على الأشخاص الموجودين بالفعل في منطقة ملوثة أن يتحركوا مع الرياح المستعرضة.
عند اختيار مكان داخل المبنى والمأوى ، يمكن تحقيق المأوى عن طريق إغلاق جميع النوافذ والأبواب والفتحات الأخرى ، وإيقاف تشغيل مكيفات الهواء وأنظمة سحب الهواء. يجب أن يتحرك الأفراد إلى جانب المبنى الأبعد عن الإطلاق.
يجب الحرص على عدم تموضع الأفراد دون وجود طريق للهروب. قد يصبح الوضع الآمن خطيرًا بسبب التغيير في اتجاه الرياح. قد تحدث تسريبات جديدة أو قد يزداد التسرب الحالي.
في حالة وجود حريق أو وشيك ، يجب إبعاد حاويات ومعدات الكلور عن النار ، إن أمكن. إذا تعذر نقل حاوية أو معدات غير مسربة ، فيجب أن تبقى باردة عن طريق استخدام الماء. لا ينبغي استخدام الماء مباشرة على تسرب الكلور. يتفاعل الكلور والماء مع الأحماض المكونة لها وسيزداد التسرب سوءًا بسرعة. ومع ذلك ، في حالة وجود عدة حاويات وبعضها يتسرب ، قد يكون من الحكمة استخدام رذاذ الماء للمساعدة في منع الضغط الزائد للحاويات غير المتسربة.
في حالة تعرض الحاويات للهب ، يجب استخدام مياه التبريد حتى بعد إطفاء الحريق وتبريد الحاويات جيدًا. يجب عزل الحاويات المعرضة للحريق والاتصال بالمورد في أسرع وقت ممكن.
محاليل هيدروكسيد الصوديوم تآكل ، خاصة عندما تتركز. يجب على العمال المعرضين لخطر الانسكابات والتسريبات ارتداء القفازات وواقي الوجه والنظارات الواقية وغيرها من الملابس الواقية.
شكر وتقدير: تم الاعتراف بالدكتور RG Smerko لإتاحة موارد معهد الكلورين ، Inc.