JPH0456791A - 不溶性金属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］ 本発明は、電解用電極の再活性化方法に関し、とくにイ
オン交換脱法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
型の電解槽に使用した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脱
法電解槽においては、陽極にはチタン製の厚さ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あるいは薄板に多数の穴を設け
たパンチト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の枠体に溶接で取付けて使用し
ており、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脱
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、耐食性のゴム類のガスケットを設
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果、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４８−３９
５４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問題や、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る等の問題によ
って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、陽極は通常薄いエキスパンデッド
メタル、パンチト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設けられて
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に、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が生じるという問題
があった。

［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れ　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
な単位電解槽の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。

使用上問題とならないような厚みが薄い電極である場合
には、単位電解槽のフランジ面に設けるガスケットの厚
さの変更のみで元の電解槽と同等に使用できるので、こ
の方法を使えば問題のかなりの部分は解決できる。新し
い電極は既設の電極面上に、溶接によって取り付けられ
ており、溶接は抵抗溶接によって行われるのが通常であ
るが、抵抗溶接をすると、溶接部分は熱によって活性を
失うかあるいは電極の特性が変化してしまうので、溶接
箇所は少なくすることが好ましい。

網状体であるエキスパンデッドメタルのくりかえし周期
は正確ではないためスポット溶接などの抵抗溶接にあた
っては通常直径５ｍｍ程度の大きさを有する比較的大き
な面積の溶接部を必要としている。また、電流分布を考
慮すると、その溶接間隔は小さくする必要があり、たと
えば最近のイオン交換脱法電解槽では４０Ａ／ｄｍ２と
いう高電流密度が主流となりつつあるが、その場合には
既設の電極に取り付ける網状体の厚みを０．３ｍｍ程度
とすると、溶接間隔は１０ｍｍないし２０ｍｍとするこ
とが必要となる、１０ｍｍないし２０ｍｍの間隔で直径
５ｍｍのスポット溶接をすると電極面の５％ないし６％
が溶接により働かなくなり、電極として作用する面積が
減少すると、実質的な電流密度は５％ないし６％増大す
ることとなる。

電流密度の増大は電極の寿命を減少させるだけでなく、
電極として作用しない部分があると作用しない部分に対
向するイオン交換膜には、イオン交換膜の内部に塩素お
よび水酸化ナトリウムが拡散して内部に食塩が析出した
ブリスターを生じさせ、またイオン交換膜中での電流の
偏流をまねきイオン交換膜を劣化させ、寿命を短くする
という悪影響を与えることになるという欠点を有してい
た。

更に、スポット溶接によって溶接部かもとの面に比べて
凹部となり、平坦度が保持されにくいという問題点を合
わせ持っていた。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明者らは、電極としての活性の低下した不溶
性金属電極の表面上に、新たな網状体よりなる不溶性金
属電極を取り付けて再活性化を行うにあたり、既設の電
極と新たに取り付ける網状体の電極の間に新たに取り付
ける電極の網状体の目開よりも大きな目開きを有する薄
い網状体を介在させて溶接することによって、スポット
溶接によって溶融する面積を一定の大きさ以下に制限を
加えることが可能となり、溶接による電極面積の減少を
最小限におさえることができることをみいだしたもので
ある。

第１図は本発明の再活性化方法を示す分解斜視図である
が、既設の陽極９上には、網状体１０と、新しい陽極１
１を積層し、溶接電極１２を押し当てて抵抗溶接して取
り付けている。

本発明の方法では、溶接によって溶融する面積が小さく
なるので、溶接部の陥没がほとんどなくなるために、平
坦性の保持がより容易となる。

本発明の方法で使用する、既設の電極と新しい電極との
中間に設ける網状体は、大きな溶接用の電極から供給さ
れる電流を小さな面積に集中させる働きをするものであ
り、それによって溶接部分の面積を小さくすることが可
能となる。

また、中間に設ける網状体の材質は電極基体と同じであ
ることが望ましく、また電極触媒物質の被覆を施してい
ない方が望ましいことはいうまでもないが、電極触媒の
被覆を形成して、この中間に設ける網状体も電極として
働くようにし、電極面１を実質的に拡大して、電解電圧
を低下させると共に、電極の寿命を長寿命化することも
可能である。

電極の再活性化は、通常は既設の電極の性能が少し低下
した時点で行っているので、再活性化の時点では、電極
としての作用は有している。したがって、既設の電極上
に溶接した新たな電極と共に、既設の電極も利用するこ
とが有効であり、新たに取り付ける網状体と既設の電極
面とができるだけ同一の面上近くにあることが望ましい
ので、そのためにも中間に設ける網状体の厚さは、薄い
方が好ましく、１ｍｍ以下の厚さが望ましい。とくに０
．２〜０．５　ｍｍ程度が好ましい。０．２ｍｍ以下の
厚みのものを使用することも可能であるが、板厚が薄い
と網状体を構成するメツシュの目開きの大きな網状体の
製造が困難となるとともに、溶接時の電流集中用として
の役割を果たさなくなる。

また、第３図には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４図には第３図のエキス
パンデッドメタルをＡ−Ａ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２５で規定される。本発明の方法に使用する中間
に設ける網状体としてロール掛けをして表面を平滑化あ
るいは半ロール掛けをして、厚み２５を板厚２４と同等
としたエキスパンデッドメタルを使用する際には、上記
の長径および短径は、目的とする電解槽での電極の溶接
間隔を考慮して決定するとよいが、電解時の発生ガスの
ガス抜けを妨げないように、できるだけ大きい方が望ま
しく、長径は１０ｍｍないし３０ｍｍ、短径は５　ｍ　
ｍないし１５ｍｍ程度のものを使用する。

また、−刻み巾は溶接面積を小さくするためにはある程
度の大きさが必要であり、０．３ｍｍないし１．２　ｍ
ｍ程度が好ましく、０．３ｍｍ以下では溶接が不十分と
なる可能性がある。

新たに取り付ける電極は、既設の電極と同等の表面積を
有することが必要であり、しかも既設の電極と同一の面
上に近づけるためには薄いものであることが必要である
。そして中間に設ける網状体と同様、ロール掛けを行い
平滑化又は半平滑化したエキスパンデッドメタルを使用
することができるが、パンチトメタルや金属線を編んだ
網状体であるウーブンメツシュを基体としたものでも良
い。

エキスパンデッドメタルのメツシュは、ガス抜けが充分
に行なわれる限り、長径および短径は細いものがよくス
トランドも同様である。このようにすることによって電
極の表面積が増加するので。

電解電圧の低下の効果も期待することができる。

また、板厚は、電解時の運転電流密度によって異なるが
、　０．２　ｍｍから１ｍｍの厚さが望ましい。

板厚を厚くすれば、溶接間隔を大きくすることができる
効果が得られる反面、既設の電極面と新設面とが離れて
しまい既設の電極を有効に使用できなくなり、また材料
面での負担が大きく、重量も大きくなるという欠点を有
するので、この範囲内とするのが好ましい。

以上の説明では、本発明は陽極について説明したが、陰
極についても同様に適用することが可能である。

［作用コ 本発明は、不溶性金属電極の表面に網状の電極を取り付
けて電解用電極を再活性化する方法において、新たに取
り付ける網状電極の網目よりも大きな薄い網状体を介し
て既設の電極に溶接するものであるので、溶接によって
溶解して電極としての作用を失う部分の面積を減少させ
るものである。

以下に本発明の実施例を示し、本発明を更に説明する。

［実施例］ 実施例１ 縦１．２ｍ、横２．４ｍの電解面積を有する単極式フィ
ルタープレス型電解槽の電極面の再活性処理を行った。

既設の陽極は、板厚１．２ｍｍ、長径６ｍｍ、短径３．
５ｍｍのロール掛けしたエキスパンデッドメタルである
。長径４ｍｍ、短径２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの電極
触媒の活性被覆を施した平滑なエキスパンデッドメタル
を、この電極上に新たに設ける不溶性金属電極とした。

　　また、中間−に設ける網状体として、長径２０ｍｍ
、短径１０ｍｍ、刻み巾０．５ｍｍ、厚さ０　、３　ｍ
　ｍのチタンのエキスパンデッドメタルを使用し、縦２
ｍｍ、横１０ｍｍの電極にて、通電電流値２００ＯＡ、
通電時間１７１０秒、加圧力５０Ｋｇ重で、　２０ｍｍ
間隔で抵抗溶接を行なった。

その結果　溶接による電極面の損傷部分は、約２％であ
り、中間に網状体を設けないで溶接を行った場合に生じ
る約１０％の損傷に比較して１１５であり、接合部は機
械的及び電気的に充分満足すべきものであり、溶接部に
生じる四部の深さも小さいものであった ［発明の効果コ 本発明は電極の活性が低下した不溶性金属電極を再活性
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、既設の電極と新しい電極との間に網
状体を設けて新しい電極を溶接することにより、溶接に
よって溶解等の損傷を受ける電極面積を減少することが
でき、また溶接部分の凹部の深さも小さくすることがで
きるので、また電解電圧を再活性の前に比べて同等もし
くは低く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の不溶性金属電極の再活性化方法
を示す分解斜視図であり、第２図に、複極式のフィルタ
ープレス型のイオン交換膜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４図には第３図のエキスパンデッドメタルをＡ−Ａ
線で切断した断面図を示す。 単位電解槽・・・１、電解槽の枠体・・・２、隔壁・・
・３、陽極リブ・・・４．陽極・・・５、陰極リプ・・
・６、陰極・・・７、既設の陽極・・・９、網状体・・
・１０、新しい陽極・・・１１、溶接電極・・・１２、
短径・・・２１、長径・・・２２、刻み巾・・・２３、
板厚・・・２４、厚み・・・２５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 (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）不溶性金属電極の表面に網状の電極を取り付けて
   電解用電極を再活性化する方法において、新たに取り付
   ける網状電極を、網状電極の目開きよりも大きな目開き
   の薄い網状体を介して既設の電極に溶接することを特徴
   とする不溶性金属電極の再活性化方法。
2. （２）不溶性金属電極が電解槽の構造体に溶接されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の不溶性金属電極の
   再活性化方法。
3. （３）新たに取り付ける網状電極の目開きが、既設の不
   溶性金属電極の目開きより小さいことを特徴とする請求
   項１に記載の不溶性金属電極の再活性化方法。
4. （４）既設の電極と新たに取り付ける網状電極との間に
   設ける網状体が不溶性金属電極であることを特徴とする
   請求項１に記載の不溶性金属電極の再活性化方法。
5. （５）既設の電極と新たに取り付ける電極との間に設け
   る網状体が厚さ１ｍｍより薄いことを特徴とする請求項
   １に記載の不溶性金属電極の再活性化方法。
6. （６）既設の電極と新たに取り付ける電極との間に設け
   る網状体の目開きが既設の電極および新たに取り付ける
   電極の目開きのいずれよりも大きいことを特徴とする請
   求項１に記載の不溶性金属電極の再活性化方法。