JPH04350189A - 複極式フィルタープレス型電解槽を用いた塩化アルカリの電解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ金属塩化物水
溶液を電解し塩素とアルカリ金属水酸化物を生産するた
めの、イオン交換膜法塩化アルカリの電解方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】高電流効率で高純度のアルカリ金属水酸
化物を生産するためのイオン交換膜法塩化アルカリ電解
方法については、従来より多数提案されている。例えば
陰極室内圧を陽極室内圧より高く保ちながら電解してい
る特開昭５１−６８４７７号、陽極液中に鉱酸を添加し
、陽極室内の食塩水溶液のｐＨを３．５以下に維持して
電解する特開昭５１−１０３０９９号、陽極室内のハロ
ゲンガスおよび陰極室内の水素ガスを大気圧よりも高圧
に加圧しながら電解する特開昭５３−４７９６号、供給
塩水および／又は淡塩水に塩化水素ガスを吸収させつつ
電解する特開昭５４−１０９０７６号等がある。これら
の電解方法は、電解電圧を低減したりあるいは発生する
塩素ガス中に含まれる酸素を少なくするなどの効果があ
るが、電解中の電解槽内の振動発生を防止しつつ高電流
密度で電解するためには、まだ十分満足できるものでは
ない。

【０００３】塩化アルカリを電解するための電解槽とし
ては、隣接セルの電気接続をチタン−鉄爆発圧着板によ
って行なっている特開昭５１−４３３７７号、隣接セル
の電気接続をバネ性を有するコネクターで行なっている
特開昭５３−１４９１７４号、電解槽材料にプラスチッ
クを用いて隣接セルの電気接続をボルトとナットで行な
っている特開昭５１−７２９７３号、隣接セルの接続を
チタン−銅−ステンレスを超音波溶接等で接合して行な
っている特開昭５４−９００７９号、ダクトを設けた特
開昭５９−９１８５号、単極式及び複極式どちらでも用
いることのできる特開昭６１−４４１８９号等がある。 特開昭６２−９６６８８号では、陽極室用鍋状体と陰極
室状鍋状体を２つ背中あわせに配置し、それぞれの鉤型
フランジ部と周壁部とにより形成される空間に棒状フレ
ームを挿入した電解槽ユニットを提案している。この電
解槽は確かに溶接部が少なくセル内圧を高くしても電解
液のリークもなく、加工が簡単で安価である。しかし、
例えば加圧状態から減圧状態までの広い範囲の運転条件
で安定した電解をしようとする場合、あるいは４５Ａ／
ｄｍ２　以上の高電流密度で電解する場合には、セル内
部の流動や振動の点で改良の余地が残されている。また
特開昭６１−１９７８９号には、電極板と電極シートの
間に導電性スペーサーを配置し電解液の下降流路とした
もの、特開昭６３−１１６８６号には、電解液の下降流
路となる筒状の電流分配部材を取り付けているものがあ
る。これらの方法では、内部の液の流動は改善されてい
るが、高電流密度において液とガスの抜き出し口付近で
の振動発生や、セル内圧を高くしようとすると電解槽の
強度が不足したり、電解液のリークが生じたり、供給電
解液に塩酸を添加しつつ電解しようとするとイオン交換
膜の電圧が上昇する等の不都合が生じる場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術は、イオン交換膜法塩化アルカリの電解方法として適
するよう工夫がなされているが、電解中における振動発
生の防止や、４５Ａ／ｄｍ２　以上の高電流密度で低電
圧で電解する等の、最近の省力化、高効率化についての
要求に対しては十分満足ゆくものではない。

【０００５】かくして、本発明の目的は、加工が簡単で
安価に製作できる複極式フィルタープレス型電解槽を用
いて電解液のリークがないだけでなく、電解時の電解槽
内部圧力が加圧状態でも減圧状態でも電解槽内部の電解
液の流動が十分確保できるとともに、高電流密度、高濃
度アルカリにおいても、振動がなく安定した電解ができ
る電解方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽イオン交換
膜を用いて塩化アルカリを電解する際、鉤型フランジ部
、周壁部および側壁部からなり、周壁部と側壁部が空間
を構成し、側壁部には該空間内に延びる導電リブを介し
て陽極が固着されている陽極室用鍋状体（Ａ）と、鉤型
フランジ部、周壁部および側壁部からなり、周壁部と側
壁部が空間を構成し、側壁部には該空間内に延びる導電
リブを介して陰極が固着されている陰極室用鍋状体（Ｂ
）を２つ背中合わせに配置し、それぞれの鉤型フランジ
部と周壁部とにより形成される空間に棒状フレームを挿
入することにより陽極室と陰極室を構成せしめた電解槽
ユニットを陽イオン交換膜を介して多数配列せしめてな
るフィルタープレス型電解槽において、（ａ）陽極室上
部の非通電部分及び陰極室上部の非通電部分の各々に気
液分離室を設け、（ｂ）陽極室及び／又は陰極室の側壁
部と電極との間には電解液の内部循環流路となる筒状の
ダクトを少なくとも１個有するフィルタープレス型電解
槽を用いることを特徴とする塩化アルカリの電解方法に
関する。

【０００７】一般的に低コストで安定した塩化アルカリ
の電解を行なうために、電解槽や、電解方法として要求
されることには、設備コストが安価であること、低電圧
で電解できること、セル内の振動等によりイオン交換膜
が破損しないこと、セル内の電解液濃度の分布が均一で
イオン交換膜の電圧や電流効率が長期間安定しているこ
と等があげられる。

【０００８】このような要求は、最近の設備省力化、高
効率化の傾向にともない益々高度になって来ている。例
えば、近年の電力コストの上昇により、電力コストの安
価な夜間電力をできるだけ多く使用し、電力コストの高
い昼間は低い電流で電解することがよく行なわれるよう
になっている。このために、電流密度が高くできる電解
方法が望まれるようになった。塩化アルカリの電解にお
いて、電解電流密度は、通常最高でも３０Ａ／ｄｍ２　
〜４０Ａ／ｄｍ２の範囲で電解されている。高電流密度
で電解できれば、電解槽も含め設備が小さくできるので
建設コストが安価になり有利であるが電力コストの面で
は不利になる。又、低電流密度で電解する場合は、逆に
設備コストが高くなり電力コストは安価となる。本発明
はこのような場合においても、設備コストの安価な電解
槽を用いて、４５Ａ／ｄｍ２　以上から１０Ａ／ｄｍ２
　以下までの広い範囲で安定で、状況に応じて任意の電
解槽圧力で電解でき、電解電圧も低い電解方法を提供す
るものである。

【０００９】本発明の電解方法が適用できるアルカリ金
属塩化物としては、例えば食塩、塩化カリウム、塩化リ
チウム等があるが、工業上最も重要なものは食塩である
。以下、本発明を食塩を例として、図面を参照にしつつ
詳細に説明するが本発明は、これらに限定されるもので
はない。図１及び図２は本発明に用いる電解槽のユニッ
ト（単位セル）の正面図とＡ−Ａ’線における断面図で
あり、図３は鍋状体の構成図、図４は本発明に用いる複
極式電解槽の組み立て図である。図中番号はそれぞれに
対応しており、同一番号のものは同一物を示す。

【００１０】電解槽は、図１及び図２に示すように、外
縁部を構成している棒状フレーム１、陽極室および陰極
室を構成する鍋状体２、気液分離室を形成するＬ型の仕
切り板６、導電リブ３、電極４からなる。鍋状体２には
導電リブ３と仕切り板６が溶接されており、導電リブ３
には電極４が溶接されている。鍋状体２は図３に示すご
とく、鉤型フランジ部７、周壁部８、側壁部９、より構
成される。周壁部８及び側壁部９で構成される空間は、
陽極室または陰極室となる。背中合わせに組合せられた
鉤型フランジ部７と周壁部８で構成される空間に棒状フ
レーム１が挿入される。周壁部８の長さは陽極室、陰極
室の室厚みに相当する。側壁部９の高さは通電部分と陽
極側気液分離室の合計高さ、または通電部分と陰極側気
液分離室の合計高さとなる。側壁部横幅は、陽極室、陰
極室の横幅に相当する。

【００１１】図２に示すように陽極室用鍋状体と陰極室
用鍋状体は、背中合わせに配置されている。これら２つ
の鍋状体は、例えば溶接により一体化されていてもよく
、又一体化されていなくてもよいが、溶接により一体化
した方が電気抵抗が小さいので好ましい。一体化する溶
接方法は、直接超音波溶接法で溶接してもよいし、チタ
ンと鉄の爆発圧着板１６をはさんで、スポット溶接して
もよい。

【００１２】鍋状体２および導電リブ３を製作するため
の材料は、電解条件下で耐蝕性があればよく、例えば陽
極用鍋状体にはチタン、およびチタン合金、また、陰極
室鍋状体には鉄、ニッケル、ステンレス等が使用できる
。鍋状体２の厚みは、折り曲げ加工ができ、セル内圧に
耐え、かつ導電リブ３を溶接しうる厚みであればよく１
〜３ｍｍ程度が好ましい。導電リブ３は、鍋状体２に溶
接されており、電解液および電解生成物の通路となる液
ガス流通用孔５が設けられている。導電リブの厚みは、
鍋状体２の周壁部８の長さ、シール用ガスケット２０、
２１の厚み、電極４の厚み等を考慮して膜−電極間隔が
ゼロまたはゼロに近くになるように調整される。鍋状体
２および導電リブ３を製作するための材料は、電解条件
下で耐蝕性があればよく、例えば陽極室用鍋状にはチタ
ンおよびチタン合金が使用できる。

【００１３】棒状フレーム１の断面形状は鉤型フランジ
部７、周壁部８で構成される空間形状と同一である。ま
た、棒状フレーム１の周囲はゴムライニング、エポキシ
系樹脂等で保護されていることが電気絶縁上あるいは防
蝕上好ましい。棒状フレーム１の材料は、鉄、ステンレ
ス等の金属の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニール等のプラスチックも用いることができるが
、金属製であれば電解槽の強度向上の点から好ましい。 また、その断面は中実でも中空でも良いが、中実であれ
ば棒状フレームの強度上好ましい。

【００１４】かくして、本発明に用いる電解槽は陽極室
用鍋状体および陰極室用鍋状体を２つ背中合わせに配置
し、それぞれの鉤型フランジ部と周壁部とにより形成さ
れる空間に棒状フレームを挿入することによって本体を
構成するので、組み立てがきわめて簡単である。また、
それぞれの鍋状体の製作は１枚の板から製作できるため
に、溶接部が少なく加工歪みおよび電解液のリークを防
止でき、電解槽内部の圧力が高くても十分耐えられる強
度を持ったきわめて安価に製作できる電解槽である。

【００１５】本発明に用いる電解槽の陽極室上部及び陰
極室上部の気液分離室１４は、通電部で発生した気泡と
液をガスと液に分離し、この両方をスムーズに抜き出す
目的で通電部上部の非通電部に設けたものである。気液
分離室１４はボックス構造のものであれば何でも良いが
最も作りやすく安価な方法を選べば良い。気液分離室の
断面積（周壁部８、側壁部９、及び仕切り板６で囲まれ
る面）は５ｃｍ２　以上で、Ｌ型に折り曲げた金属板の
片側の面に気液を通電部分から気液分離室へ導くために
多数の開口部を設けた仕切り板によって通電部と仕切ら
れていることが好ましい。

【００１６】気液分離室内は発生ガス及び液が排出ノズ
ルに向かって流れており、気液分離室の両端ではその圧
力損失によって圧力差が生じ、液面の高さが変わってい
る。そのため気液分離室の断面積があまりにも小さいと
、両端の液面の高さに大きな違いが生じ、排出ノズル１
３側の反対側の液面は通電部まで下がってしまい、通電
部にガスゾーンが形成されイオン交換膜に悪影響を与え
る場合がある。

【００１７】本発明者は、気液分離室の断面積と気液分
離室両端の液面差について詳しく検討した結果、通常予
想される圧力損失以上に気液分離室両端での液面の高さ
に差があること、及びガスの流れのため気泡や液が波立
ちガス流路の閉塞、排出ノズルの閉塞が生じ、振動が発
生しやすくなることを見いだした。セル内の振動が激し
いと、イオン交換膜が電極との間でこすれ破損する場合
がある。またこれらの傾向は、電解電流が大きくなれば
なるほどガス発生量も多くなるため顕著になってくる。 したがって、気液分離室断面積は設計電流密度や通電面
積によっても違うが５ｃｍ２　以上とればよく、好まし
くは１０ｃｍ２　、さらに高電流密度で大きな通電面積
の電解槽であれば１５ｃｍ２　以上であることが好まし
い。しかし、断面積が大きすぎると電解槽が大きくなり
製作コストが高くなったり電解槽の重量が重くなる等の
不都合が生じる場合があるので、この点も勘案して決め
る必要がある。

【００１８】通電部と気液分離室との間の仕切り板６に
は液とガスが圧力損失なく通過できるような開口部１５
を有する。開口部としては、例えば丸型、楕円型、角型
の穴やスリット状等いずれでも良い。開口部の開口率と
しては、電流密度や通電面積によっても異なるが、５％
以上が好ましい。この開口率が小さすぎると気液分離室
へ気液が抜ける際、圧力損失を生じてガスが通電部上部
に滞留し、ガスゾーンを形成してイオン交換膜へ悪影響
を与える場合がある。図４の場合はＬ型の仕切り板６と
鍋状体から形成され仕切り板６の非通電部との境界部分
にはガスと液の通路となる直径１０ｍｍの液ガス流出孔
１５を横に一定間隔で開けたものを用いている。

【００１９】ガスや液の排出は排出ノズル１３を通して
行なうが、この際、気液が混じり合って振動が発生する
ことがよくあり、この防止を図ることが必要である。最
も良い方法は、排出ノズル内の壁面を液が流れ、ガスが
中央部分を流れるような環状流で、圧力損失なく排出さ
せ気液が混相で流れないようにすることである。このた
めには、ノズルの向きが水平方向より下向きであること
が、気液が混相となることが少なくなく振動を防止しう
るので好ましい。又、ノズル径が小さすぎると、ノズル
の向きがたとえ水平方向より下向きであっても気液が混
相になりやすく脈流を生じてやはり振動が発生する。こ
の傾向も、電流が増せば増すほど顕著になる。従って、
高電流密度でも安定した電解をするためには水平より下
向きで、好ましくは１５ｍｍ以上で且つ、電解槽の厚み
より小さい範囲で十分に大きな径を有している排出ノズ
ルが好ましい。

【００２０】電解液の内部の流動は、セル内部の電解液
の濃度分布に大きな影響を及ぼす。一般的に、電解槽に
は電解液が下から供給され上部の一方の端から抜き出さ
れるが、電解中に電解液の濃度は徐々に低下してゆくた
め、セル内部での電解液の水平方向及び垂直方向での流
動による攪拌が不十分であると、電解液の濃度差が生じ
やすい。イオン交換膜の性能は電解液の濃度によっても
大きな影響をうけるため、このような場合には、期待ど
おりの性能が発揮できなくなる場合がある。

【００２１】この点の改善を図るには、一つの方法とし
て、電解液の循環用タンクを外部に設け、強制的に大量
の電解液を電解槽との間で循環しつつ電解する方法も有
効である。しかし、この方法では大量の電解液を循環す
るためのポンプ、タンク等の付帯設備が必要となり、設
備面で不利である。また塩化アルカリの電解を行なう際
に発生した塩素中の酸素の増加防止、あるいはクロレー
トの生成防止を図るため、塩酸を供給塩水中に添加して
電解槽にフィードする場合がある。この場合電解槽への
供給塩水流入口付近の塩水ｐＨが低くなりすぎるとイオ
ン交換膜の電圧が高くなる等の不都合を生ずることがあ
る。

【００２２】本発明では、電解槽に電解電流に応じた必
要最低限の電解液を供給しつつ、セル内部に設置した電
解液の循環流路となる筒状内部循環ダクト１７により、
電解で発生するガスの上昇によって生ずる流動を上下左
右方向の循環に利用し、セル内部の攪拌に利用する方法
を用いている。具体的には液の流入口としての筒状内部
循環ダクトの上端開口部２７を通電部上端より下方に設
け、セル下部に設けた液の流出口としての下端開口部２
８からセル上部の液を流出させることにより循環する方
法である。本発明者は、この循環をより効率的に行なう
ために種々検討した結果、上端開口部がセル通電部の高
さの９５％〜４０％、好ましくは８０％〜５０％の位置
にあると十分な循環が得られることを見いだした。この
理由は、セル内のガスと液の比が通電部上部程大きくな
るため、上端開口部が高すぎると気泡により筒状内部循
環ダクト上端からの液の吸い込みが不十分となること、
また低すぎると気泡の上昇による内部流動の推進力が不
足し、十分な循環が得られないためと考えられる。

【００２３】塩化アルカリの電解を行なう際に、発生し
た塩素中の酸素の増加防止あるいはクロレートの生成防
止を図るため、塩酸を供給塩水中に添加してセルにフィ
ードする場合、セルの供給塩水流入口付近の塩水ｐＨが
低くなりすぎて、イオン交換膜の電圧が高くなる等の不
都合を防止するためには、セル内部の供給電解液流入口
に供給電解液とセル内部循環液を混合するためのボック
スを設け、筒状内部循環ダクトの下端開口部を接続する
ことにより内部循環している電解液と混合し、塩酸の濃
度を薄める方法が好ましい。流入電解液と内部循環液と
の混合を行なうことは、濃度分布を均一にするためにも
有効な手段である。電解液の内部循環流路となる筒状内
部循環ダクト１７は、種々の形式が考えられるが、例え
ば図１の如く排出ノズル１３に近い所に電解液の流入す
る開口部を持ち、液の流出口が、混合ボックス１８につ
なぎ込まれて供給電解液と混合しセル内へ流れ出る形式
のものが好ましい。筒状内部循環ダクトの材質は陽極室
であれば、樹脂、チタン等の中から選択できるが加工性
や耐久性の点からチタンが好ましい。又、陰極室にも取
り付ける場合であれば、樹脂、ステンレススチール、ニ
ッケル等耐蝕性のあるものの中から選択できる。筒状内
部循環ダクト１７の形状は丸型、角型等いずれでも液の
流動のしやすいものであれば良い。又、筒状内部循環ダ
クトの断面積は大きいもの程内部循環量が多くなるため
有利であるが、セルの厚みや構造によって制限を受ける
ので、筒状内部循環ダクト１本当たり１０ｃｍ２　〜５
０ｃｍ２　程度が好ましい。筒状内部循環ダクトの本数
も多ければ多い程内部循環量も多くなるが、多すぎれば
製作コストの点で不利となるので、セル内の電解液の濃
度バラツキが目標とする範囲以内の最小本数を選択すれ
ば良い。

【００２４】筒状内部循環ダクト１７は陽極室、陰極室
いずれに用いても良いが、陽極側が陰極側に較べガスと
液との比が大きく気泡により液の内部流動が阻害されや
すいので陽極側に取り付けると効果的である。電極４に
は、エキスパンデッドメタル、有孔平板、棒状、網状等
の多孔性電極が使用できる。電極材料としては、陽極で
あれば通常の塩化アルカリ金属水溶液の電解に使用され
るものでよい。すなわち、チタン、ジルコニウム、タン
タル、ニオブおよびそれらの合金を基材とし、その表面
に酸化ルテニウム等の白金属酸化物を主体とした陽極活
性物質を被覆した電極が使用される。陰極であれば、鉄
、ニッケル、およびそれらの合金をそのまま、または、
その表面にラネーニッケル、ロダンニッケル、酸化ニッ
ケル等の陰極活物質被覆して用いられる。

【００２５】本発明に用いる陽イオン交換膜としては、
当業者にはことさら説明を要しない通常公知のものが用
いられる。例えば、旭化成工業（株）ＡＣＩＰＬＥＸ（
登録商標）、デュポン社のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）、
旭ガラス（株）ＦＬＥＭＩＯＮ（登録商標）等いずれで
も良い。電解条件の中で重要なものとして電解中のセル
内の圧力と電解温度があり、加圧状態及び高温度で電解
すると電解電圧を低くできるので有利なことは良く知ら
れている。本発明に用いる電解槽は、鉤型フランジ部と
周壁部とにより形成される空間に棒状フレームを挿入す
ることによって構成されているので十分な強度を有して
おり、大気圧以下から２ｋｇ／ｃｍ２　Ｇまでの広い範
囲での電解が可能であるばかりでなく９０℃以上の高温
にも耐えられる。従って、本発明においてはこの利点を
十分に生かせる電解が可能である。一般に加圧下では発
生ガス体積が減少しセル内上部のガス液比が小さくなる
ため、大気圧以下での電解より電解液の流動が起こりや
すい。さらに本発明に用いる電解槽の如く内部循環を行
なうための筒状ダクトを設置している電解槽では、電流
密度を上げてもセル内部の電解液の濃度分布が悪化しに
くい。又、本発明に用いる電解槽では十分な大きさの断
面積の気液分離室を有しており、発生ガス体積が減少す
ることは気液分離室の両端での圧力損失も少なくなり、
同時に液とガスを抜き出すノズル部分での振動も減少す
る。従って、本発明に用いる電解槽では加圧することに
より４５Ａ／ｄｍ２　以上の高電流密度でも安定した電
解が可能である。

【００２６】電解温度を高くすると電解液やイオン交換
膜の電気抵抗が低くなるので電解電圧が低くなることは
よく知られている。しかし本発明者は、電解温度がセル
内のガス液比や電解液濃度分布及び気液分離室内の液面
高さ等に与える影響について検討した結果、陽極側では
温度や電流密度が高くなるに従いガス液比が大きくなり
セル内の塩水濃度のバラツキが大きくなること、気液分
離室内の液面が低くなり、特に排出ノズルの反対側の端
の気液分離室内液面が低くなって、ついには通電面にガ
スゾーンが形成されることがわかった。このような現象
を防止し、９０℃以上の温度でも高電密で低電圧の電解
をするためには電解時のセル内圧を高めるか又は、気液
分離室の断面積を大きくすることが有効であることを見
いだした。本発明は、十分な断面積を持つ気液分離室を
有し、且つ十分な量の内部循環が行なえる内部循環ダク
トも有した電解槽を用いているので、このような高温度
でも安定した電解ができる。

【００２７】本発明において電解セルに供給する陽極液
は、飽和に近い濃度の塩水で、その流量は、電解電流や
、セル内の塩水濃度の設定に応じた量が任意に選択でき
る。陰極液は、希薄苛性ソーダをセルに供給し濃厚苛性
ソーダをセルから抜き出す方法や、水を供給し濃厚苛性
ソーダを得る方法等いずれでもよい。近年、イオン交換
膜の性能向上が著しくＮａＯＨ濃度の高濃度化が進んで
いるが、本発明に用いる電解槽の陰極室用鍋状体の材質
は、ステンレス、高ニッケル鋼、ニッケルなどいずれで
もよく、電解するＮａＯＨ濃度に応じた材質を選定でき
るだけでなく、ＫＯＨ、ＬｉＯＨなど電解液にも対応し
た材質が選定できる。従って本発明に用いている電解槽
では、５０％程度の高濃度ＮａＯＨのようなきびしい電
解条件でも高電流密度で安定した電解ができる。

【００２８】本発明に用いる電解槽は以上の通り、１枚
の板で製作された陽極室鍋状体及び陰極室鍋状体と棒状
フレームとで構成されているため安価で製作しやすく、
セル内圧が加圧状態でも十分耐えられるので低電圧で電
解できる。また、公知の方法では、負圧状態や９０℃以
上での電解において、セル内の濃度分布の悪化が生じや
すかったが、本発明に用いる電解槽は筒状内部循環ダク
トを有しているので、セル内の濃度分布についても均一
で、供給塩水に塩酸を添加し発生する塩素中の酸素を低
減することも可能である。さらに、４５Ａ／ｄｍ２　以
上の高電流密度で電解する場合、従来公知の方法では、
通電部にガスゾーンを形成したり、セル内振動が発生し
たりする場合が多かったが、本発明に用いている電解槽
では、通電部上部の非通電部には十分な大きさの断面積
の気液分離室を持ち、さらに水平より下向きに大きな断
面積の排出ノズルも有しているので、通電部にガスゾー
ンを形成することもなく、気液分離室での気泡や液の波
立ちによる振動も発生せず、電解液排出の際に気液混相
流による圧力損失の変化による振動を発生することもな
い。

【００２９】このように本発明の電解方法は、従来公知
の技術にない多くの利点を有し、本発明を用いることに
よりはじめて、電解圧力、温度、電流密度等の電解条件
を状況に応じ広い範囲で自由に選択せしめる優れた方法
である。次に本発明の実施例を示すが、本発明はこの実
施例のみに限定されるものではない。

【００３０】

【実施例１】５ケの単位セルおよび２ケの電流リード板
２４を付けたセルを用いて、図４に示した複極式電解槽
を組み立てた。電解セル２５は、鉤型フランジと気液分
離室を有しており横幅が２４００ｍｍ、高さが１２８０
ｍｍのサイズで、図１、図２と同一構造に製作されてい
る。鍋状体の中央部には、電解液および電解生成物の通
路用として丸型の孔を設けた補強用リブ１１を有してお
り、陽極鍋状体、陽極側気液分離室、丸型の孔５を設け
た導電用リブ等の材料はチタンで製作され、陰極室鍋状
体、陰極側気液分離室、丸型の孔５を設けた導電用リブ
等はニッケルで製作した。

【００３１】気液分離室断面積は、陽極側、陰極側どち
らも１５ｃｍ２　で、陽極側気液分離室はチタン板をＬ
型に折り曲げて仕切り板とし、陰極側気液分離室はニッ
ケル板をＬ型に折り曲げて仕切り板とし、それぞれの仕
切り板の通電部と非通電部の境に当たる部分には直径１
０ｍｍの液ガス流出孔１５を多数設けている。また、そ
れぞれの気液分離室の一方の端には、２５ｍｍの内径を
有する排出ノズルを取り付けた。

【００３２】電解液の内部循環流路となる筒状内部循環
ダクト１７は、２０ｃｍ２　の断面積を有しており、陽
極室のみに設置している。筒状内部循環ダクト１７はチ
タンで製作され、図１に示すように、その上端開口部は
セル通電部高さの約７０％の位置に設け、下端開口部は
電解液流入口に設けたチタン製混合ボックス１８につな
ぎ込まれている。

【００３３】陽極室鍋状体と陰極室鍋状体との間はチタ
ン−鉄の爆発圧着板１６をそれぞれの鍋状体とスポット
溶接にて接合している。また棒状フレーム１が鉤型フラ
ンジ部７と周壁部８の間に差し込まれている。陽極は、
エクスパンデッドメッシュ状に加工したチタン板の表面
に、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化
物を被覆することにより作成した。

【００３４】陰極は、エクスパンデッドメッシュ状に加
工したニッケル板の表面に、ニッケル酸化物を被覆する
ことにより作成した。この電解セルに、陽イオン交換膜
ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ−４１００、陽極室ガス
ケット２０、陰極室ガスケット２１を用いてはさみ、図
４に示した電解槽を組み立てた。この時の陽極と陰極と
の間の距離は約２．５ｍｍであった。

【００３５】この電解槽を用い、陽極側気液分離室内圧
力０．０１ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ、陰極側気液分離室内圧力
０．０３ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ、陽極側には出口濃度が２０
０ｇ／ｌとなるように３００ｇ／ｌの食塩水を供給し、
陰極室には、出口にカセイソーダ濃度が３３重量％にな
るように希薄カセイソーダ水溶液を供給した。又電解温
度は、９０℃で電解電流密度を変えて電解し、各電流密
度における単位セル間の電圧と陽極側気液分離室内の振
動及び陽極室内塩水濃度差を測定した。さらに、通電部
上部にガスゾーン形成の可能性を判断するため、陽極側
気液分離室の上部で排出ノズル反対側の端から１００ｍ
ｍの位置に覗き窓を設け気液分離室内の液面の有無を観
察した。

【００３６】振動は、横河電気（株）アナライジングレ
コーダー３６５５Ｅを用いて、陽極側気液分離室内の気
相部分の圧力変動を測定し、その最大圧力と最小圧力と
の差を振動とした。セル内の塩水濃度差は、セル内の通
電面上端から１５０ｍｍ下側の通電部の中央及び両端か
ら１００ｍｍ内側通電部の３点、セル通電面のほぼ中央
部の１点、セル内の通電面下端から１５０ｍｍ上側の通
電面の中央及び両端から１００ｍｍ内側通電部の３点、
合計７点について、直接その部分の液をサンプリングし
て濃度分析を行い、最も濃度の高い部分と低い部分との
濃度差の絶対値を濃度差とした。電解の結果、気液分離
室内には十分な電解液が有り、通電部にガスゾーンが生
じている様子はなく、電流密度によらず安定した電解が
できた。結果を表１に示す。

【００３７】

【実施例２】電解電流密度が４０Ａ／ｄｍ２　、４５Ａ
／ｄｍ２　において、供給塩水に０．０８ｍｏｌ／ｌの
濃度になるように塩酸を加えた以外は実施例１と全く同
様の装置を用い同様の測定を行なった。３０日間電解し
たが、その間電解電圧の上昇はなかった。電解を停止し
た後、イオン交換膜を取り出して観察したが、イオン交
換膜には水泡や変色等の異常も認められなかった。測定
結果を表１に示す。

【００３８】

【実施例３】電解電流密度が４０Ａ／ｄｍ２　及び４５
Ａ／ｄｍ２　において、陽極室セル内圧を−０．０２ｋ
ｇ／ｃｍ２　Ｇ〜０．５ｋｇ／ｃｍ２　Ｇの範囲で変化
させ、電解温度９０℃、陰極室内圧を陽極室内圧より０
．０２ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ高く保ちつつ実施例１と同様な
電解槽を用い同様な測定を行なった。電解の結果、電解
槽外への電解液やガスのリークもなく、気液分離室内に
も十分な電解液が有り、通電部にガスゾーンが生じてい
る様子もなく、高電流密度、加圧状態でも安定した電解
ができた。 結果を表２に示す。

【００３９】

【実施例４】電解電流密度が４０Ａ／ｄｍ２　及び４５
Ａ／ｄｍ２　、陽極室セル内圧０．０１ｋｇ／ｃｍ２　
Ｇ、陰極室内圧を陽極室内圧より０．０２ｋｇ／ｃｍ２
　Ｇ高く保ち電解温度を変化させた以外は実施例１と同
様な電解槽を用い同様な測定を行なった。電解の結果、
高電流密度において広い範囲の電解温度にわたって、気
液分離室内にも十分な電解液が有り、通電部にガスゾー
ンが生じている様子もなく、安定した電解ができた。結
果を表３に示す。

【００４０】

【実施例５】電流密度４５Ａ／ｄｍ２　で、電解時の陽
極室セル内圧が−０．０２ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ及び０．５
ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ、陰極室内圧を陽極室内圧より０．０
２ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ高く保ち、電解温度を変化させた以
外は実施例１と同様な電解槽を用い同様な測定を行なっ
た。電解の結果、高電流密度で０．５ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ
以上の加圧状態においても広い範囲の電解温度にわたっ
て電解槽外への電解液やガスのリークもなく、気液分離
室内にも十分な電解液が有り、通電部にガスゾーンが生
じている様子もなく、安定した電解ができた。結果を表
４に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【発明の効果】本発明は、組み立て解体が簡単で、溶接
部が少なく液リークがなく、加工が簡単で安価な複極式
フィルタープレス型電解槽を用いているので以下の効果
があり、塩化アルカリの電解方法として好適である。 ａ　　セル内の振動がなく、イオン交換膜が破損するこ
とがない。

【００４６】ｂ　　セル内の電解液濃度分布が均一であ
る。 ｃ　　４５Ａ／ｄｍ２　以上の高電流密度でも安定した
電解ができる。 ｄ　　９０℃以上の高温度でも安定した電解ができる。 ｅ　　負圧状態から加圧状態まで広い範囲での電解がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解槽を構成するユニットの、陽極室
側正面図。

【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面図。

【図３】本発明の気液分離室と鉤型フランジ部の詳細図
。

【図４】本発明のセルを用いた複極式電解槽の組み立て
図である。

【符号の説明】

１　　　　棒状フレーム ２　　　　鍋状体 ３　　　　導電リブ ４　　　　電極 ５　　　　液ガス流通用孔 ６　　　　気液分離室仕切り板 ７　　　　鉤型フランジ部 ８　　　　周壁部 ９　　　　側壁部 １１　　補強用リブ １２　　電解液供給ノズル １３　　排出ノズル １４　　気液分離室 １５　　液ガス流出孔 １６　　爆発圧着板 １７　　筒状内部循環ダクト １８　　混合ボックス １９　　陽イオン交換膜 ２０　　陽極側ガスケット ２１　　陰極側ガスケット ２２　　陽極室 ２３　　陰極室 ２４　　リード板 ２５　　複極式電解セル ２６　　締結体 ２７　　ダクト上端開口部 ２８　　ダクト下端開口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　陽イオン交換膜を用いて塩化アルカリ
   を電解する際、鉤型フランジ部、周壁部および側壁部か
   らなり、周壁部と側壁部が空間を構成し、側壁部には該
   空間内に延びる導電リブを介して陽極が固着されている
   陽極室用鍋状体（Ａ）と、鉤型フランジ部、周壁部およ
   び側壁部からなり、周壁部と側壁部が空間を構成し、側
   壁部には該空間内に延びる導電リブを介して陰極が固着
   されている陰極室用鍋状体（Ｂ）を２つ背中合わせに配
   置し、それぞれの鉤型フランジ部と周壁部とにより形成
   される空間に棒状フレームを挿入することにより陽極室
   と陰極室を構成せしめた電解槽ユニットを陽イオン交換
   膜を介して多数配列せしめてなるフィルタープレス型電
   解槽において、（ａ）陽極室上部の非通電部分及び陰極
   室上部の非通電部分の各々に気液分離室を設け、（ｂ）
   陽極室及び／又は陰極室の側壁部と電極との間には電解
   液の内部循環流路となる筒状のダクトを少なくとも１個
   有するフィルタープレス型電解槽を用いることを特徴と
   する塩化アルカリの電解方法。