JPH0335389B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、既存の複極式隔膜電解槽において、
アスベスト隔膜に代えて陽イオン交換膜を用いる
に際し、低い電槽電圧で操業するのに好適な電解
槽組立ユニツトにおけるフインガー陽極に関す
る。

塩化アルカリを電解して苛性アルカリを得る方
法は公害防止の見地から、水銀法から代つてアス
ベスト隔膜を用いる隔膜法に転換され現在この隔
膜法が塩化アルカリ水溶液の電解法の主流となつ
ている。

この隔膜法電解槽としては、多数の電解槽ユニ
ツトが互いに接合組付けされたものが用いられ、
各電解槽ユニツトは隔壁に接合された給電棒の一
端には陰極バツクスクリーンを介して水平断面が
Ｕ字形をなす多数のフインガー陰極の脚部が溶接
取付けされ、前記電極棒の他端には給電体を介し
て同じく水平断面がＵ字形をなす多数のフインガ
ー陽極の脚部が溶接取付されている。電解槽ユニ
ツトを互いに接合組付けるとき、隣接ユニツトの
フインガー陰極とフインガー陽極とは食違い状に
入り込んで複極式の電解槽（以下フインガー槽と
いう）を構成する。またフインガー陰極にはアス
ベスト隔膜が層状に付着形成される。なお電解槽
の最端部ユニツトは、フインガー陽極もしくはフ
インガー陰極のいずれか一方のみを備えていて隣
接する中間ユニツトのフインガー陽極もしくはフ
インガー陽極と互いに組付けられる。

フインガー陽極はエキスパンドメツシユに形成
されたチタン板を水平断面がＵ字状をなすように
屈曲しその両脚部は一つの給電体に溶接されてい
る。またフインガー陰極は軟鋼製のワイヤーを織
上げた網状物を水平断面がＵ字状をなすように屈
曲しその両脚部は陰極バツクスクリーンおよび給
電棒の一端に溶接されている。而して前記給電棒
は、電解槽ユニツトの隔壁を通して陽極ボツクス
側へ延び、前記フインガー陽極が接続されている
給電体に溶接されている。

アスベスト隔膜を隔てて形成されるフインガー
陰極の中空内部および隔壁と陰極バツクスクリー
ン間の空間部は陰極室を構成し、アスベスト隔膜
の外部すなわちフインガー陽極の存する側は陽極
室を構成する。

以上のように構成された既存のアスベストを隔
膜として用いる隔膜法電解槽より得られる苛性ア
ルカリは濃度が低く、且つ多量の塩化アルカリが
不純物として含まれ、レーヨン工業などへ直接利
用することが難かしい。これに対し、塩化アルカ
リを含まず、しかも高濃度の苛性アルカリが直接
得られる電解法として陽イオン交換膜を使用する
イオン交換膜法が開発されている。

したがつて、既存のアスベスト隔膜法電解槽を
利用しアスベスト隔膜に代えて陽イオン交換膜を
フインガー陰極に装着することにより、塩化アル
カリを電解して高純度、高濃度苛性アルカリが得
られれば、電解槽関係の多大な設備投資をせずに
イオン交換法電解に交換可能となり、工業的メリ
ツトは非常に大きいものになる。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、前
記したフインガー槽におけるフインガー陰極にア
スベスト隔膜に代えて陽イオン交換膜を装着して
塩化アルカリの電解を行なつたところ、以下に述
べる如きいくつかの問題点に遭遇した。

即ち、陽イオン交換膜の使用にもかかわらず、
電槽電圧が非常に高く、したがつて陰極室より得
られる苛性アルカリの電流効率が極めて低い。

本発明者らは、この問題点を解決すべく、鋭意
検討した結果、この問題の原因が陽極構造にある
ことが判明した。つまり、電解条件下において中
空のフインガー陽極は液比重差により陽イオン交
換膜を介して陰極室側より圧力を受け、この圧力
によりフインガー陽極がへこみ、陽極−陰極間距
離が液を満たしていないときに比べ２〜３倍に拡
がり、同時に狭くなつた個々のフインガー陽極に
より形成される陽極室内への塩化アルカリの供給
が不充分になり、電解槽の陽極室内における塩化
アルカリ濃度の不均一を招き、この結果電槽電圧
の上昇、および電流効率の低下を引きおこしたこ
とが判明した。

本発明の目的は上記の問題点を解決し、電解時
において安定した狭い陽極−陰極間距離を維持
し、且つ陽極室内を均一な塩化アルカリ濃度に保
つことができるフインガー陽極を提供することに
あり、しかも該フインガー陽極は、既存のものに
簡単な改造を施して利用できるものである。

即ち、第１番目の発明は前記目的を達成するフ
インガー陽極の構成として、隔壁に接合された給
電棒の一端には陰極バツクスクリーンを介して水
平断面がＵ字形をなす多数のフインガー陰極の脚
部を取付け、前記給電棒の他端には、給電体を介
して同じく水平断面がＵ字形をなす多数のフイン
ガー陽極の脚部を取付け、前記フインガー陰極に
は陽イオン交換膜を装着してなる複極式塩化アル
カリ電解槽組立用ユニツトにおいて、前記フイン
ガー陽極はそのＵ字形のフインガー内側に電解液
の循環を促すダウンカマーを形成するための中空
筒状の陽極サポートをフインガー陽極の実質的に
上端から下端に渡るように縦方向に取付け外圧に
対して補強したことを特徴とするものである。

また、第２番目の発明は、第１番目の発明に対
しさらに効果の著しいフインガー陽極の構成とし
て、隔壁に接合された給電棒の一端には陰極バツ
クスクリーンを介して水平断面がＵ字形をなす多
数のフインガー陰極の脚部を取付け、前記給電棒
の他端には、給電体を介して同じく水平断面がＵ
字形をなす多数のフインガー陽極の脚部を取付
け、前記フインガー陰極には陽イオン交換膜を装
着してなる複極式塩化アルカリ電解槽組立用ユニ
ツトにおいて、前記フインガー陽極は、その先端
部を縦方向に切断して二枚の陽極板となしそれぞ
れの陽極板を給電体に対する取付脚部から10〜50
mmの位置において外側方向に屈曲加工して拡幅
し、次いでフインガー陽極の先端部と脚部との間
の１個所又は複数個所においてピツチが200mm以
内となるようにフインガー内側縦方向に該フイン
ガー陽極の実質的に上端から下端に渡る中空筒状
陽極サポートを取付け、前記二枚の陽極板の先端
同志を架橋板を介して固定したことを特徴とする
ものである。

本発明の実施態様について説明すると、フイン
ガー陽極は、エキスパンドメツシユに形成された
チタン板を水平断面がＵ字形をなすように屈曲形
成され、その脚部が給電体に溶接されている。こ
の中空フインガー陽極の内側に中空筒状の陽極サ
ポートを縦方向に取付けるが、該陽極サポートは
フインガー陽極の先端部と給電体に対する取付部
とのいずれからも200mm以内となるようにフイン
ガーの内側に取付けられる。また二つ以上の陽極
サポートを取り付ける場合は、隣り合う陽極サポ
ート間が200mm以内となるようにフインガー陽極
内に取り付ける。

本発明者らの検討によれば、フインガー陽極の
先端部、および給電体との接合部の固定端と陽極
サポートとの距離が200mm以内であれば、陰極室
側からの圧力に対しても陽極板のへこみは1.0mm
以内に押えることが可能となる。

この陽極サポートによつて、陽イオン交換膜を
介して陰極室側からの圧力によつてフインガー陽
極が内側にへこみ、電槽電圧が上昇したり、塩化
アルカリの供給量不足という問題が回避され、低
い電槽電圧、且つ高い電流効率で運転することが
可能となる。

取付けられる陽極サポート第３〜５図に示す断
面形状が円形、菱型、および変形四角形を例とし
た中空の筒状物が特に好ましい。

このパイプの場合、フインガー陽極への取付け
にあたつては面接合よりも点接合になるように、
例えばスポツト溶接やTIG溶接により接合するこ
とが望ましい。

陽極サポートを中空体にすることにより、フイ
ンガー陽極内の電解液の循環を促すダウンカマー
としての働きをもたすことができ、電解槽内の塩
化アルカリ濃度の均一化に役立ち、高い電流効率
での運転が容易となる。このとき、電解液の下向
流を促し、ダウンカマーとしての働きを一層発揮
させるために、陽極サポート中空筒の内面は陽極
活性物質が被覆されていないことが好ましい。

又、陰極との距離を狭くする目的でフインガー
陽極の先端を切断し、該陽極フインガーの付け根
部の給電体との接合部から10〜50mmの位置までの
フインガー陽極を外側方向、即ち陰極側へ拡幅
し、そして陽極サポートを切断した２枚の陽極板
間に取付ける場合、極めて精度よく陰極との距離
も保つことが可能となり、更に電槽電圧の低下が
達成出来るので好ましい。

次に、既存のフインガー陽極を改造して得た本
発明によるフインガー陽極について図面をもとに
説明する。

第１図は、既存の複極式隔膜法電解槽を水平に
切断し上部より眺めた一部断面図である。第２図
は、多数取付けられているフインガー陽極の１つ
を示す斜視図である。

陽極室側内面にチタンでライニングされた軟鋼
からなる隔壁１に接合された給電棒２に給電体３
が溶接され、該給電体３に陽極活性物質を被覆し
たチタン製のエキスパンドメタルをＵ字型に加工
したフインガー状の陽極４の脚部が溶接されてい
る。一方陰極側においては隔壁１とは間隔をおい
て陰極バツクスクリーン５そして該バツクスクリ
ーン５を通した給電棒２に、軟鋼製のワイヤーを
織つた網を袋状に加工したフインガー陰極６が溶
接されている。

通常、アスベストを隔膜として用いる隔膜法に
おいて該袋状のフインガー陰極６の上にアスベス
トスラリーをデポジツトさせ形成させたアスベス
ト隔膜が被覆されている。

第３図は、第１図、第２図に示すＵ字型のフイ
ンガー陽極を本発明により改造した陽極の例を示
す断面図であり、第４図はその斜視図である。

本発明において先ず、フインガー陽極の先端部
７を機械的切断法、又はガス溶断法等の公知の手
法にて切断する。次に第３図に示す如き切断した
フインガー陽極の陽極板４を、給電体３との接合
部８より10〜50mmの位置９で外側方向に屈曲加工
して向い合つている二枚の陽極板を対座するフイ
ンガー陰極との間隔が隔膜として陽イオン交換膜
を用いる場合の適切な所定範囲内になるように拡
幅する。次いで、先端部で切断され拡幅加工され
た二枚の陽極板４，４の内側に陽極サポート１０
を取付ける。該陽極サポート１０は、陽極板４の
縦方向の全長とほぼ同じ長さを有し、陽極板と点
又は線接触するように、例えばスポツト溶接や
TIG溶接取付けされる。

陽極サポート１０は液の循環を促すために、第
３〜６図に例を示すような中空の筒状体のものを
取付けることが好ましく、又材質としては陽極室
生成物質に耐性を有するものであれば何れのもの
も使用できる。加工性、取付け易さから陽極基材
と同じチタンが中でも好ましい。

この場合、中空の筒の内面は陽極活性物質が被
覆されていないことが望ましい。筒内側に泡の発
生がなくダウンカマーの働きが一層発揮されるか
らである。

陽極板４の内側に取付けられる陽極サポート１
０は、陰極室側からの圧力によるへこみを防ぐた
めに、フインガー陽極の先端部７及び給電体との
接合部８のいづれからも200mm以内となるように
陽極板の内側に少くとも１つ以上取付けられる。

フインガー陽極の先端部７と給電体との接合部
８との距離が400mm以内であればフインガー陽極
の長さの半分にあたる個所に陽極サポート１０を
取り付けることが好ましい。又２つ以上取付ける
場合はフインガー陽極の長さを等分するような位
置にそれぞれ取付けることが好ましい。

そして最后に、先端部７を切断した対向する陽
極板４，４の先端部同志を架橋板１１を介して所
定の間隔を保つて固定して陰極室側からの圧力に
耐えるようにする。

該架橋板１１は、多孔板でも平板でも特に限定
されず、又陽極と同一仕様の陽極活性被覆された
チタンエキスパンドメタルを加工したものでもよ
い。又この部分は電流密度が小さいので金属でな
く、耐塩素性を有した樹脂を成型した枠状物でも
よい。陽イオン交換膜１２を前もつてフインガー
陰極６に覆い、該フインガー状陽極と電解槽を組
み立てる場合には、架橋板として、あらかじめ平
滑面仕上げした金属プレートや、テフロンなどの
プラスチツク製の枠状物を用いると、陽イオン交
換膜を全く傷つけることなく電解槽を組み立てる
ことが出来るので好ましい。

このようにして改造された陽極構造をもつ複極
式隔膜法電解槽を用いて陽イオン交換膜を用いて
塩化アルカリを電解するとき、陽イオン交換を介
した陽極と陰極との距離をこれまでのアスベスト
隔膜を用いたときに比べても一段と狭く又、フイ
ンガーの付け根部間における極間距離も均一にす
ることが出来、低い電槽電圧が達成される。又、
更にフインガー陽極内に取付けられた陽極サポー
トは、陽イオン交換膜を介した陰極室側からの圧
力によるフインガー陽極のへこみを防ぎ、所定の
極間距離を保つ役目を果すと共に、陽極サポート
を中空体とすることによつてフインガー陽極内の
電解液の循環を促すダウンカマーの働きをするの
で電解槽陽極室内の塩化アルカリ濃度の均一化に
役立ち、高い電流効率での運転が可能となる。

実施例 フインガー状陽極の側面の大きさが高さ1220
mm、長さ335mm、断面がＵ字型の酸化ルテニウム
を被覆した1/2インチメツシユのチタンエキスパ
ンドメタルからなるフインガー状陽極の先端部を
ガス溶断機で切断し、給電体に溶接している陽極
板の接合部から25mmの位置を外側方向に屈曲加工
した。その断面の大きさが長さ335mm、先端部の
幅が16mm、付け根部が25mmのＵ字型の袋状のフイ
ンガー陰極との距離が2.5mmになる様に、陽極板
間隔を拡幅した。そしてこの陽極板の中央部内側
の所に長さ1220mm、内径28mm、外径31mmのチタン
製のパイプをTIG溶接により点付けし、次に切断
した２枚の陽極板の先端部同志を、厚み1.5mmの
表面をあらかじめ平滑仕上げしたチタンプレート
を曲げ加工して製作した長さ1220mmの架橋板を介
してTIG溶接にて固定した。

このように改造された陽極を有する、４４のフ
インガー陰極を備えた複極式隔膜法電解槽にカル
ボン酸基を有する陽イオン交換膜を装着して食塩
水の電解を行なつた。

陽イオン交換膜は前もつて袋状に成形加工し、
袋状フインガー陰極にかぶせ、陰極室を−50mm
H₂O減圧した状態で、陽極室枠に陰極室枠を組
み入れた。そして次の条件にて食塩水の電解を行
なつた。

電 流 ； 72kA 温 度 ； 90℃ 出口苛性ソーダ濃度 ； 32w％ 出口塩水濃度 ； 200ｇ／ この結果、電槽電圧は3.37ボルトで長期間安定
していた。又、陰極室側から得られる苛性ソーダ
の電流効率も95.5％と安定していた。

比較例 陽極の改造を行なわない以外実施例と全く同様
な方法にて食塩水の電解を行なつた。

その結果、電槽電圧は運転開始后より徐々に上
昇がみられ安定した電槽電圧は3.63ボルトであつ
た。又陰極室側からの苛性ソーダの電流効率も
92.5％と低く陽極室から得られる塩素中の酸素の
濃度も実施例に比べ1Vol％以上高い値を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、既存の複極式隔膜法電解槽の断面説
明図である。第２図は、既存の陽極構造体の斜視
説明図である。第３図は、本発明によるフインガ
ー陽極の断面説明図である。第４図は、同フイン
ガー陽極斜視説明図である。第５図は、本発明に
おける陽極サポートの例を示す断面説明図であ
る。第６図は、本発明の陽イオン交換膜をセツト
した複極式隔膜法電解槽の断面説明図である。 １：隔壁、２：給電棒、３：給電体、４：陽
極、５：陰極バツクスクリーン、６：フインガー
陰極、７：フインガー陽極先端部、８：陽極の端
部であつて給電体との接合部、９：陽極板拡幅
部、１０：陽極サポート、１１：架橋板、１２：
陽イオン交換膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 隔壁に接合された給電棒の一端には陰極バツ
   クスクリーンを介して水平断面がＵ字形をなす多
   数のフインガー陰極の脚部を取付け、前記給電棒
   の他端には、給電体を介して同じく水平断面がＵ
   字形をなす多数のフインガー陽極の脚部を取付
   け、前記フインガー陰極には陽イオン交換膜を装
   着してなる複極式塩化アルカリ電解槽組立用ユニ
   ツトにおいて、前記フインガー陽極はそのＵ字形
   のフインガー内側に電解液の循環を促すダウンカ
   マーを形成するための中空筒状の陽極サポートを
   フインガー陽極の実質的に上端から下端に渡るよ
   うに縦方向に取付け外圧に対して補強したことを
   特徴とするフインガー陽極。 ２ 前記中空筒状の陽極サポートはフインガー陽
   極の先端部と脚部との間の１個所又は複数個所に
   取付けられ、ピツチが200mm以内となるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のフインガー陽極。 ３ 前記中空筒状の陽極サポートの中空内面が陽
   極活性を有しない耐塩素性物質で構成されている
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のフイン
   ガー陽極。 ４ 前記フインガー陽極は、給電体に対する取付
   脚部から10〜50mmの位置において外側方向に拡幅
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれかに記載のフインガー陽
   極。 ５ 隔壁に接合された給電棒の一端には陰極バツ
   クスクリーンを介して水平断面がＵ字形をなす多
   数のフインガー陰極の脚部を取付け、前記給電棒
   の他端には、給電体を介して同じく水平断面がＵ
   字形をなす多数のフインガー陽極の脚部を取付
   け、前記フインガー陰極には陽イオン交換膜を装
   着してなる複極式塩化アルカリ電解槽組立用ユニ
   ツトにおいて、前記フインガー陽極は、その先端
   部を縦方向に切断して二枚の陽極板となし、それ
   ぞれの陽極板を給電体に対する取付脚部から10〜
   50mmの位置において外側方向に屈曲加工して拡幅
   し、次いでフインガー陽極の先端部と脚部との間
   の１個所又は複数個所においてピツチが200mm以
   内となるようにフインガー内側縦方向に該フイン
   ガー陽極の実質的に上端から下端に渡る中空筒状
   陽極サポートを取付け、前記二枚の陽極板の先端
   同志を架橋板を介して固定したことを特徴とする
   フインガー陽極。 ６ 前記中空筒状陽極サポートの中空内面が陽極
   活性を有しない耐塩素性物質で構成されている特
   許請求の範囲第５項記載のフインガー陽極。