CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÚT NAOH

1.Nhu cầu sử dụng xút NaOH hiện nay và năng lực sản xuất

Trên toàn thế giới, trung bình mỗi năm có khoảng 45-50 triệu tấn xút được sản xuất, trong đó sản lượng của Mỹ và Châu Âu chiếm 80%. Mỹ là nước sản xuất xút lớn nhất thế giới, với công suất đạt 18,5 triệu tấn xút /năm. Năm 2002 sản lượng xút của Mỹ đạt 15 triệu tấn. Các nước Tây Âu sản xuất mỗi năm khoảng 10 triệu tấn xút. Ba công ty sản xuất xút clo lớn nhất thế giới hiện nay là Dow Chemical, Oxychem và Solvay.

Công suất xút toàn thế giới năm 2002 đạt 52 triệu tấn, trong đó phân bổ theo các nước và khu vực như sau:

năng suất sản xuất xút NaOH trong năm 2002

Khoảng 94 % xút được mua bán trên thế giới là ở dạng lỏng – thường ở hàm lượng 50% chất rắn. Mỗi năm, khoảng 2 triệu tấn xút được vận chuyển bằng đường biển, chủ yếu là cho các nhà máy sản xuất các sản phẩm đi từ quặng nhôm, và 5 triệu tấn được vận chuyển bằng đường bộ.

Xút lỏng:

Ngành công nghiệp nhôm của nước ÚC là thị trường tiêu thụ quan trọng nhất đối với xút lỏng được buôn bán trên thế giới. Nước này nhập khoảng một nửa lượng xút lỏng được vận chuyển qua đường biển. Mỗi năm, ÚC sử dụng khoảng 1,2 triệu tấn xút để sản xuất 13 triệu tấn alumin. Ngoài ra, những thị trường tiêu thụ lớn khác đối với xút lỏng vận chuyển qua đường biển là Braxin, Vênêxuêla, Surinam, Giamaica, Ghi nê, Hàn Quốc, Côlômbia.

Xút rắn:

Thị trường tiêu thụ xút rắn chủ yếu là ở các nước đang phát triển. Vì cơ sở hạ tầng của các nước này không thích hợp cho việc sử dụng xút lỏng. Ngày nay, do cơ sở hạ tầng đang được cải thiện nên các thị trường lớn như Trung Quốc, Cộng đồng các quốc gia độc lập (SNG), đang giảm tiêu thụ xút rắn, chuyển dần sang mua xút lỏng. Mức tiêu thụ xút rắn ở các nước này hiện đang giảm xuống thấp hơn so với châu Phi.

2.Công nghệ sản xuất xút – clo

2.1.Sự phát triển và tình hình ứng dụng các công nghệ xút – clo

Có ba công nghệ chủ yếu để điện phân muối ăn và sản xuất xút clo là: công nghệ điện phân bằng điện cực thuỷ ngân. Công nghệ điện phân bằng màng ngăn.  Và công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion.

2.2 Công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân

Đây là công nghệ điện phân được áp dụng lần đầu tiên ở quy mô công nghiệp. Ban đầu được phát triển ở châu âu. Hiện nay, khoảng 50% công suất xút của châu âu. Khoảng 13% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ là theo công nghệ này.

Ở công nghệ này, thủy ngân được sử dụng một mặt làm catôt cho bể điện phân, một mặt để tạo hỗn hống với natri. Về cơ bản, thủy ngân không bị tiêu hao trong quá trình sản xuất, vì tất cả các bể điện phân đều hoạt động theo chu trình khép kín đối với thủy ngân.

Phương pháp này cho phép sản xuất dung dịch NaOH 50 – 52% (trọng lượng) mà không cần công đoạn cô. Độ tinh khiết của sản phẩm xút thu được rất cao, hàm lượng tạp chất rất thấp:

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp điện cực thuỷ ngân là khoảng 3600 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo phương pháp điện phân với điện cực thuỷ ngân thường được coi như xút tinh khiết bậc Rayon. Sản xuất sợi tơ nhân tạo phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp dung dịch xút tinh khiết cao của bậc này. Một ứng dụng quan trọng khác của xút bậc Rayon này là để tái chế các thiết bị trao đổi ion để lọc nước.

2.3 Công nghệ điện phân với màng ngăn (diaphragm)

Ở công nghệ này người ta sử dụng màng amiăng hoặc các màng thay thế cho amiăng để ngăn không cho các sản phẩm của quá trình điện phân muối ăn là NaOH và clo phối trộn với nhau. Dung dịch 50% NaOH được sản xuất chủ yếu bên ngoài bể điện phân.

Bể điện phân với màng ngăn chỉ sản xuất dung dịch NaOH rất loãng, khoảng 12 – 14% (trọng lượng) với nồng độ NaCl cũng xấp xỉ như vậy. Sau đó, dung dịch loãng được cô ở công đoạn cô đặc ba hoặc bốn cấp để sản xuất ra dung dịch cuối cùng có nồng độ 49 – 52% NaOH. Muối dư được kết tủa và tách ra qua công đoạn cô để tuần hoàn trở lại bể điện phân.

Dung dịch xút sản xuất bằng phương pháp màng ngăn có chất lượng kém nhất trong ba phương pháp điện phân muối ăn. Hàm lượng tạp chất trong dung dịch xút thường khá cao như sau:

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn là khoảng 5000 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được coi như xút sạch bậc kỹ thuật hoặc bậc thương mại. Người ta cũng có thể tiến hành cô bổ sung dung dịch xút sạch bậc kỹ thuật với nồng độ 50 % NaOH này để giảm hàm lượng muối, do khi cô nồng độ xút cao hơn nên muối sẽ kết tủa. Dung dịch đặc thu được sẽ lại được pha loãng để thu được dung dịch 50 % NaOH bậc tinh khiết cao hơn.

Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được sử dụng trong xử lý nước thải, sản xuất vải sợi, xà phòng, chất giặt rửa, và trong công nghiệp luyện nhôm.

2.4 Công nghệ điện phân với màng trao đổi ion (membrane)

Công nghệ này được phát triển trong thập niên 1970. Ở công nghệ này người ta sử dụng màng trao đổi ion để tách các ion clo và natri. Bể điện phân được chia thành hai khoang, khoang anôt được nạp dung dịch nước muối bão hòa, còn khoang catôt được nạp nước khử khóang.

Màng trao đổi ion cho phép các ion natri di chuyển về hướng màng, đồng thời giữ khí clo và dung dịch nước muối trong một khoang ở phía bên kia của bể điện phân. Ion natri phản ứng với nước tạo thành NaOH. Dung dịch xút được sản xuất bằng phương pháp màng trao đổi ion thường có nồng độ NaOH 33 – 35% (trọng lượng).

Người ta cũng áp dụng công đoạn cô như ở phương pháp điện phân màng ngăn, để tăng nồng độ xút lên 50% thích hợp cho vận chuyển. Mục đích của công đoạn cô không phải là giảm hàm lượng NaCl, vì do bản chất chọn lọc thẩm thấu của màng trao đổi ion nên hàm lượng NaCl không đáng kể, hơn nữa lượng nước cần bay hơi cũng nhỏ hơn so với phương pháp màng ngăn.

Nói chung, hàm lượng tạp chất trong sản phẩm xút theo công nghệ màng trao đổi ion thường rất thấp như sau:

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp màng trao đổi ion là khoảng 3360 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo công nghệ màng trao đổi ion thường cũng được chấp nhận như xút tinh khiết bậc Rayon, được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực khác, kể cả lĩnh vực sản xuất tơ sợi nhân tạo.