JP2001123288A

JP2001123288A - 電解装置

Info

Publication number: JP2001123288A
Application number: JP30508999A
Authority: JP
Inventors: Mineo Nozaki; 峰男野崎; Kyoko Sato; 教子佐藤
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】充填層電極を使用した電解装置において、そ
の利点を保持しつつ、さらに充填層電極における充填層
の電位の正確な測定を可能ならしめ、以て、充填層電極
の充填層における電位の制御を可能ならしめ、「定電位
電解法」の適用を可能とし、さらに析出物の回収および
保守を容易にする。【解決手段】電解槽中の充填層電極の充填層を貫通せ
しめて給電部材が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は充填層電極を陽極お
よび／または陰極とする電解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】充填層電極は、ベッド電極および三次元
電極などとも別称され、グラファイト粒のような炭素粒
などの充填物を容器内に充填した充填層と、該充填層に
給電するための給電部材とを有している電極である。こ
の充填層電極は、電極面積を大きくすることができ、し
かも、電極反応を生起せしめる電極表面における液の流
れが速く、かつ、乱流を生ずることから、反応種が希薄
な液および／または反応速度が小さい反応種を対象とす
る場合の電極として好適で、たとえば、重金属含有水溶
液からの重金属を回収するための電解抽出などに広く使
用されている。

【０００３】しかしながら、充填層電極は、従来、その
充填層の充填物の接触抵抗および電気伝導度ならびに溶
液の電気伝導度などの影響を受け、充填層内の電位分布
が不均一となり、そのために充填層の電位を検出する電
位検出端の位置によって検出された電位の値が異なり、
従って、充填層の電位分布を均一に制御することはでき
なかった。また、充填層内の電位分布が不均一となり、
反応が生起する位置を所定の箇所とするように制御でき
ないので、反応は充填層内の不特定の位置で起き、しか
も、複数の不特定の位置で生起する反応は互いに異なる
反応であることが多く、この不特定の位置に反応生成物
である、たとえば、重金属が析出せしめられており、し
かも析出せしめられた反応生成物の純度が低かった。従
って、析出せしめられた重金属は、充填層における充填
物の全量を電解槽から取り出して純度の低い重金属単体
として回収するか、または、充填層に、たとえば、鉱酸
のような前記重金属を溶解する溶解液を入れて重金属塩
などの重金属化合物の濃厚水溶液として回収され、重金
属単体として回収することはできなかった。

【０００４】他方、「定電位電解法」においては、電位
に応じて電極に析出せしめられる金属の種類も特定さ
れ、目的とされる金属が高い純度で効率よく回収されて
いる。「定電位電解法」において、たとえば、塵埃焼却
飛灰塩酸酸性（ｐＨ２.１）溶出液を電解する場合に
は、飽和甘汞電極を参照電極として陰極電位が−０.７
ボルトおよび−０.４ボルトの場合には、鉛単体および
銅単体がそれぞれ析出せしめられる。しかしながら、充
填層電極においては充填層の電位の測定値が不正確で、
従って、充填層の電位も制御できないために、この「定
電位電解法」を適用できなかった。

【０００５】さらに、水平に設置されていない充填層電
極においては、充填層の表面と対極との間に隔膜乃至隔
壁などの隔離層が設けられなければならないが、隔離層
として、通常は、電気絶縁材製の多孔板、多孔隔膜およ
びイオン交換膜などがそれぞれ使用されている。しかし
て、隔離層は、使用時間の経過に伴って、その小孔が閉
塞されて物質、イオンなどの通過を妨げ、さらに、多孔
隔膜およびイオン交換樹脂は破損し易く、実用上の障害
となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、従来、電気分解などに好適に使用されている充填層
電極を有する電解装置において、充填層電極の充填層に
おける電位の正確な測定を可能ならしめ、以て、充填層
電極における電位の制御を可能ならしめ、「定電位電解
法」の適用を可能とし、たとえば、金属イオン含有水溶
液から所望の金属のみを単体として充填層表面に選択的
に析出せしめ、所望の金属を高い純度で効率よく回収す
ることを可能ならしめる電解装置を提供するにある。

【０００７】本発明の第二の目的は、電解装置を分解す
ることなく、充填層電極表面に析出せしめられた金属を
容易に排出せしめ、さらには、少なくとも対極、給電部
材および充填物のいずれかの交換が容易な電解装置を提
供するにある。さらに、本発明の第三の目的は、多孔
板、多孔隔膜およびイオン交換膜などの隔離層を省略し
得る電解装置を提供するにある。

【０００８】本発明の第四の目的は、充填層電極の充填
物の間隙に捕集されて充填層を閉塞せしめる固形分を、
充填層を上昇せしめる流体で逆洗することで容易に除去
できる電解装置を提供するにある。本発明の第五の目的
は、前記の本発明の第一の目的、さらには第二乃至四の
目的を達成するための電解装置に好適に使用される充填
層電極を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本第一発明は、電解槽内
において陽極および陰極の少なくとも一方の電極が充填
層電極とされ、該充填層電極の充填層を貫通せしめら
れ、かつ、基部よりも先端が対極に接近せしめられた導
電体を給電部材（以下貫通給電部材と記すことがあ
る）とすることを特徴とする電解装置である。

【００１０】本第二発明は、前記本第一発明の電解装置
において好適に使用される充填層電極であって、充填層
および給電部材を有する充填層電極において、該給電部
材が充填層を貫通せしめられ、かつ、基部よりも先端が
対極に接近せしめられた導電体であることを特徴とする
充填層電極である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に使用される充填層電極
は、その給電部材の一部として貫通給電部材が設けられ
ている以外は、従来の、充填層電極と本質的に相違する
処はない。すなわち、充填層に使用される充填物は、材
質は活性炭、コークスおよびグラファイトなどの炭素な
らびにニッケル、銅、鉄、ステンレス合金およびチタン
などの金属のような導電体であって、形状は粒状、球
状、繊維、不織布、フェルトおよび織布などとされる。
これらの充填物は、電解槽内に充填されて充填層が形成
せしめられる。

【００１２】給電部材は充填層に直流電流を供給し、か
つ、充填層の対極に接近せしめられた部分で反応を生起
せしめる得るもの（充填層で生起せしめられる反応を以
下電極反応と記すこともある）であればよく、実用
上、通常は、チタン、銅、アルミニウム、鉄およびステ
ンレス合金などの金属ならびにグラファイトなどの炭素
のような導電体で作製された棒体、板体、繊維、この繊
維の不織布、フェルトおよび織布ならびにこれらの、た
とえば、筒体などの成形体である。

【００１３】貫通給電部材の形状としては、棒体、板体
および成形体が好ましく、棒体および板体が特に好まし
い。貫通給電部材は、その長さが、通常は、充填層の厚
さ以上とされ、その先端縁を充填層表面に露出せしめる
か、または、その先端部を充填層表面から突出せしめる
ことが好ましいが、その長さを充填層よりも僅かに短く
し、その先端縁が充填物で覆われていてもよい。なお、
貫通給電部材は、対極に接近せしめられ電極反応を生起
せしめる先端部は電極反応を生起せしめるに適した材料
を用いた２種以上の素材から構成されていてもよい。た
とえば、貫通給電部材がチタンである場合には、その先
端部表面に酸化チタンの不動態膜が生成せしめられて給
電部材として作用しなくなることがある。チタン製貫通
給電部材の先端部での酸化チタンの不動態膜の生成を防
止するために、たとえば、白金のような電極反応を生起
せしめるに適した金属を積層または被覆することがで
き、かつ、好ましい。

【００１４】本発明の電解装置における充填層電極にお
いて充填層は水平にまたは鉛直に形成せしめられる。充
填層電極の対極も、従来使用されている電極と本質的に
相違する処はなく、実用上、通常は、チタン、銅、アル
ミニウム、鉄およびステンレス合金などの金属、これら
の金属の酸化物、表面が白金または金属酸化物などの電
極触媒で被覆された金属ならびに炭素などの導電体で作
製された棒体および板体などである。本発明の電解装置
において充填層電極における貫通給電部材は、基部より
も先端が対極に接近せしめて設けられる。

【００１５】すなわち、板体が対極とされた場合におい
て、板体の対極を電解槽内の上部に水平に設け、かつ、
充填物を電解槽の底板上、または支承板上に充填し、そ
の表面を均平して充填層を水平に形成せしめ、かつ、該
充填層内を貫通給電部材である複数の導電体を鉛直に貫
通せしめる。通常は、貫通給電部材である複数の導電体
は、通常は、その先端縁を充填層表面と実質的に同一な
水平面に乃至は水平面から僅かに高い同一平面に位置せ
しめて充填層表面に露出せしめ、乃至は、その先端部を
充填層表面から突出せしめることが好ましい。なお、貫
通給電部材は、その長さを充填層の厚さよりも僅かに低
くして、その先端縁を充填層表面よりも低くすることが
できる。充填層が水平に形成せしめられた充填層電極お
よびこのような充填層電極を有する電解装置を、以下、
それぞれ、水平型充填層電極および水平型電解装置と記
すこともある。

【００１６】水平型電解装置において、貫通給電部材は
その基部が、電源と接続せしめられた電解槽の底板およ
び充填層を支承する支承板のそれぞれに固着せしめられ
るか、または、電解槽の底板を貫通せしめて、直接、電
源に接続せしめられる。水平型電解装置においては、対
極と充填層表面との間の隔離層としての多孔板、イオン
交換膜および多孔隔膜などを省略することができる。

【００１７】水平型電解装置において、電解液、さらに
は、充填層内で気体が発生する場合には、発生した気体
を通過せしめるために、対極を多孔板とすることが好ま
しい。また、充填層を載置した支承板に被電解液を通過
せしめるために、支承板を多孔板とすることが好まし
い。また、水平型電解装置においては、充填層内に滞留
し充填層を閉塞せしめている固形分を充填層を上昇せし
められた流体で逆洗して除去することが容易である。

【００１８】板体が対極とされた場合において、板体の
対極を電解層内に鉛直に装着し、この板体と対面させて
隔離層を鉛直に装着し、該隔離層と電解槽の側壁との間
に充填物を充填して鉛直な充填層を形成せしめる。ま
た、棒体が対極とされた場合において、棒体の対極を電
解槽内の中心に鉛直に装着し、その周囲を筒状の隔離層
で囲み、該筒状の隔離層と電解槽の周壁の内側に設けら
れた筒体（以下内筒と記す）との間隙に充填物を充
填して充填層を鉛直に形成せしめることができる。

【００１９】、このようにして鉛直に形成せしめられた
充填層内を、貫通給電部材である複数の導電体を水平に
貫通せしめる以外には、前記の水平型電解装置における
と同様にして貫通給電部材である複数の導電体の先端縁
が同一鉛直面にあるように設けることができる。

【００２０】前記、隔離層としては、たとえば、電気絶
縁材製の多孔板、多孔隔膜およびイオン交換膜などが使
用される。なお、隔離層は必要とされる機械的強度を有
している限り、薄い程、好ましく、多孔隔膜およびイオ
ン交換膜が好ましい。充填層が鉛直に形成せしめられた
充填層電極およびこのような充填層電極を有する電解装
置を、以下、それぞれ、鉛直型充填層電極および鉛直型
電解装置と記すこともある。

【００２１】鉛直型電解装置において、貫通給電部材で
ある導電体はその基部が、電源と接続せしめられた内筒
または電解層の周壁に固着されるか、または、電解槽の
周壁を貫通せしめられて、直接、電源と接続せしめられ
る。また、鉛直型電解装置において、電解槽の上部に空
間を設けることにより逆洗が可能となる。

【００２２】水平型電解装置と鉛直型電解装置とでは、
隔離層を省略し得ることおよび運転、保守が容易である
ことから、水平型電解装置が好ましい。また、鉛直型電
解装置においては、運転、保守が容易なことから対極が
平板または棒体とされた鉛直型電解装置が好ましい。

【００２３】貫通給電部材である導電体は、その基部か
ら給電される。貫通給電部材の基部が固着され、また
は、貫通せしめられた電解槽の底板、支承板、充填層相
当部位の周壁および内筒などのそれぞれも給電部材であ
る。充填層表面に露出せしめられた貫通給電部材の先端
縁、乃至は、充填層表面から突出せしめられた貫通給電
部材の先端部の電位が測定され、このように測定された
電位を制御することにより貫通給電部材の電位を調節
し、以て、充填層の電位を所望の電位に制御することが
できる。

【００２４】貫通給電部材である導電体をその基部を残
して、たとえば、プラスチックのような電気絶縁性材料
製のキャップで被覆することができる。この場合には、
対極から最も遠い貫通給電部材である導電体の基部乃至
貫通給電部材の基部が固着された給電部材の露出部分か
ら充填層に給電されるので、充填層全体が電極反応を生
起せしめる電極面として活用される利点はあるが、貫通
給電部材の先端における電位の正確な測定および制御は
犠牲にされる。しかしながら、この犠牲はキャップを外
して行なわれた予備試験の結果および度重なる運転実績
のそれぞれに基づいて運転条件を設定するなどにより補
償される。

【００２５】また、貫通給電部材に給電するために、こ
の貫通給電部材の基部が貫通せしめられ、または、固着
され、電解槽内の液と接触せしめられる給電部材である
電解槽の底板および支承板ならびに周壁および内筒など
は、二極化発生の危険性を無くするために、それぞれの
裏面（貫通給電部材が固着された面とは反対の面）を電
気絶縁性材料により被覆することが好ましい。電気絶縁
性材料による被覆には、たとえば、樹脂塗料の塗装およ
びプラスチックシートもしくはプラスチックフィルムに
よる被覆などがある。電解槽中において、金属のような
反応生成物は、通常は、主として、充填層表面に析出、
堆積せしめられる。電解槽には、充填層表面に析出、堆
積せしめられた金属のような反応生成物を排出せしめる
ため、さらには、少なくとも、対極、貫通給電部材およ
び充填物のいずれかを交換するための開口を設けること
ができる。

【００２６】充填層電極の対極が板体とされた場合に、
板体である対極の電解槽の開口からの交換を容易にする
ために、対極とされる所定面積の板体を分割して複数の
板体にすることができる。分割された板体を衝合せしめ
て所定面積の板体とする場合に、分割された板体の衝合
部に間隙を設ければ、前記の板体に穿設される孔を省略
することができる。開口は、通常は、水平型電解槽にお
いてはその側壁に、また、鉛直型電解槽においてはその
天板および／または底板に設けられる。

【００２７】電解槽の形状には、特に、制限はないが、
通常は、円筒または水平面の形状が正方形乃至長方形の
角筒が好適である。電解槽ならびに支承板および内筒の
材質は、被電解液、電解液および充填層電極から発生せ
しめられた気体などの電解槽の内容物に対して耐食性を
有してさえいればよく、特に制限はなく金属およびプラ
スチックなどのいずれでもよい。就中、合成樹脂などの
耐食性材で被覆された鉄板が好ましい。また、電解槽の
材料が不透明である場合には、電解槽内の状況、特に、
充填層電極表面に析出、堆積せしめられた金属などの反
応生成物の生成状況を観察するために、覗き窓を設ける
か、または、周壁または天板の少なくとも一部を、透明
なポリ塩化ビニルのようなプラスチックの板とすること
ができ、しかも、好ましい。

【００２８】充填層電極は、電解装置が電解還元を目的
反応として使用される場合には陰極として使用され、他
方、電解装置が電解酸化を目的反応として使用される場
合には陽極として使用される。陽極反応および陰極反応
の両方を生起せしめる場合には、陰極および陽極のそれ
ぞれに充填層電極を使用することができる。

【００２９】複数の本発明の電解槽は、水平方向もしく
は鉛直方向に、直列または並列に連設せしめられてもよ
く、直列に連設せしめられることが好ましい。設置面積
が少なくて済むことから、鉛直方向に、直列に連設せし
めることが、最も好ましい。電極反応で気体が生成せし
められる場合には、複数の電解槽を接続する配管に気液
分離器を介在せしめることが好ましい。

【００３０】貫通給電部材の電位は、ルギン管、参照電
極および電位計によって測定することが可能である。す
なわち、ルギン管の先端を充填層の表面に露出せしめら
れた貫通給電部材の先端縁または充填層表面から突出せ
しめられた貫通給電部材の先端部に接近せしめて貫通給
電部材の電位が測定される。なお、運転時間の経過に伴
って、充填層表面に析出、堆積せしめられた、たとえ
ば、金属単体のような反応生成物の層の厚さが増すの
で、ルギン管の先端が堆積せしめられた反応生成物に接
触しないように、堆積せしめられた反応生成物の厚さの
増加に追随してルギン管の先端を移動せしめなければな
らない。このようにして測定された貫通給電部材先端の
電位は、たとえば、シーケンサーなどの制御装置で電位
計の測定値が任意の所定値となるように直流電源の電流
値を制御することによって所望の電位に調節することが
できる。

【００３１】本発明の電解槽は、鍍金廃水、半導体・電
気部品関連廃水、酸処理廃水および鉱山・精練所廃水な
どのそれぞれから金属単体を回収するための電解還元に
好適に使用されるが、有機化合物の酸化反応および還元
反応ならびに気体の酸化反応および還元反応などにも使
用することができる。

【００３２】

【実施例】本発明を図面に示された実施例によりさらに
具体的に説明する。本発明はこれの実施例に限定される
ものではない。なお、図面は本発明の原理を示すための
模式図であって、寸法、肉厚などは正確に示されていな
い。

【００３３】図１および図２は、それぞれ鉛直型充填層
電極を有する鉛直型電解装置を示す。図１は対極が丸棒
で、電解槽が円筒である鉛直型電解装置を示し、ａは縦
断面図、ｂはａで示された鉛直型電解装置のＢ−Ｂ断面
図である。但し、貫通給電部材は断面として表わされて
いない。すなわち、円筒の電解槽1はその上部の開口は
取り外し可能の天板12で覆うわれている。円筒の電解槽
1の側壁13にはそのほぼ中央部に被電解液供給口131が、
また天板12の中央部には電解液排出口121設けられてい
る。また、底板11および天板12にはそれぞれ開口111,11
2およびが開口122,123がそれぞれ設けられている。開口
111,112および開口122,123はそれぞれ運転中には蓋113,
114および蓋124,125で閉められている。蓋113,114,124
および125はそれぞれ外径が開口111,112,122および123
の径と実質的に等しい有底の円筒である。

【００３４】電解槽1内の中心には対極2であるグラファ
イト製丸棒が鉛直に設けられている。対極2の上部は天
板12を貫通せしめられ、上端にはコード21が接続されて
いる。また、電解槽1内には、鉛直型充填層電極3が形成
されている。すなわち、対極2と同心に設けられた電気
絶縁材製円筒が隔離層31とされ、また、電解槽1の周壁1
3の内側には周壁13と同心にステンレス合金製の円筒で
ある内筒が給電部材32として設けられている。給電部材
32はコード322に接続されている。隔離層31と給電部材3
2との間の間隙に粒状のコークスが充填物331として充填
されて充填層33が形成せしめられている。隔離層31とさ
れた電気絶縁材製円筒および給電部材32とされた内筒で
あるステンレス合金製円筒にはそれぞれ多数の孔311,
…,311および321,…,321が穿設されている。

【００３５】複数のステンレス合金製の丸棒が貫通給電
部材34,…,34として充填層33を、隔離層31側の表面（以
下内周面と記すこともある）近くまで貫通し、ほ
ぼ、水平に設けられている。貫通給電部材34,…,34の先
端縁は、隔離層31に接近し、隔離層31と実質的に同心の
円筒周面上にあって充填層33の表面に接近せしめられて
おり、他方、その基部は給電部材32である内筒の内周面
に固着されている。充填層33、貫通給電部材体34,…,34
および給電部材32により鉛直型充填層電極3が形成され
ている。被電解液供給口131および電解液排出口121は充
填層33の側方および対極2と隔離層31との間の間隙の直
上にそれぞれ設けられている。また、開口111,112およ
び開口122,123はそれぞれ充填層33の直下および直上に
設けられている。

【００３６】図１に示された鉛直型電解装置において、
充填層33の内周面に先端縁が接近せしめられた貫通給電
部材34の電位は所定の電位を保持するように制御されて
いる。被電解液は被電解液供給口131から供給され、給
電部材32に穿設された孔321,…,321、充填層33、隔離層
31に穿設された孔311,…,311、対極2と隔離層31との間
の間隙を順次通過せしめられる間に電解され、電解液と
して電解液排出口121から排出せしめられる。電極反応
で発生せしめられた気体が電解液に随伴する場合には、
電解液排出口121から排出せしめられた電解液は所望に
より気液分離器（図示されていない）に送られ、含有し
ている気体は除去される。図２および図３に示された電
解装置においても同様である。

【００３７】被電解液が重金属イオン含有水溶液であ
り、この重金属イオン含有水溶液から重金属単体を析出
せしめるには、対極2および鉛直型充填層電極3はそれぞ
れ陽極および陰極とされる。しかして、鉛直型充填層電
極3の充填層33の隔離層31側の周面（以下内周面と
記す）に重金属イオン含有水溶液からの重金属単体が析
出、積層せしめられる。

【００３８】鉛直型充填層電極3の隔離層33の内周面に
析出、積層せしめられた重金属単体は、蓋113を取除い
て開けられた開口111、蓋114を取除いて開けられた開口
112、蓋124を取除いて開けられた開口122および／また
は蓋125を取除いて開けられた開口123から回収される。
また、開けられた開口111,112,122および／または123か
ら、少なくとも充填物331および貫通給電部材34,…,34
のそれぞれを交換することができる。

【００３９】図２は対極が平板で、電解槽が水平面の形
状が長方形の角筒である鉛直型電解装置を示し、ａは縦
断面図およびｂはａで示された鉛直型電解装置のＢ−Ｂ
断面図である。但し、貫通給電部材であるステンレス合
金丸棒は断面として示されていない。角筒の電解槽4の
側壁43のほぼ中央部に被電解液供給口431が、また、天
板42には長辺に接近せしめて電解液排出口421が設けら
れている。また、底板41および天板42にはそれぞれ開口
411,412および開口422が設けられており、開口411,412
および開口422は運転中には蓋413,414および蓋423でそ
れぞれ閉められている。蓋423の構造は、図１に示され
た鉛直型電解装置における蓋113および蓋123のそれぞれ
と同様に有底の円筒とされている。また、蓋413および
蓋414のそれぞれの構造は、図１に示された鉛直型電解
装置における蓋113および蓋123のそれぞれに準じて有底
の角筒とされている。

【００４０】電解槽4内には、電解液排出口421に接近し
て、対極5としてステンレス合金製の平板が鉛直に設け
られている。対極5としてのステンレス合金製の平板の
形状は、電解槽4の長辺に並行な断面の形状と実質的に
同じくされている。対極5であるステンレス合金製の平
板には多数の孔51,…,51が穿設され、かつ、コード52が
接続されている。

【００４１】また、電解槽4内には、鉛直型充填層電極6
が形成されている。すなわち、対極5と対面せしめて多
数の孔611,…,611が穿設された合成樹脂製の膜が隔離層
61として設けられている。対極5の反対側の電解槽の側
壁43の内側に該側壁43と実質的に平行に、ステンレス合
金製の平板が給電部材62として設けられている。なお、
給電部材62であるステンレス合金製の平板は、その形状
は電解槽4の長辺に並行な断面の形状と実質的に同じく
されており、かつ、多数の孔621,…,621が穿設されてい
る。

【００４２】隔離層61である合成樹脂製の膜と給電部材
62であるステンレス合金製の平板との間の間隙には、充
填物631として粒状のグラファイトが充填されて充填層6
3とされている。給電部材62であるステンレス合金製の
平板の内面には、貫通給電部材64,…,64として、隔離層
61である合成樹脂製の膜にそれらの先端が接近せしめら
れて複数のステンレス合金製丸棒が充填層63を貫通して
実質的に水平に植設されており、貫通給電部材64,…,64
の先端縁は充填層63の隔離層61側の表面（以下内面と
記す）に接近せしめられている。給電部材62であるステ
ンレス合金製の平板はコード622に接続されている。充
填層63、貫通給電部材64および給電部材62で鉛直型充填
層電極6が形成されている。

【００４３】なお、開口411および開口422は、それぞれ
充填層63の直下および直上に設けられており、開口412
は対極5の直下に設けられている。開口411は充填層63の
長辺の全長にわたって設けられており、開口412は対極5
の水平方向の全長にわたって設けられている。また、被
電解液供給口431は給電部材62と電解槽4の側壁43との間
の間隙に開口せしめられており、電解液排出口421は対
極5と電解槽4の側壁43との間の間隙の直上に設けられて
いる。

【００４４】図２に示された鉛直型電解装置において、
充填層63の内面に先端縁が接近せしめられた貫通給電部
材64の電位は所定の電位を保持するように制御されてい
る。被電解液は被電解液供給口431から供給され、給電
部材62と電解槽の側壁43との間の間隙、給電部材62の孔
621,…,621、充填層63、隔離層61の孔611,…,611、隔離
層61と対極5との間隙および対極5の孔51,…,51を順次通
過せしめられる間に電解され、電解液として電解液排出
口421から排出せしめられる。被電解液が重金属イオン
含有水溶液である場合には、図１に示された鉛直型電解
装置におけると同様にして、充填層63の内面に重金属単
体が析出、積層せしめられる。

【００４５】充填層63の内面に析出・積層せしめられた
重金属単体は、蓋413,423を取除いて開けられた開口41
1,422から回収される。また、開けられた開口411,422か
ら、少なくとも隔離層61、充填物621、貫通給電部材64,
…,64および給電部材62などのそれぞれを交換すること
ができる。さらに、開けられた開口412から対極5を交換
することができる。

【００４６】図３は、最も好ましい態様の一つである対
極が平板で、電解槽が水平面の形状が正方形形の角筒で
あり、水平型充填層電極を有する水平型電解装置を示
す。図３においてａは縦断面図、ｂおよびｃはａに示さ
れた水平型電解装置のＢ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図
である。但し、対極、電極保持具、電極保持具の吊り
具、貫通給電部材および給電部材は断面として示されて
いない。

【００４７】角筒の電解槽7の下部開口および上部開口
はそれぞれ取り外し可能な底板71および天板72で覆われ
ている。電解槽7の底板71および天板72にはそれぞれそ
の周辺に接近して被電解液供給口711および電解液排出
口721が設けられている。また電解槽7の側壁73には開口
731が穿設され、開口731は運転中には蓋732で閉じられ
ている。蓋732の構造は図２に示された鉛直型電解装置
における蓋423の構造と同じくされている。

【００４８】電解槽7内には、正方形のステンレス合金
製の電極保持具82上に対極8が載置せしめられ、該電極
保持具82は給電部材83兼用の吊り具に懸垂せしめられて
いる。全体形状が正方形の鉄製の平板が対極8とされ
る。対極8である鉄製の平板は４枚の細長い長方形の鉄
製の平板81…,81を、開口731が設けられた側壁73に垂直
に互いに間隔を開けて並列せしめ長辺を互いに衝合せし
めて形成されている。この細長い長方形の鉄製の平板81
の形状は、対極8である鉄製の平板の全体形状である正
方形の平板を４等分した形状に実質的に相当する。しか
して、給電部材83兼用の吊り具は、その端部が電解槽7
の上部開口のフランジと天板72とによって挟持され、か
つ、コード831に接続されている。

【００４９】他方、電解槽7の底部には水平型充填層電
極9が形成せしめられている。すなわち、水平型充填層
電極9は充填層91、貫通給電部材92および給電部材93に
よって形成せしめられている。多数の孔が穿設された正
方形のステンレス合金製多孔平板である支承板が給電部
材93とされる。給電部材93である支承板は電解槽7の下
部開口のフランジと底板71とによって挟持されている。
給電部材93である支承板上に、充填物911として粒状の
グラファイトを充填、積層せしめ表面を均平して充填層
91とされる。

【００５０】また、給電部材93である支承板に鉛直に植
設され充填層91を貫通せしめられ、互いに等長の複数の
ステンレス合金製丸棒が貫通給電部材92,…,92とされ
る。貫通給電部材92,…,92である複数のステンレス合金
製丸棒の先端は、充填層91の表面と実質的に同一な平面
にあり、その先端縁は充填層91の表面に露出せしめられ
ている。給電部材93はコード932に接続せしめられてい
る。なお、開口731の直径は対極8から充填層91にかかる
大きさとされ、かつ、開口731は対極8と充填層91との両
者の側方に位置せしめられている。

【００５１】図３に示された水平型電解装置において、
先端縁が充填層91の表面に露出せしめられた貫通給電部
材92の電位は所定の電位を保持するように制御されてい
る。被電解液は被電解液供給口711から供給され、給電
部材93の孔931,…,931、充填層91および対極8を構成す
る細長い長方形の鉄製の平板81,…,81同士の間隙を順次
通過せしめられる間に電解され、電解液として電解液排
出口721から排出せしめられる。被電解液が重金属イオ
ン含有水溶液である場合には、充填層91の表面に重金属
単体が析出、堆積せしめられる。

【００５２】充填層91の表面に析出・堆層せしめられた
重金属単体は、蓋732を取除いて開けられた開口731から
回収される。また、開けられた開口731から対極8を構成
する細長い長方形の鉄製の平板81,…,81、貫通給電部材
92,…,92および充填物911のそれぞれを交換することが
できる。

【００５３】図４は、図３に示された水平型電解装置が
３段に積重ねられ、水平型電解装置同士が互いに直列に
連結され、電極反応により気体が生成せしめられる場合
の電解装置のフローシートである。図４に示された電解
装置において、各段の電解装置において、被電解液は図
３に示された電解装置におけると同様にして電解され、
得られた電解液は電解槽 7内で発生せしめられた気体と
ともに排出せしめられる。電解槽から気体とともに排出
せしめられた電解液は気液分離器10で気体が除去され、
気液分離器10から排出せしめられた後に、逐次、上段の
電解装置に供給される。図４において、ポンプは省略さ
れて記載されていない。

【００５４】前記の図面において電極間の絶縁手段およ
び気密・水密手段などのは省略され記載されていない。

【００５５】

【発明の効果】本発明の電解装置は、充填層電極の諸利
点を保持しつつ、さらに充填層電極における電位の正確
な測定を可能ならしめ、以て、充填層電極における電位
の制御を可能ならしめ、「定電位電解法」の適用を可能
とし、たとえば、金属イオン含有溶液から所望の金属の
みを単体として充填層表面に選択的に析出せしめ、所望
の金属を高い純度で、効率よく回収することを可能なら
しめる。

【００５６】また、電解装置を分解することなく、充填
層電極表面に析出せしめられた金属を容易に排出せし
め、および／または少なくとも対極、給電部材および充
填物のいずれかの交換が容易となる。さらに、本発明に
おいて、水平型電解装置の場合には、隔離層である多孔
板、多孔隔膜およびイオン交換膜などの隔離層を省略
し、かつ、逆洗を可能、かつ、容易ならしめるとの利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】対極が導電体製の丸棒で電解槽が円筒である鉛
直型電解装置を示す。

【図２】対極が導電体製の平板で、電解槽が水平面の形
状が長方形の角筒である鉛直型電解装置を示す。

【図３】対極が導電体製の平板で、電解槽が水平面の形
状が正方形の角筒である水平型電解装置を示す。

【図４】図３に示された水平型電解装置が３段に積重ね
られ、水平型電解装置同士が互いに直列に連結され、電
極反応により気体が生成せしめられる場合の電解装置の
フローシート。

【符号の説明】

1 電解槽 11 底板 111 開口 112 開口 113 蓋 114 蓋 12 天板 121 電解液排出口 122 開口 123 開口 124 蓋 125 蓋 13 側壁 131 被電解液供給口 2 対極 21 コード 3 鉛直型充填層電極 31 隔離層 311 孔 32 給電部材 321 孔 322 コード 33 充填層 331 充填物 34 貫通給電部材 4 電解槽 41 底板 411 開口 412 開口 413 蓋 413 蓋 42 天板 421 電解液排出口 422 開口 423 蓋 43 側壁 431 被電解液供給口 5 対極 51 孔 52 コード 6 鉛直型充填層電極 61 隔離層 611 孔 62 給電部材 621 孔 622 コード 63 充填層 631 充填物 64 貫通給電部材 7 電解槽 71 底板 711 被電解液供給口 72 天板 721 電解液排出口 73 側壁 731 開口 732 蓋 8 対極 81 平板 82 電極保持具 83 給電部材 831 コード 9 水平型充填層電極 91 充填層 911 充填物 92 貫通給電部材 93 給電部材 931 孔 932 コード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D061 DA08 DB18 DC20 EA04 EB04 EB19 EB21 EB22 EB28 EB29 EB33 EB34 EB35 4K021 BA18 CA05 CA11 DA11 DA13 4K058 AA21 AA22 BA21 BA27 BB04 DD09 EB12 EB13 EB14 EB16 EC04 FA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解槽内において陽極および陰極の少な
くとも一方の電極が充填層電極とされ、該充填層電極の
充填層を貫通せしめられ、かつ、基部よりも先端が対極
に接近せしめられた導電体を給電部材とすることを特徴
とする電解装置。
【請求項２】充填層電極の充填層および対極がそれぞ
れ実質的に水平に設置された請求項１記載の電解装置。
【請求項３】電解槽の周壁、天板および／または底板
に、少なくとも対極、給電部材および充填物のいずれか
の交換および／または電極における析出物の排出のため
の開口が設けられた請求項１または２記載の電解装置。
【請求項４】請求項１乃至３記載のいずれか１項記載
の電解装置の複数が連設せしめられてなる電解装置。
【請求項５】充填層および給電部材を有する充填層電
極において、該給電部材が充填層を貫通せしめられ、か
つ、基部よりも先端が対極に接近せしめられた導電体で
あることを特徴とする充填層電極。