CN86105810A - 离子交换膜法的电解槽 - Google Patents

Abstract

离子交换膜法的一种立式单极型箱状电解槽，在它的电解隔室中具有气—液分离界面，于该电解槽中，在以能降低氢之超电势的一种物质涂层的激活阴极上方一位置处，设有一界定阴极电解液高度的溢流口。大大地减少了此激活阴极表面上铁的电解沉积，从而在长时间内保持了机械强度与电化学性能，此种电解槽是由石棉隔膜槽改装而成。

Description

本发明涉及离子交换膜法的特别是关于电解氯化钠的一种电解槽，且改进了抗侵蚀性。

氯化钠电解的水银法由于与水银有关的环境污染，业已为采用石棉的隔膜法所取代。但后一方法存在纯苛性钠产量较低的缺点，结果使当前正处在从此种隔膜法转变到离子交换膜法的阶段，利用一种离子交换膜，同时得以较低的能耗来生产高纯的苛性钠。

由离子交换膜法在电解槽中所生产的苛性钠浓度约为30～35%（较石棉隔膜法约离出三倍），但在石棉隔膜法中不成问题的铁阴极之侵蚀，到了离子交换膜这一新法中，却一度作为一个有可能发生的问题而讨论到。不过现在已经弄清，当一铁阴极充有负压并处在能释放氢的电势时，即使当它浸没于高浓度的苛性钠溶液中，铁将继续处于所谓的钝感区域中而不发生侵蚀。此种现象已报导过，例如参看Kurose与Ohta的论文：“铁在高浓度苛性钠溶液中的侵蚀行为”〔第六届纯碱工业技术会议论文集，1983，P73-76）。

然而，在以一种降低电解槽电压之物质例如镍涂层的激活阴极中，情况则不相同。此种阴极显示出较低的氢超电势，使之相比于普通的铁阴极时，在电势上更富惰性。由于这一结果，就有可能使得激活阴极中例如因涂层上的针孔引起的铁侵蚀加剧。尤其是当激活阴极是用于那种在其阴极部中有气-液分离界面的电解槽中时，上述的铁侵蚀问题就决非可以忽视的。除此，溶入阴极电解液的铁会沉积到此激活阴极的表面上，使得电解槽的电压在较短时间内即升高。

下面将对照所附的图解释本发明。图1是离子交换膜法的一种氯化钠电解槽的局部剖面图，此种电解槽是由石棉隔膜法的一种立式单极型电解槽（例如戴蒙德·沙姆罗克〔Diamond    Shamrock）的DS型电解槽与胡克〔Hooker〕的H型电解槽）改装成的。此种改型的电解槽（MBC：氯工程公司注册商标）已披露于以JP（A）82-41386号（Tokkaisho    57-41386）与JP（A）83-91179号（Tokkaisko    58-171589）发布的日本专利申请（专利系列：美国专利    4409074号与4417970号）中。在此电解槽的底板1上有一系列的阳极4，其中的每一个均由一离子交换薄膜袋2包围。超越此离子交换膜且与这种阳极相对峙地在阴极罩3中安装有一批网状阴极（称作为全管）5。于此阴极罩的内壁上，在同这批全管5相平行的一块板上固定着一网状阴极（称作为端缘屏）15。在垂直于这批全管和半管的平面上则安装一竖直的边网6。阴极罩3的顶端是一块隔板8，板上有一个与离子交换薄膜袋2上部孔口相对应的孔口。在每个阳极隔室的上方有一阳极隔室的上盖7，盖住上述离子交换膜袋的孔口。岐管9上有一通向各阳极隔室的小管。经盐水供应口12供给盐水。在此岐管内与液体分离的氯气即通过氯气出口10排出，并经由阳极电解液的排料口13回收此阴极电解液。

在阴极罩3中，此阴极隔室是由离子交换薄膜袋2所隔离。稀释的苛性钠溶液或水即通过阴极电解液供应口（未示明）供给。浓缩的产物苛性钠溶液遂从设于阴极罩3中的阴极电解液溢流口作为溢流液而回收氢气则经氢气排出口11排出。

在此种电解槽中，气-液分离区是形成在阴极隔室的上口;从而，此气-液界面即因该阴极中释出的氢气而处于一种泡沫态，同时这种气相中则含有许多溅沫。结果使形成在此阴极面上的气-液界面常常起伏，而暴露于上述气相中的阴极部分在全部时间内都受到浓缩苛性钠溶液溅沫的润湿。

当着此阴极浸没在浓的苛性钠溶液中时，只要它继续保持在这种钝感区域中，就不会受到侵蚀。但附着在暴露于气相中铁表面上的溅沫则会推进一种自然的侵蚀，而在此阴极上气-液界面处因浓度差形成的浓差电池则能在该区域中引起侵蚀。

要是能从该阴极隔室中排除这种气相，就能防止上述的铁侵蚀现象，然而在阴极隔室中来建立此种气-液分离区将使电解槽的结构极其复杂化，因而并非解决这些问题的一个良好方法。

本发明提供一种相当简单的装置来防止阴极的侵蚀与降低苛性钠产物中的铁浓度，并能在长时间内保持有最佳的激活阴极性能。

在传统的电解槽（示明于图3中，即经图2中A-A线的一个剖面图）中，端缘屏15的上部与全管5（网状阴极）处在阴极隔室16之气-液分离区中的气相内。相反，在本发明的电解槽内（示明于图4，即经图2中A-A线的一个剖面图），此端缘屏15的上部与全管5则完全浸没在此阴极电解液液面之下。当将一既有的石棉隔膜法电解装置改装为离子交换膜法的电解槽时，鉴于在阴极上方安装阴极电解液溢流口的困难，切除掉此阴极的上部是有利的。

在阴极被完全浸没于阴极电解液之本发明的电解槽中，要是使阴极铁通过针孔与阴极电解液接触，则此阴极铁仍然保持在释出氢的电势同时使侵蚀最小。结果就大大减少了在激活阴极表面上之铁的电解沉积，从而在长时间内保持着机械强度与电化学性能。

本发明不仅能应用于为离子交换膜法制造的新式电解槽，还能用来将一种石棉隔膜法用的立式单极型电解槽，例如戴蒙德沙姆罗克（Diamond    Shamrock）的DS型电解槽与胡克（Hooker）的H型电解槽，改装成离子交换膜法的电解槽。

从下面的例子中将可更清楚地认识到本发明的效果。

在工业电解槽中进行了氯化钠水溶液的电解，其中采用了全氟羧酸膜与全氟磺酸膜的叠层作为阳离子交换膜，而以镀有镍型涂层的铁作为阴极，在约90℃下于电流密度为2千安/平方米下，生产了一种30%至35%浓度的苛性钠溶液。有关结果总汇于图5，其中绘出了电解槽电压相对于电解时间（以日为单位）变化的曲线。在阴极上部高出气-液界面上且暴露于气相中的电解槽内（曲线B），此电解槽的电压从开始工作后持续增加，逐渐趋近所用普通铁阴极的水平（曲线A）。另一方面，在阳极已全浸没于阴极电解液中的另一种电解槽内，此电解槽的电压增加的很缓慢，如曲线C所示。

附图的简要说明：

图1是一种离子交换膜电解槽（在其阴极隔室中具有气-液分离区）的部分剖面图;图2是上述同一装置的平面图;图3是经图2A-A线剖面图（常规的电解槽）;图4是经图2A-A线的剖面图（本发明的电解槽）;而图5则表明电解槽的电压相对于电解时间（以日为单位）变化的曲线图。

1.电解槽底板

2.离子交换薄膜袋

3.阴极罩

4.阳极

5.全管

6.竖直的边网

7.阳极隔室的上盖

8.隔板

9.岐管

10.氯气排出口

11.氢气排出口

12.盐水供应口

13.阳极电解液排料口

14.阴极电解液溢流孔口

15.端缘屏

16.阴极隔室

Claims (3)

1、离子交换膜法的一种立式单极型箱状的电解槽，在其电解隔室中具有气-液分离界面，其特征在于，阴极上方的一个位置上设有一界定阴极电解液高度的溢流口。

2、权利要求1中规定的离子交换膜法之电解槽，其特征在于，阴极应用一种可降低氢的超电势之物质涂层的激活电极。

3、权利要求1和2中任一项规定的离子交换膜法之电解槽，其特征在于，所说的电解槽是由石棉隔膜法电解槽改造而成的。

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