CN1316064C - 隔膜式电化学电解槽的阳极 - Google Patents

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Abstract

一种用在隔膜式电解槽中的可扩展阳极的新式结构，包含：由形成有钛层的铜芯构成的导体汇流棒，以及固定到其上的第一和第二对挠性扩展器。第二对扩展器的焊接点的位置沿导体汇流棒的周向分布与第一对扩展器的焊接点正交。此外，经过焊接点使阳极表面连接到二对扩展器上。利用本发明的装置，导体汇流棒和阳极表面之间的欧姆电压降明显降低以及不会有由于焊接操作引起的过大热应力损坏铜芯和钛覆盖层之间的界面的危险。

Description

隔膜式电化学电解槽的阳极
技术领域槽
本发明涉及隔膜式电化学电解的阳极，尤其涉及用于隔膜式电解槽的可扩展阳极、以及用于改进隔膜式电解槽中的已有阳极的运行的方法
背景技术
每年在世界范围内约生产4500万吨氯，其中的约20万吨是利用隔膜式电解工艺通过电解氯化钠溶液生产的。
图1示意表示一现代隔膜式电解槽，其包含一具有一些阳极(B)的阳极座(A)，利用以钛层保护的铜导体汇流棒(D)将阳极固定到阳极座上。阴极(C)是由多孔板或铁格网构成的，在其上由阳极侧配置有隔膜。由耐氯的塑料材料制成的上盖(G)形成有用于氯气的出口(H)和用于提供盐水的入口(图中未表示)。
由阴极室通过出口(I)和(L)分别抽出氢和苛性钠。主要由石棉纤维和塑料粘接剂形成的隔膜将阳极室和阴极室隔开以避免两种气体混合以及两种电解液(阴极电解液和阳极电解液)混合。
由于它的技术经济的重要性，隔膜式工艺技术近来已有所改进，以降低能耗和避免使用石棉，因为石棉被认为是对人体健康有害的一种危险物质，凭借使用由氧化锆纤维和一些塑料材料例如聚四氟乙烯制成的隔膜来实现。
在隔膜式工艺中进行的其它各种改进之中，根据产业的观点如下各点是特别重要的：
1.利用箱式DSA阳极取代石墨阳极；
2.利用可扩展阳极(3674676号美国专利)取代箱式阳极；
3.阳极与隔膜按所谓的“零间隙”结构相接触(5534122号美国专利)。通过在可扩展阳极内侧引入能够对阳极表面施加压力的适当元件得到这种效果。
图2表示通常的包含两个阳极表面(E)的可扩展阳极，利用被称为扩展器(F)的一些挠性片连接到导体汇流棒(D)上，在组装过程中，该挠性片利用所谓的定位器(N)使之保持在收缩的位置。在组装之后，各定位器被除去，以使阳极表面(E)扩展。很明显，扩展器不仅具有使两个阳极表面(E)可移动的功能而且还能使电流由竖直导体汇流棒(D)流到阳极表面(E)。为了保证具有足够的弹性，扩展器由例如为0.5毫米厚的薄钛片制成。因此，在扩展器上形成明显的电压降，约比通常的箱式阳极高1-2倍。例如，一种MDC 55型电解槽中的常规箱式阳极在工作在2.5千安/米2和95℃时产生的电压降为40-50毫伏，而类似的可扩展阳极为100-120毫伏。同样，常规的MDC 29型电解槽工作在2.5千安/米2和95℃时，产生的电压降为50-60毫伏而类似的可扩展阳极为110-130毫伏。
在P 19301694号巴西专利申请中公开的发明为了降低在扩展器中的欧姆电压降建议使用一种解决方案。为了增加电流流通的截面和避免降低弹性，该发明提出使用两个或更多个具有相同厚度(0.5毫米)的焊接的叠装的扩展器。在实际使用中，这种解决方案，由于如下的原因直到现在远未达到最佳效果和进入产业应用：
-插入和焊接两个叠装的扩展器是极为困难的，以及即使是将一新的扩展器装到已有的一个扩展器上时也是如此，因为在长期使用之后已有的扩展器通常会变形。因此，两个扩展器未实现匹配以及在收缩位置有使扩展器变形的“剩余材料”。
-处在收缩位置的扩展器的变形在两个方面都会造成问题，即定位器的插入和为了达到良好的平直性将阳极定位在阳极座上都不利。影响处于收缩位置的扩展器的问题是当定位器除去时严重影响扩展作用。因而，作用在隔膜上的压力是不均匀的，两个作用表面是不充分平行的，阳极距隔膜的距离是不恒定的。因此阳极和隔膜的工作受到恶劣影响。
必须指出，焊接一个或其以上叠装的扩展器会引起在导体汇流棒铜芯和钛层之间的界面处形成明显的电压降。由于在焊接操作(长时间处于较高温度)期间热应力增加的结果，使得在该界面处产生一些断开点。当在多年运行之后在已经恶化的已有导体上焊接第二扩展器时，这种影响肯定是负面的。当3个叠装的扩展器焊接时，节省电压甚至是完全无效的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的适用于隔膜式电解槽的阳极，其能基本克服先有技术中的缺陷，其特征在于：
在扩展器中形成较低的电压降，对它的挠性无负面影响；
阳极表面平行扩展；
作用在隔膜上的压力均匀，并随时间维持恒定；
降低在导体汇流棒和扩展器之间的焊接点处的电压降。
这种阳极特别适用于氯-碱电解液隔膜。
本发明的另一目的是提供一种用于降低在已有的已装有常规扩展器的阳极结构内侧的电压降的有效和适用的方法，其通过装入附加的常规的扩展器，而不会增加在接触点和导体汇流棒(铜芯和钛层)之间的电压降。
通过将第二对扩展器附加到常规使用的第一对扩展器上明显地降低了电压降。这些新的扩展器经过其位置与第一对扩展器的各焊接点正交的各焊接点进行连接；各焊接点的间隔位置使得在扩展的和在收缩的两种位置下的某一最佳和均匀弹性能易于维持，而不会对在导体汇流棒中的铜芯和钛层之间的界面处的电接触产生负面影响。根据本发明的附加第二对扩展器特别适合于降低电压降或使由于第一对扩展器长期运行所产生的由第一对扩展器作用的压力增加。
根据本发明的第一方面，用于隔膜式电解槽的可扩展阳极，包含：由铜芯和钛层组成的导体汇流棒以及第一对挠性的扩展器，扩展器的一端通过焊接点固定到导体汇流棒上；以及焊接到扩展器的另一端上的阳极表面，其特征在于，为了降低阳极表面和导体汇流棒的铜芯之间的电压降，所述阳极装有第二对挠性扩展器，利用沿导体汇流棒的周向设置并与所述第一对扩展器的焊接点正交的焊接点将该第二对挠性扩展器固定到所述导体汇流棒上，所述阳极表面也固定到所述第一和第二对扩展器上，其中所述第一和第二对扩展器位于所述阳极内。
优选地，焊接点是通过电弧焊或电阻焊形成的。
根据本发明的第二方面，用于改进隔膜式电解槽中的已有阳极的运行的方法，该阳极包含：由铜芯和钛层构成的导体汇流棒以及第一对挠性扩展器，该扩展器的一端利用焊接点固定到导体汇流棒上；以及固定到所述扩展器的另一端上的阳极表面，其特征在于，它包含：利用焊接点将第二对挠性的扩展器固定到所述导体汇流棒上，各焊接点沿导体汇流棒的周向以与所述第一对扩展器的焊接点正交的方式分布，并通过一次焊接将阳极表面同时固定到所述第一和第二对扩展器上，其中所述第一和第二对扩展器位于所述阳极内。
优选地，通过电弧焊或电阻焊形成所述焊接点。
附图说明
下面参照附图介绍本发明，其中：
图3是表示本发明的可扩展阳极，图3A为正面图，图3B为俯视图。
图4表示常规的扩展器阳极的断面，图4A为正视图，图4B为俯视图。
为了简洁，在四个结构图中，阳极表面(E)已略去。
具体实施方式
在图3A和3B中表示本发明的阳极，为一新的或已有阳极改进之后的阳极。该阳极包含：电流导体汇流棒(D)(带有钛层的铜芯)、在连接点(J)焊接到电流导体汇流棒(D)上的一对扩展器(F)以及在连接点(J1)焊接到电流导体汇流棒(D)上的第二对扩展器(K)，该连接点(J1)位于沿电流导体汇流棒(D)的周向与连接点(J)相距90°(正交)。阳极表面(在图2中的E，在图3A和3B中未表示)例如通过电弧焊或电阻点焊在(M)利用该还将(F)连接到(K)上的焊点固定。为了更好地理解，图4以同样方式示意表示常规的阳极，其中电流导体汇流棒(D)仅装有一对扩展器(F)，阳极表面焊接到其中的端(M)。通过比较各个特征很明显，在本发明的阳极中由导体汇流棒以双倍的截面将电流传输到阳极表面。本发明的两对扩展器独立地固定到导体汇流棒上并且接着仅在一次焊接中使彼此相通和固定到阳极表面，而不会引起变形或者妨碍收缩，或妨碍扩展。此外，沿导体汇流棒(D)的周向按正交方式分布的连接点(J)和(J1)使在铜芯和钛层之间的界面处的焊接热应力降到最小。因此，在这一界面处可易于防止间断点的形成，以及避免在先有技术(P19301694号巴西专利申请)中通常使电压降增加的缺陷。
实例
下表表示将常规阳极与本发明的阳极对比的电压降。
电解槽类型 阳极表面积米2 电流密度千安/米2 利用常规扩展器在100℃下的电压降 利用本发明的扩展器在100℃下的电压降   ΔmV
MDC 55 0.616 2.7 83* 34*   49
MDC 29 0.607 2.7 86 35   51
H2A 0.852 2.7 133 54   89
S3B 0.299 2.7 77 31   43
*该电压降是在焊接点处的导体汇流棒的铜芯和阳极表面之间测量的。

Claims (4)

1.用于隔膜式电解槽的可扩展阳极，包含：由铜芯和钛层组成的导体汇流棒以及第一对挠性的扩展器，扩展器的一端通过焊接点固定到导体汇流棒上；以及焊接到扩展器的另一端上的阳极表面，其特征在于，
为了降低阳极表面和导体汇流棒的铜芯之间的电压降，所述阳极装有第二对挠性扩展器，利用沿导体汇流棒的周向设置的并与所述第一对扩展器的焊接点正交的焊接点将该第二对挠性扩展器固定到所述导体汇流棒上，所述阳极表面也固定到所述第一和第二对扩展器上，
其中所述第一和第二对扩展器位于所述阳极内。
2.如权利要求1所述的阳极，其特征在于，焊接点是通过电弧焊或电阻焊形成的。
3.用于改进隔膜式电解槽中的已有阳极的运行的方法，该阳极包含：由铜芯和钛层构成的导体汇流棒以及第一对挠性扩展器，该扩展器的一端利用焊接点固定到导体汇流棒上；以及固定到所述扩展器的另一端上的阳极表面，其特征在于，它包含：
利用焊接点将第二对挠性的扩展器固定到所述导体汇流棒上，各焊接点沿导体汇流棒的周向以与所述第一对扩展器的焊接点正交的方式分布，并通过一次焊接将阳极表面同时固定到所述第一和第二扩展器上，
其中所述第一和第二对扩展器位于所述阳极内。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过电弧焊或电阻焊形成所述焊接点。
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