JPH032239B2 - - Google Patents

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JPH032239B2
JPH032239B2 JP58136091A JP13609183A JPH032239B2 JP H032239 B2 JPH032239 B2 JP H032239B2 JP 58136091 A JP58136091 A JP 58136091A JP 13609183 A JP13609183 A JP 13609183A JP H032239 B2 JPH032239 B2 JP H032239B2
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JP
Japan
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cathode
electrolysis
reducing agent
electrolytic cell
hydrogen overvoltage
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JP58136091A
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JPS6026687A (ja
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Yasushi Samejima
Minoru Shiga
Toshiji Kano
Takemichi Kishi
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Priority to CA000459623A priority patent/CA1253453A/en
Priority to US06/634,523 priority patent/US4539083A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアスベスト隔膜又はイオン交換膜を使
用するアルカリ金属塩水溶液の電解に関し、更に
詳しくは低水素過電圧陰極を有し、上記電解に使
用する電解槽の電解停止時における陰極劣化防止
方法を提供するものである。
アルカリ金属塩水溶液の電解方法として、従
来、水銀法とアスベスト隔膜法が工業的に行なわ
れてきたが、前者は公害上の問題があり、アスベ
スト隔膜法に転換されつつある。しかし、アスベ
スト隔膜法は製品品質が不純であり、又、エネル
ギー消費が大きいという欠点があるため、新しい
技術としてイオン交換膜法が開発されている。近
い将来、我が国の水酸化アルカリ生産はアスベス
ト隔膜法とイオン交換膜法の2法になると思われ
る。アスベスト隔膜法及びイオン交換膜法電解槽
は単極式と複極式の2方式があるが、いずれも陰
極には従来軟鋼が用いられてきた。しかし、通常
運転条件での軟鋼の水素過電圧は0.3〜0.4Vと高
く、エネルギーコストを下げるため低水素過電圧
陰極の研究が近年盛んである。例えば、特開昭54
−112785、特開昭57−63686、特開昭57−82483、
特開昭57−114678等に示される如く、ニツケル金
属又はニツケル合金をメツキ、溶射する方法など
種々の方法が提案されている。
しかしながら、これらの技術を用いて低水素過
電圧陰極を作り、アスベスト隔膜法又はイオン交
換膜法電解槽にとりつけた場合、陰極の活性が低
下して水素過電圧が上昇してくるという劣化問題
が従来より指摘されている。この現象は、特に、
操業中に或る特定の電解槽を、内部点検、アスベ
スト隔膜又はイオン交換膜の張替え、電極の取替
え等、種々の理由で電解を停止する場合に顕著に
あらわれる。一般に、多数の単位槽が電源に接続
されている電解槽群のなかの或る特定の電解槽を
操業中に停止する場合、短絡器を使用するが、短
絡させた瞬間に、電解を停止させた電解槽には本
来の電解電流と逆の電流が流れ始める。この場
合、陰極は陽極となり、金属の溶解がおこる。該
金属の溶解は活性の高いところから選択的に起こ
ると考えられ、再び本来の運転に戻した時、もは
や電解停止前の活性は示さず、電解電圧が上昇し
てしまう結果となる。
本発明者らは、上記した電解槽停止時の低水素
過電圧陰極の活性劣化の問題について種々検討し
た結果、電解の停止時に該電解槽の陰極室に還元
剤を添加することにより低水素過電圧陰極の活性
が全く劣化しないことを見出し、本発明を完成さ
せたものである。
即ち、本発明は低水素過電圧陰極を有し、アス
ベスト隔膜又はイオン交換膜を使用するアルカリ
金属塩水溶液の電解槽において、電解の停止時に
該電解槽の陰極室に還元剤を添加することを特徴
とする低水素過電圧陰極の劣化防止方法を内容と
する。
本発明の作用機構の詳細は必ずしも明らかでは
ないが、本発明者らは、本発明による低水素過電
圧陰極の活性劣化を防止するムカニズムを次のよ
うに考えている。一例として多孔質のNi金属を
活性陰極として使用した食塩電解苛性ソーダ製造
の場合について説明する。電解を停止した時、該
電解槽の低水素過電圧陰極表面では次の反応が起
こると考えられる。
H2→2H++2e- (1) Ni+3OH-→HNiO- 2+H2O+2e- (2) (1)の反応は低水素過電圧陰極に吸着されている水
素が酸化される反応であり、この反応は該陰極金
属の電解には無関係である。(1)の反応で吸着水素
が消費された後に(2)の反応がおこり、ニツケルの
溶出が始まる。この反応の電位は次式で示され
る。
E=−0.593−0.059/2log〔OH−〕3/〔HNiO-2(25
℃) 即ち、反応電位Eは苛性ソーダ濃度とニツケルイ
オン濃度で変化するが、〔OH-〕=10mol/、
〔HNiO- 2〕=10-6mol/とすると、反応電倍は−
0.859Vとなる。この−0.859Vより小さな酸化還
元電位をもつ還元剤が陰極室内の苛性ソーダ中に
存在すると、(2)式の反応より還元剤の酸化が先に
進行して、ニツケルの溶出が防止され、従つて陰
極の活性低下がおこらなくなる。
本発明において使用し得る還元剤としては、亜
硫酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、亜ニチオン
酸塩、ピロ亜硫酸塩などの無機塩がある。これら
は単独又は2種以上混合して用いられるが、製品
品質に及ぼす影響を考慮すると、生産している水
酸化アルカリ金属と同一種のアルカリ金属塩の還
元剤を用いることが好ましい。
陰極室に還元剤を添加する方法は種々の方法を
採用することが出来る。イオン交換膜法では、還
元剤を水溶液又は固体の状態で陰極室の循環水酸
化アルカリ金属溶液ラインの貯槽に添加する方
法、陰極室への注加水ラインに添加する方法など
がある。アスベスト隔膜法では、陰極室への還元
剤水溶液添加ラインを設置しておき、そのライン
から添加するのが好ましい。添加は連続的でもよ
いし、間歇的に一定量を加える方法でもよい。水
溶液で添加する場合の還元剤の濃度は特に限定し
ないが、水酸化アルカリ金属−還元剤−水系の相
互電解度より還元剤が析出しない濃度以下にする
ことが望ましい。
濃度が高い場合、陰極室注入部で還元剤が析出
し、閉塞により所望量の還元剤が入らなくなる恐
れがある。
還元剤の添加量は、対象とする電解槽の型式に
より異なるが、低水素過電圧陰極の投影面積1m2
当り0.01当量以上、100当量以下がよく、更には
0.1当量以上、50当量以下が好ましい。0.01当量
未満ではもはや本発明による活性劣化防止の効果
は十分でなく、100当量を越える使用は還元剤の
無駄であり、効果はもはや増大しない。本発明で
いう当量とは、添加した還元剤の陰イオンが水溶
液中でもはや酸素と全く反応しなくなるイオン形
まで変化するのに必要な還元剤1モル当りの化学
当量を意味する。亜硫酸塩と亜リン酸塩について
は1モルが2当量、次亜リン酸塩、ピロ亜硫酸塩
については1モルが4当量、亜ニチオン酸塩につ
いては1モルが6当量となる。
還元剤の添加は、停止前あるいは停止と同時、
あるいは停止数分ないし十数分後に行なつてもよ
いが、本発明を最も効果的に行わせるためには、
操業中の電解槽を停止する直前に、該電解槽の陰
極室に還元剤を予め添加しておくのがよい。添加
後に短絡器により電解停止を行ない、その後出来
るだけ速やかに該電解槽のプラス側又はマイナス
側のブスバーを切り離すのがよい。ブスバーを切
り離すことにより停止電解槽と短絡器とで形成さ
れている逆電流回路が切れて、逆電流は流れなく
なる。又、電解槽は、一般に20〜200槽が電気的
に直列又は並列に接続されて運転されているが、
本発明は全系の停止にも有効であるほか、これら
の電解槽系列から1又は2以上の電解槽の運転を
個別に停止する場合に本発明は特に効果的であ
る。従来、かかる場合の陰極活性の劣化を防止す
る経済的な方法はなく、本発明により初めて提案
されるものである。
以下に実施例および比較例を掲げて説明する
が、これらにより本発明が限定されないのは勿論
である。
実施例 1 縦90mm、横40mm、厚さ2mmの軟鋼板の全面に厚
さ30μmの無電解ニツケルメツキを施した。次い
でA50wt%、Ni45wt%、Ru5wt%のラネーニ
ツケル粒子をニツケル浴中に分散させて、ニツケ
ルメツキをした軟鋼の片面に厚さ250μmになる
ように分散電気メツキを施した。メツキ被膜には
30wt%のラネーニツケルが入つており、これを
20wt%NaOH水溶液に50℃で2時間浸漬し、低
水素過電圧陰極を作製した。
米国デユポン社の「ナフイオン901」膜を用い
て、ラス材金属陽極(TiO2+RuO2コーテイン
グ)と上記低水素過電圧陰極とにより単極形式の
電解槽を作り、食塩電解を行なつた。電流密度
23.5A/dm2、温度90℃、陽極室NaCl濃度210
g/、陰極室NaOH濃度32wt%で運転したと
ころ、電流効率96%、電圧3.18V、陰極の水素過
電圧は0.07Vであつた。陰極室NaOH濃度を22wt
%まで薄めたのち、陰極室に0.5mol/の亜硫
曹(Na2SO3)水溶液を20当量/陰極m2になるよ
う添加し、その直後に短絡器により電解を停止し
た。15分後に再通電を行ない、陰極室NaOH濃
度を32wt%に戻した。その後、1時間の電解を
行ない、再び同様にして電解停止を行なつた。以
下、同様の操作で20回の短絡による電解停止を繰
返した後、再通電したあとの性能は、電流効率96
%、電圧3.18V、陰極の水素過電圧は0.07Vであ
り、電解停止による陰極の活性劣化は全く認めら
れなかつた。
実施例 2 実施例1と同じテストを亜硫曹(Na2SO3)水
溶液の代りに亜ニチオン酸ナトリウム
(Na2S2O4)水溶液を用いて行なつた。陰極室
NaOH濃度を32wt%のまゝで、陰極室に
0.15mol/の亜ニチオン酸ナトリウム水溶液を
5当量/陰極m2になるように添加し、その直後に
短絡器による電解を停止した。15分後に再通電を
行ない1時間の電解後、再び同様にして電解停止
を行なつた。以下、同様の操作で20回の短絡によ
る電解停止を繰り返した後、再通電したあとの性
能は電流効率96%、電圧3.18V、陰極の水素過電
圧は0.07Vであり、電解停止による陰極の活性劣
化は全く認められなかつた。
実施例 3 実施例1と同じテストを亜硫曹水溶液の代りに
次亜リン酸ナトリウム(Na2HPO2)水溶液を用
いて行なつた。陰極室NaOH濃度を32wt%のま
まで、陰極室に0.25mol/の次亜リン酸ナトリ
ウム水溶液を10当量/陰極m2になるように添加
し、その直後に短絡器により電解を停止した。15
分後に再通電を行ない1時間の電解後再び同様に
して電解停止を行なつた。以下、同様の操作で20
回の短絡による電解テストを繰り返したが、陰極
の水素過電圧は0.07Vのままであり、活性劣化は
全く認められなかつた。
比較例 1 実施例1と同じテストを、還元剤を添加しない
で行なつた結果、電流効率96%、電圧3.33V、陰
極の水素過電圧は0.22Vとなり、電解停止による
陰極の活性劣化がみられた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 低水素過電圧陰極を有し、アスベスト隔膜又
    はイオン交換膜を使用するアルカリ金属塩水溶液
    の電解槽において、電解の停止時に該電解槽の陰
    極室に還元剤を添加することを特徴とする低水素
    過電圧陰極の劣化防止方法。 2 還元剤が亜硫酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸
    塩、亜ニチオン酸塩、ピロ亜硫酸塩及びこれらの
    混合物から選ばれる特許請求の範囲1項記載の方
    法。 3 還元剤の添加量が低水素過電圧陰極投影面積
    1m2当り0.01当量以上、100当量以下である特許
    請求の範囲1項記載の方法。 4 電解槽の陰極室に還元剤を予め添加したの
    ち、電解を停止する特許請求の範囲第1項記載の
    方法。 5 多数の単位槽が電源に接続されて操業中の電
    解槽群の或る特定の電解槽の短絡器による電解停
    止である特許請求の範囲第1項記載の方法。
JP58136091A 1983-07-26 1983-07-26 低水素過電圧陰極の劣化防止方法 Granted JPS6026687A (ja)

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EP84108655A EP0132816B1 (en) 1983-07-26 1984-07-21 A method for preventing degradation in activity of a low hydrogen overvoltage cathode
DE8484108655T DE3464635D1 (en) 1983-07-26 1984-07-21 A method for preventing degradation in activity of a low hydrogen overvoltage cathode
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