JP2926272B2 - 電気化学槽の腐食防止用ターゲット電極 - Google Patents

電気化学槽の腐食防止用ターゲット電極

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気化学槽の腐食防止に用いる新規ターゲッ
ト電極に関する。より具体的には、分路電流（shunt cu
rrents）の結果として生ずる電気伝導性管から非電気伝
導性管への接続部における電気化学槽の腐食防止に関す
る。
分路電流は共通電解質をもつ双極子プレート電解槽の
スタック部に存在することがよく知られている。これら
の分路電流は次の少なくとも２つの理由から好ましくな
い。即ちその系の構成材料を腐食する原因となるし、ま
たその系の目的生成物の生成の観点でみると本質的な損
失となる電流であるからである。腐食問題は分路電流が
槽用の入口管と出口管を取りつけている伝導性ノズルを
介して槽をとおる場合特に重大である。それ故スタック
状の槽用の入口及び出口管のすべてにとって分路電流の
影響を減少させることが望ましい。
陽極液又はブラインを槽のスタック部に送る配管は通
常非伝導性配管によってスタック部に接続しているチタ
ン含有金属からなっている。正常な電解の間、分路電流
は個々の槽からスタック部の陽性端を通り管に入る。管
が不十分な電気伝導体製である場合、管を通る電流の流
れがイオンによって伝導される。この電流はバイパス電
流とも呼ばれる。この電流は次のような陰極電解反応に
よって作動する。
2H2O＋2e-→H2＋2OH- E＝−0.2V （１） 負性端においては次のような陽極電解反応によって電
流が配管を通る。
2Cl-→Cl2＋2e- E＝＋1.3V （２） 次いで電流が陽性端において包囲体（ハウジング）か
ら非伝導性管に流れ、槽のスタック部の負性端で槽にも
どる。非伝導性管中の電流の流れは再度イオンによって
伝導され、そして電流が槽のスタック部の負性端におい
て金属構造体に入るよう、反応（１）のような還元反応
を再度起こさねばならない。
これらの分路電流のため、チタンは次のような陽極反
応によって溶解する。
Ti＋4Cl-→TiCl4＋4e- E＝＋0.4 （３） 従来技術が提案しているようなチタン配管の単なる接
地では分路電流の結果としての腐食からチタンを保護す
るという問題は解決しない。なぜなら分路電流は依然と
して存在しまた電流が流れる個所で依然発生するからで
ある。チタン中に原子状水素が侵入する結果TiH+が生成
するが、これは典型的には電解反応の結果生ずる。TiH+
はチタンの脆化の原因となることが知られている。
保護されるべき電解系の重要な部材は１端で陽極液室
に接続し他端でチタン配管につながっているポリマー又
はテフロン管に接続しているチタンノズルである。分路
電流は槽のスタック部の負性端に位置するこのノズルを
通過する。水素を生成しTiH2を形成する還元反応を防ぐ
ために腐食の保護が必要である。このノズルは加圧下の
Cl2と陽極液を含有する管部材に相当するのでTiH2応力
クラック破損から保護することが重要である。
本発明によれば、電解系、特に各々がイオン交換膜又
は隔膜（ダイアフラム）で陽極室と陰極室に分けられた
複数の単位槽を電気的に整列して有する双極電解槽が提
供される。陽極室と陰極室の各々は、それぞれ不活性な
非伝導性ポリマー管（チューブ又はパイプ）を通して共
通ヘッダーに各端部で接続している金属質の共給配管及
び吐出し配管をもっている。ポリマー管とヘッダー及び
供給管及び／又は吐出し管の接続部、即ち分路電流にさ
らされる部分に保護されるべき金属質の配管よりも低い
過電圧をもち摩擦的に保持されている着脱可能なターゲ
ット電極が設けられる。
ターゲット電極はそれが用いられる配管内で流体の通
過が依然として起こり且つ摩擦的に保持されるものであ
り、特に摩擦的にその場に保持される弾性スリーブで配
管から分離されているものが好ましい。
ターゲット電極は電気伝導性のプラスチック又は電気
伝導性の粒子、金属、セラミック又はセラミック被覆金
属を含有させたプラスチックでありうる。
金属として好ましいのは鉄、鋼、ニッケル又は弁（バ
ルブ）金属である。電気槽に使われるほとんどの配管に
用いられているという点でチタン又はタンタルは好まし
い。
塩素アルカリ系において、好ましいターゲット電極は
白金族金属酸化物被膜をもつ金属基質からなる着脱可能
なものである。好ましい金属は鉄、ニッケル、ステンレ
ス鋼、弁金属またはそれらの合金である。より好ましく
は、セラミック被膜、特に好ましくは白金族金属酸化物
被膜をもつチタンが用いられる。
本発明の他の特徴及び利点は図面を参照し、以下の記
載から明らかとなろう。
図面の簡単な説明 図１はフィルタープレス型双極電解槽の概念を示す工
程図である。
図２は非伝導性ポリマー管での接続をもつ単位槽とヘ
ッダーを示す。
図３は本発明のターゲット電極をもつ図２の系におけ
る接続部を示す。
図4aは本発明の割れ目つきスリーブ管状ターゲット電
極の側面図である。
図4bは図4aのターゲット電極の平面図である。
図5aは半スリーブ挿入形のターゲット電極を示す。
図5bはメッシュ通過流形のターゲット電極を示す。
好ましい態様の説明 図１は本発明における槽の作動方法を工程図的に示す
ものである。槽10は槽の陽極液室（陽極領域）の底部に
入る陽極液、入口ライン12をもちこれは陽極領域の上部
から出る陽極液出口ライン14によってそこから離れる。
同様に陰極液入口ライン16が槽10の陽極液室の底部につ
ながりまた陰極領域は陰極領域の上部に位置する出口ラ
イン18をもっている。陽極領域と陰極領域は陽極側にプ
レスした陽極及び陰極側にプレスした陰極をもつ膜５に
よって分けられている。
陽極室又は領域は一方の側が膜及び陽極によって結合
され他方の側が陽極端壁によって結合されており、陰極
領域は一方の側が膜及び陰極によって結合され他方の側
が直立した陰極端壁によって結合されている。この系の
操作では、水性ブラインを、供給タンク30からライン12
に通じている弁つきライン32を通して供給タンク30から
ライン12に供給する。また循環タンク34がありその下部
からブラインを放出する。陽極領域の底部に入る溶液の
ブライン濃度はライン32を通る相対流を調整することに
よって少なくとも飽和濃度に近くなるよう制御され、陽
極の底部に入るブラインは上方に流れ陽極と接する。そ
して塩素が放出され陽極液を上昇し、両者がライン24を
通ってタンク34に放出され、そこで塩素が分けられ出口
開口36を通って系外に出される。ブラインをタンク34に
集め循環させ、このブラインの一部を流出ライン40を通
り劣化ブラインとして抜き出し、再飽和及び精製用の固
体アルカリ金属ハロゲン化物源に送る。
陰極側では水がタンク又は他の供給源39からライン38
を通って循環ライン16に供給され、そこで循環タンクか
らライン16を通ってくる循環アルカリ金属水酸化物（Na
OH）と混合される。水とアルカリ金属水酸化物との混合
物は陰極領域の底部に入り圧縮ガス透過性マット又は電
流コレクタを通してその上部方向に上昇する。この流れ
の間に陰極と接触し水素ガスとアルカリ金属水酸化物を
生成する。陰極液はライン18を通りタンク35に放出され
そこで水素がポート39から分けられ、またアルカリ金属
水酸化物溶液がライン39から抜き出される。ライン38か
ら供給される水はNaOH又は他のアルカリ濃度を所望のレ
ベルに保持するように制御される。この濃度はアルカリ
金属水酸化物５又は10重量％といった低さでありうる
が、通常は15重量％以上、好ましくは15〜40重量％の範
囲である。
両電極でガスが放出されるので、槽をあふれ（floode
d）条件下に操作しまた陽極及び陰極電解質室を比較的
狭く、たとえば幅0.5〜8cmに保つことによって、放出ガ
スのガスリフト特性を利用することができまたそうする
ことが大いに好ましい。このような状況下で放出ガスは
電解質を同伴して速やかに上昇し、電解質のスラッジと
ガスが放出管を通して循環タンク中に放出される。この
循環は所望によりポンプで補われうる。
図２に示すように、双極電解装置42はアルカリ金属塩
化物の水溶液を供給するためのヘッダー41を備えてい
る。電解装置42は電解装置42の１端に陽極槽44をまた電
解装置42の対向端に陰極槽45をもつ複数の個々の槽43を
電気的及び機械的にシリーズとして有している。
溶液は末端の陽極槽44を通り第１槽43に入り、出口46
により末端陰極槽45を出る。溶液は、非伝導性管48によ
り、好ましくはチタンであるヘッダー41に接続している
ノズル47を通り末端陽極槽44に入る。
末端陰極槽45には非伝導性管50を通りヘッダー41に接
続しているノズル49が設けられている。
図３に示すように、ノズル47と非伝導性管48の接続部
46にはターゲット電極50が設けられている。同様にヘッ
ダー41の接続部51にはターゲット電極52が設けられてい
る。非伝導性配管50の接続部53,54にもターゲット電極
を設けることができる。
各配管48及び50の部分の少なくとも内面は非電気伝導
性材料でつくられるべきである。特に非伝導性材料でつ
くった管又は内壁を非電気伝導性材料で被覆した管（た
とえば金属管）が好ましい。換言すれば、配管48及び50
内の液体は単位槽内の液体及び単位槽の壁から電気絶縁
性であるべきである。非伝導性材料は好ましくは単位槽
内の液体及びガスによる分解に対し抵抗性であるべきで
ある。非伝導性材料の特に好ましい例としてはポリテト
ラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン／パーフ
ルオロアルコキシエチレンコポリマー、テトラフルオロ
エチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、テト
ラフルオロエチレン／エチレンコポリマー、ポリトリフ
ルオロクロロエチレン及びポリビニリデンフルオライド
等のフッ素含有樹脂、ポリプロピレン及びポリエチレン
等のポリオレフィン、及びポリ塩化ビニル樹脂がある。
ターゲット電極は流体の通過を維持すると共に摩擦的
に保持されるものであるものであり、好ましくは図4a及
び図4bに示すように、ターゲット電極の一例は接続部に
挿入できて締めつけ部材なしに接続部に密着するように
膨張できる着脱可能な割れ目つきスリーブである。この
ターゲット電極は腐食したら容易に除去又は置き換えで
きる。
図5aは半スリーブ形のターゲット電極を示す。
図5bはセラミック部53と金属スクリーン54からなるタ
ーゲット電極52を示す。
塩素アルカリ系で用いるためのターゲット電極は好ま
しくはチタン又はタンタル等の金属又はその合金であ
り、ルテニウム、ロジウム、白金、パラジウム、オスミ
ウム、イリジウム及びその混合物から選ばれる白金族金
属の酸化物で被覆されているものが好ましい。より好ま
しいのは酸化ルテニウムと酸化チタンで被覆されている
チタンであり、最も好ましい被膜は酸化ルテニウムであ
る。一般に被膜厚は0.01−0.05mmである。しかし金属配
管が保護されるよりも低い過電圧をもっていれば、セラ
ミック又は金属インサートだけでも用いうる。
本発明について図面に示した特定の実施態様について
説明したが、本発明の範囲及び技術思想から離れること
なく種々の変更をなしうることを理解すべきである。た
とえば上記した本発明の特定の構造は本発明の電解槽の
供給及び放出管のすべてには必ずしも用いる必要はな
く、所望によりこれらの構造は限られた供給及び吐出し
管にだけ用いうる。このような態様ももちろん本発明の
範囲内である。
また本発明の双極又は単極電解槽のカチオン交換膜そ
の他の構成部材及びその操作法が当該分野で知られてい
ることは当業者が承知していることであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3972796（ＵＳ，Ａ) 欧州公開471485（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 1/00 - 9/04 C25B 13/00 - 15/08

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分路電流（shunt currents）にさらされる
    金属質の供給及び吐出し配管をもつ電解装置系におい
    て、該分路電流にさらされる該配管の部分に摩擦的に保
    持した着脱可能なターゲット電極を設けると共に、該タ
    ーゲット電極が金属質の配管より低い過電圧をもつこと
    を特徴とする改良された電解装置系。
  2. 【請求項２】該ターゲット電極が電気伝導性のプラスチ
    ック、金属、セラミックまたはそれらの混合物をもつ請
    求項１記載の電解装置系。
  3. 【請求項３】ターゲット電極が白金族金属酸化物被膜を
    もつ弁金属をもつ請求項１記載の電解装置系。
  4. 【請求項４】該白金族金属がルテニウム、ロジウム、白
    金、パラジウム、オスミウム、イリジウム及びそれらの
    混合物からなる群から選ばれる請求項３記載の電解装置
    系。
  5. 【請求項５】該被膜が酸化ルテニウムをもつ請求項３記
    載の電解装置系。
  6. 【請求項６】該弁金属がチタン及びタンタルからなる群
    から選ばれる請求項３記載の電解装置系。
  7. 【請求項７】双極電解装置をもつ請求項１記載の電解装
    置系。
  8. 【請求項８】該ターゲット電極がセラミックをもつ請求
    項１記載の電解装置系。
  9. 【請求項９】該ターゲット電極がチタン金属配管とポリ
    マー配管の接続部にある請求項８記載の電解装置系。
  10. 【請求項１０】該配管がブラインを移送する請求項１記
    載の電解装置系。
  11. 【請求項１１】塩化ナトリウム水溶液の電解による塩素
    と水酸化ナトリウムの製造に用いるための請求項１記載
    の電解装置系。
  12. 【請求項１２】分路電流にさらされる金属質の供給及び
    吐出し配管をもつ電解装置系において、該分路電流にさ
    らされる該配管の部分に摩擦的に保持した着脱可能なタ
    ーゲット電極を設けると共に、該ターゲット電極が白金
    族金属酸化物被膜をもつ金属基質からなる着脱可能な部
    材をもつことを特徴とする改良された電解装置系。
  13. 【請求項１３】該白金族金属がルテニウム、ロジウム、
    白金、パラジウム、オスミウム、イリジウム及びそれら
    の混合物からなる群から選ばれる請求項12記載の電解装
    置系。
  14. 【請求項１４】該被膜が酸化ルテニウムをもつ請求項12
    記載の電解装置系。
  15. 【請求項１５】該ターゲット電極の金属基質を構成する
    金属がステンレス鋼、チタン及びタンタルからなる群か
    ら選ばれる請求項12記載の電解装置系。
  16. 【請求項１６】該ターゲット電極が酸化ルテニウムおよ
    びチタン酸化物被覆チタンをもつ請求項12記載の電解装
    置系。
  17. 【請求項１７】該ターゲット電極が割れ目付きスリーブ
    をもつ請求項12記載の電解装置系。
  18. 【請求項１８】双極電解装置をもつ請求項12記載の電解
    装置系。
  19. 【請求項１９】該系がチタン金属配管構成材及び電気的
    に非伝導性のポリマー配管構成材をもつ請求項18記載の
    電解装置系。
  20. 【請求項２０】該ターゲット電極が該チタン金属配管と
    ポリマー配管の接続部にある請求項19記載の電解装置
    系。
  21. 【請求項２１】該ポリマー配管がポリテトラフルオロエ
    チレンをもつ請求項20記載の電解装置系。
  22. 【請求項２２】該配管がブラインを移送する請求項20記
    載の電解装置系。
  23. 【請求項２３】塩化ナトリウム水溶液の電解による塩素
    と水酸化ナトリウムの製造に用いるための請求項12記載
    の電解装置系。
  24. 【請求項２４】該ターゲット電極が配管から分かれてい
    る構成材である請求項12記載の電解装置系。
  25. 【請求項２５】該ターゲット電極の金属基質を構成する
    金属がチタンよりも低い過電圧をもつ請求項12記載の電
    解装置系。
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US07/935,626 1992-08-24
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