JPH0456790A - 電解用電極の再活性化方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電解用電極の再活性化方法に関し、とくにイ
オン交換膜性食塩電解をはじめとする各種の電気分解に
長期間使用して電極の活性が低下したフィルタープレス
型電解槽の不溶性金属電極を容易に再活性化する方法に
関するものである。

［従来の技術］ 食塩電解等に使用するフィルタープレス型イオン交換膜
法電解槽においては、陽極にはチタン類の厚さ２ｍｍ以
下の薄板に規則的に設けた切れ目を拡張して製造したエ
キスパンデッドメタルと称される網状体をそのままある
いはこれをロール掛けによってみかけの厚みを平滑化あ
るいは半平滑化した部材、または薄板に多数の穴を設け
たパンチドメタルと称される部材を基体として、その表
面に白金族の金属又はその酸化物を含む活性電極触媒層
を形成したものを電解槽フレームに溶接で取付けて使用
している。陰極については、陽極と同様の形状のステン
レススチールやニッケル等の部材を基体として陰極触媒
層を形成している。

第２図に、複極式のフィルタープレス型のイオン交換膜
法電解槽の単位電解槽の陽極側からみた部分切り欠き斜
視図を示すが、単位電解槽１の電解槽の枠体２および隔
壁３には陽極リブ４が結合しており、陽極リブは単位電
解槽に取り付ける電極の保持と導電接続を行っている。

リブにはスポット溶接等によってエキスパンデッドメタ
ル等の基材に白金族の金属を含む複合酸化物の活性被覆
を形成した陽極５が固着されており、隔壁の陰極側には
、ニッケル、ステンレス等の金属からなる陰極リブ６に
ニッケル、ステンレス等からなるエキスパンデッドメタ
ルを基材として陰極活性被覆を形成した陰極７が取り付
けられている。

実際のフィルタープレス型の電解槽は、単位電解槽の枠
体のフランジ面８に、耐食性のゴム族のガスケットを設
けて多数の電解槽を積層して組み立てられる。また、電
解槽の枠体には陽極室および陰極室内への電解液の供給
および排出管路、生成物質の取り出し用の管路が取り付
けられる（図示せず）。

電解槽を長期間使用した結Ｌ　電極に形成した電極触媒
層の活性が低下すると電解電圧が上昇し、電解電力の損
失につながるので電極触媒の再生を行う必要が生じる。

電極触媒層の形成方法には各種の方法があるが、陰極の
電極触媒層には水溶液から活性触媒層を電着するめっき
による方法が多く採用されている。

めっきによって形成した陰極の電極触媒層の再生は被覆
時と同様に水溶液中においてめっきによって再生するこ
とができる。したがって、電極を単位電解槽の枠体にと
りつけた状態で容易に再生することが可能である。

ところが、陽極については、いわゆるＤＳＥの商品名で
知られている不溶性金属電極の再活性化を単位電解槽の
枠体に溶接した状態で再生を行うことには種々の問題が
ある。すなわち、陽極の電極触媒被覆は、二酸化マンガ
ンあるいは二酸化鉛を主成分とする陽極酸化被覆のよう
に水溶液中での電気分解で形成可能なものもあるが、白
金族の金属の酸化物等からなる電極触媒は通常は電極触
媒の金属成分を含有する塩の溶液等を塗布して熱分解す
る熱分解法が採用されている。この方法は、不溶性電極
に関する基本特許であるベーア氏の特公昭４８−３９５
４号および特公昭４６−２１８８４号に示されるように
、電極基体上に電極触媒物質の金属の塩を含む塗付液を
塗付し３５０℃〜６００℃の温度で熱分解することによ
って焼付けを行なう方法である。

水銀法や隔膜法用の電極のように電極単体として取り扱
われている電極の場合には、このような熱分解法によっ
て問題なく再活性化することが可能であるが、フィルタ
ープレス型の電解槽の単位電解槽の枠体に溶接された電
極の再生を熱分解法によって行おうとすると、電解槽の
枠体の各部での熱歪の間慝　単位電解槽中の種々の部品
の熱の影響による溶接の剥がれが生じ、その後の修復は
困難を極める。また、複極式のフィルタープレス型の電
解槽の場合には陽極室と陰極室の間に異種金属を接合し
た隔壁を有しており、陽極の反対側には陰極が溶接等に
よって取り付けられているので陽極側と陰極側の金属の
熱膨張率の違いによって修復困難な変形等が生じたり、
熱による陰極の電極触媒の失活を招く可能性があるので
熱分解法による再生は事実上不可能である。

こうした問題を起さない方法として、陽極部分のみを単
位電解槽の枠体から取り外して再活性化する方法が考え
られる。ところが、通常陽極は薄いエキスパンデッドメ
タル、パンチドメタル等を使用しているので、電流分布
を均一に保つためには、電極面の周囲の枠体に接する部
分等のみを溶接したのでは電気接続が充分に形成されな
い。そこで、陽極は数ｃｍの間隔で単位電解槽にはりめ
ぐらされているリブに溶接して電流分布を均一にするこ
とが行われている。

このように陽極面の全面にわたり溶接された電極を取り
外すと、取り外しとその後の取り付けに多大の労力が必
要になるという問題とともｔＱ　　陽極面は多くの箇所
で溶接されているので、陽極面の損傷は激しく、陽極の
再使用はほとんどできなくなり、電極の基体の高価なチ
タン材料は廃棄せざるを得なくなるおそれ生じるという
問題があっ［発明が解決しようとする課題］ そこで、フィルタープレス型電解槽に使用する陽極の再
活性化は、既設の電極に熱分解法によって電極触媒層を
形成する方法では困難であるために、活性が低下あるい
は活性を失った既設の電極はそのままにして、既設の電
極上に活性な電極触媒を被覆した別の新しい電極を溶接
する方法が考えられる。

電極の再活性化が通常は電極としての性能が完全に失わ
れた時点で行われるのではなく、電極としての性能があ
る程度低下した時点で行わね　電極触媒の作用が完全に
失われるまで使用することはないので、既設の電極上に
薄い網状の電極を溶接すると、新たに設けた網状の電極
を実質的に作用する電極とするとともに、下地となる既
設の電極も電解時に電極として作用させるとともに、既
設の電極を新しい電極へ電流を供給する導電体としても
作用させることとなる。

このため、実質的に電極反応に関与する電極面積が増加
するとともに、電極面がより微細化するために、電解電
圧の低下という副次的な効果も奏するので、このような
方法は陽極の再活性化に大きな役割を演じることが考え
られる。

しかしながら、既設の電極面上に新たな電極を設けるこ
との有用性については、実験室的には認められているも
のの、化学工業において製造装置として使用されている
大型の電解槽に適用するうえでは問題があった。

すなわち、通常の電解槽では電極の再活性化を既設の電
極上に新たな電極を溶接によって取り付けることを考慮
して単位電解槽の構造体は製造されておらず、このよう
な単位電解槽に既設の電極上に新たな電極を溶接等によ
って取り付けることにはさまざまな問題が生じる。

第３図は、第２図に示す複極式のフィルタープレス型の
電解槽の陽極面側の既設の電極面上に既設の電極よりも
薄いエキスパンデッドメタルからなる電極を溶接した単
位電解槽を第２図におけるＡ−Ａ線の位置で切断した断
面図を示すが、既設の陽極９が単位電解槽の枠体２と接
する部分である陽極の端部１０は電解槽の隔壁３に向か
って少し曲げられており、陽極の端部と電解槽の枠体は
部分的にスポット溶接等によって枠体に固定されている
ので、°既設の電極のみであれば陽極がイオン交換膜に
損傷を与えることは起こらない。

ところが、既設の陽極面上に新しい陽極１１を取り付け
る場合には、既設の陽極面と新しい陽極面とをスポット
溶接によって結合する部分は陽極リブがあって新しい陽
極を機械的に保持することが可能な箇所に限られている
ので、新しい陽極の端部１２の固定には困難な面があり
、陽極の周縁部分で陽極が浮き上がるために、新しい陽
極の端部のエキスパンデッドメタルの切断面の突起部が
イオン交換膜と接する危険性があった。

イオン交換膜は電解槽の組立時に電極の突起と接触する
可能性があり、また電解槽の運転中に生じる電解槽内の
圧力変動や電解液、ガスの流動によってイオン交換膜が
振動してエキスパンデッドメタルの突起部と繰り返し接
触する可能性があり、その結処　イオン交換膜にピンホ
ールをはじめとする重大な損傷を与えるおそれがあった
。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、電極活性が低下した電極の再生の際に、
既設の電極面上に新しく取り付けた電極の周縁部の突起
がイオン交換膜に損傷を与えることがないように、新し
く取り付ける電極の周縁部を電解槽の枠体のフランジ面
まで延長し、電極の周縁部分を単位電解槽を積層する際
に電極室内を気密に保持するために単位電解槽の枠体の
フランジ面に設けるガスケットによって固定することに
よって新たに設ける電極の突起部によってイオン交換膜
に損傷を与えないことが可能であることを見いだしたも
のである。

すなわち、フィルタープレス型電解槽に取り付けられた
エキスパンデッドメタルあるいはパンチドメタル等の網
状又は穴あき板状の基体で構成した陽極表面に、新しい
陽極を設けるものであるが、新しい陽極は、既設の陽極
と同等又はより細い目開きを有する薄い基体上に新しい
活性電極触媒被覆を施したものであって、既設の陽極上
に溶接する際に、周縁部を既設の電極よりも大きくして
単位電解槽の枠体上に周縁部を延長し、電解槽の組立時
には、電解槽の枠体のフランジ面に設けて電極室内を気
密に保持するためのガスケットによって新しい電極の端
部を固定するものである。

新しい陽極は、薄板に切れ目を設けて拡張することによ
って製造する通常のエキスパンデッドメタルをそのまま
あるいはロールに掛けて平滑化したエキスパンデッドメ
タルを基体とし、この基体上に電極触媒の被覆を形成し
たものを使用することができる。

また、既設の電極上に取り付ける新しい電極は既設の電
極によって通電および剛性が維持できるので新しい電極
には板厚の微細なメツシュを有するものが使用可能とな
る。

第４図に電極を形成するエキスパンデッドメタルの部分
拡大斜視図を示し、第５図には第４図のエキスパンデッ
ドメタルをＢ−Ｂ線で切断した断面図を示すが、メツシ
ュの大きさは図に示すようにメツシュの短目方向中心間
距離である短径２１、同じくメツシュの長目方向中心間
距離である長径２２、板に設けた切れ目の刻み間隔であ
る刻み巾２３、エキスパンデッド加工した板の板厚２４
、エキスパンデッドメタルの仕上がり板厚である厚み２
５で規定される。

エキスパンデッドメタルは、経験的に開口率を４０〜５
０％に保持しきざみ目の刻み巾（ストランド）を板厚よ
り１０〜２０％大きくすれば、その表面積は、板厚に関
係なくほぼ一定、すなわち投影面の面積の約２倍の大き
さになることがわかっている。

電極の再活性化の手段として、既設の電極面上に取り付
けるエキスパンデッドメタルは板厚が薄いほどよいこと
になるが実際には機械的な剛性の点および工作上や通電
のしやすさから０．３〜０゜８ｍｍが望ましく、０．３
〜０．５ｍｍが最適である。

以下に、図面を参照してさらに説明する。

第１図は、既設の電極面上に活性な触媒被覆を形成した
新しいエキスパンデッドメタルからなる電極を取り付け
た単位電解槽を積層した電解槽の一部の断面図を示すが
、単位電解槽１の陽極リブ４において、既設の陽極９が
溶接されているので、新しい陽極１１もリブ部において
溶接されている。

新しい陽極１１の端部１２は、単位電解槽の枠体２のフ
ランジ面８に延びており、隣接する単位電解槽の枠体の
間に設ける電極室の気密を保持するために使用するガス
ケット１３で固定することにより、新しく取り付けた陽
極の端部の突起がイオシ交換膜１４に接触することはな
い。

ところで、従来は本発明の方法のように陽極と電解槽の
枠体フランジ面に設けるガスケットが接触した状態で食
塩等の電気分解を行うとガスケットの電極との接触部分
で発生する塩素ガスによってガスケットが損傷を受ける
ので使用できないとされていたが、本発明者らは、ガス
ケットと陽極との接触部について詳細に検討した結果　
電極の再活性化のために既設の電極面上に取り付ける薄
いエキスパンデッドメタルの場合には、薄い網状体の端
部をガスケットに接触させていても、ガスケットの劣化
がほとんどみられないことを見出したものである。

すなわち、薄いエキスパンデッドメタルは電流を通電す
る導電体としての断面積が小さいので、それ自体では大
きな電流を通電することができない。したがって、既設
の電極との溶接部あるいは直接に接触した部分から距離
をおくと、電位は示すが電解を行うだけの充分な通電が
できなくなるため、あるいは平滑化した薄いエキスパン
デッドメタル電極は、ガスケットによって容易に覆われ
てしまうので陽極の端部への液の出入りが妨げらね　陽
極の界面へ入った電解液中の塩素イオンが電解反応によ
って塩素ガスとして消費されたあとは、ガスケットに覆
われた陽極の端部へ入る電解液の量が少ないために、す
ぐに水の電解反応が起こり、その結果陽極の端部で陽極
の活性が失われるために、陽極を覆うガスケット部分で
はガスケットに悪影響を及ぼすだけの塩素が発生しない
ためと考えられる。

陽極の端部をガスケットで固定する際には各種の方法を
とることが可能であるが、耐食性のフッ素樹脂のシート
あるいはテープ等によって陽極の端部を単位電解槽の枠
体のフランジ面に固定し、その上にガスケットを載置す
ることが可能である。

なお、この時、エキスパンデッドメタルとガスケットの
間に形成された空間は液もれの原因となる可能性がある
ので、単位電解槽の枠体のフランジ面のガスケットの幅
の中央より外側には、電極の端部を延ばさないようにす
ることが望ましい。

［作用コ 電解槽の枠体に溶接されたエキスパンデッドメタルまた
はパンチドメタル等の既設の電極面上に、既設の電極の
メツシュの開口と同等又は細かい新しい電極を取り付け
て電解用電極を再活性化する方法において、新しい電極
の周縁の端部を単位電解槽の枠体フランジ面まで延長し
、新しい電極の端部を単位電解槽の枠体のフランジ面に
設けるガスケットによって固定したもので、新しい電極
がイオン交換膜にピンホール等の損傷を与えることはな
い。

［実施例コ 以下に、本発明の実施例を示し、本発明をさらに説明す
る。

実施例１ 縦２５ｃｍ、横５ｃｍの有効電解面を有するフィルター
プレス型イオン交換膜電解槽に、既設の１．２ｍｍ厚の
開口率４５％のエキスパンデッドメタルの陽極表面に、
開口率４０％、厚さ０．５ｍｍであって、目開き間隔を
もとのメツシュの約半分とし、その表面にルテニウムと
チタンからなる複合酸化物を被覆した電極を、電解槽の
枠体のフランジ面を電極が５ｍｍ覆うようにして、既設
の電極面上に抵抗溶接によって取付けた。

電解槽の枠体のフランジ面には新しく取り付けた電極の
端部をガスケットで覆うようにしてクロロプレンゴム類
の厚さ１ｍｍのガスケットを置いて電解槽を組み立てた
。

イオン交換膜としてデュポン社製ナフィオン９０２０９
、陰極には電極触媒を被覆して活性化したニッケルから
なるエキスパンデッドメタルを使用し、陽極とイオン交
換膜を密着させて、電解温度を８５℃、電流密度を４　
ＯＡ／　ｄ　ｍ２、陰極液を３２％水酸化ナトリウム水
溶液、陽極液を２００ｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液と
して、平均電圧３．１ｖで電解した。

６力月間連続して電解したところ液漏れ等はなく、運転
停止後のガスケットの状態を調べたところ電極室内に面
した部分が２ｍｍ塩素化していたが、陽極と接触した部
分のガスケットの損傷はなく、また陽極と接触した単位
電解槽の枠体のフランジ面にも腐食等は生じなかった 比較例１ 網の目の細かい電極を取り付けなかった点を除いては実
施例１と同様の条件で、６ケ月間電解を行なったところ
、平均電圧で実施例１のものに比べて３０ｍＶ高かった
が、ガスケットの様子は実施例１のものと変わらず、電
解液との接触面が２ｍｍ塩素化していた。

［発明の効果コ 本発明は電極の活性が低下した不溶性電極を再活性化す
る方法において、既設の電極上に新しい電極を溶接して
再生する際に、新しい電極の周縁部を電解槽の枠体上の
ガスケットを設ける部分に延長してガスケットによって
電極の端部を固定したものであるので電極の端部の突起
部がイオン交換膜を損傷するおそれがなく、また活性化
前に比べて同等もしくは低く維持することができ、イオ
ン交換膜電解槽の性能を維持もしくは向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、既設の電極面上に活性な触媒被覆を形成した
新しいエキスパンデッドメタルからなる電極を取り付け
た単位電解槽を積層したフィルタープレス型電解槽の一
部分を水平面で切断した断面図を示し、第２図は、複極
式のフィルタープレス型のイオン交換膜性電解槽の単位
電解槽の陽極側からみた部分切り欠き斜視図を示し、第
３図は、陽極面側の既設の電極面上に新しい電極を溶接
し単位電解槽を水平面で切断した断面図を示し、第４図
に電極を形成するエキスパンデッドメタルの部分拡大斜
視図を示し、第５図には第４図のエキスパンデッドメタ
ルをＢ−Ｂ線で切断した断面図を示す。 単位電解槽・・・１、単位電解槽の枠体・・・２、隔壁
点、陽極リブ・・・４、陽極・・・５、陰極リブ・・・
６、陰極・・・７、フランジ面・・・８、既設の電極・
・・９、新しい電極・・・１１、電極の端部・・・１２
、ガスケット・・・１３、イオン交換膜・・・１４ 特許出願人　ベルメレック電極株式会社代　理　人　弁
理士　米澤　　明　（外７名）第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解槽の枠体に取り付けられたエキスパンデッド
   メタルまたはパンチドメタル等の既設の電極面上に、既
   設の電極のメッシュの開口と同等又は細かい新しい電極
   を取り付けて電解用電極を再活性化する方法において、
   新しい電極の周縁の端部を単位電解槽の枠体のフランジ
   面まで延長し、新しい電極の端部を単位電解槽の枠体部
   分に設けるガスケットによって固定することを特徴とす
   る電解用電極の再活性化方法。
2. （２）単位電解槽の枠体のフランジ面まで延長した新し
   い電極の端部を耐食性の合成樹脂のテープでフランジ面
   に止めた後にガスケットを載置することを特徴とする請
   求項１記載の電解用電極の再活性化方法。