JPH06220677A - 電解槽陽極室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構造で、電解時における陽極室内のアル
カリ金属塩水溶液の濃度分布が充分に均一化でき、安定
して電解を実施することができる電解槽陽極室の開発。 【構成】室枠の一方の開口面が隔壁で遮蔽され、他方の
開口面に陽極が設けられた電解槽陽極室において、陽極
が設けられた開口面からみて、該陽極室の下端部にアル
カリ金属塩水溶液の供給口が設けられ、該供給口から遠
い上端部に電解されたアルカリ金属塩水溶液の排出口が
夫々設けられており、且つ陽極室内の通電部の上部に該
通電部を水平方向に連通する気液分離樋が陽極との間に
間隙、好適には０．５〜１．５ｃｍの間隙を有して設け
られ、末端が該アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍、好
適には該供給口から１５ｃｍ以内に開口する陽極液の下
降管が該気液分離樋に接続されてなることを特徴とする
電解槽陽極室。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ金属塩水溶液
の電解に使用される電解槽陽極室に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解槽は、室枠の一方の開口面が隔壁で
遮蔽され、他方の開口面に電極が設けられた構造にある
陽極室と陰極室とを、陽イオン交換膜等の隔膜を介して
夫々上記電極が設けられた開口面で相対させた基本構造
からなる。そして、かかる構造の電解槽の陽極室におい
て、電解に供するアルカリ金属塩水溶液は、通常、陽極
が設けられた開口面からみて、該陽極室の下端部に設け
られた供給口より給与される。一方、電解されたアルカ
リ金属塩水溶液は、同じく陽極が設けられた開口面から
みて、該供給口から遠い上端部、例えば、陽極室枠が長
方形で、上記アルカリ金属塩水溶液の供給口が陽極室の
下側端部に設けられている場合であれば、該陽極室の下
側端部の対角である上側端部に設けられた排出口（以
下、単に陽極液の排出口とする場合もある）から取り出
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】陽極室がこうした構造
にある電解槽を用いて電解を実施する場合において、陽
極室内のアルカリ金属塩水溶液の濃度分布は、該アルカ
リ金属塩水溶液が陽極室内に供給された直後の、上記ア
ルカリ金属塩水溶液の供給口近傍で最も高濃度となり、
電解処理をより受けた上記陽極液の排出口近傍で最も低
濃度となる。その場合、このアルカリ金属塩水溶液の供
給口近傍に位置するアルカリ金属塩水溶液の高濃度域で
は、安定した電解が行えない問題があった。即ち、例え
ば電解槽の隔膜として陽イオン交換膜を用いる場合、該
陽イオン交換膜の性能や寿命は陽極液中のアルカリ金属
塩の濃度に大きく影響されるため、かかるアルカリ金属
塩水溶液の高濃度域では、電解中に電流効率等が悪化し
充分な電解が行えなくなる。

【０００４】こうしたことから、陽極室内のアルカリ金
属塩水溶液の濃度分布を均一とするため、例えば特開昭
５９−９１８５号公報には、一方の末端開口部を陽極液
の排出口近傍に有し、他方の末端開口部をアルカリ金属
塩水溶液の供給口近傍に有するダクトを陽極室に設け、
該ダクトにより上記陽極液の排出口近傍の陽極液をアル
カリ金属塩水溶液の供給口近傍に循環することが提案さ
れている。しかしながら、かかる構造の陽極室では、前
記陽極液の排出口近傍の陽極液は、電解されて多量の塩
素ガスを含んでいるため上記ダクトの開口部に流入し難
く、そのため上記陽極液の排出口近傍とアルカリ金属水
溶液の供給口近傍との間で、充分な量の液の循環が行わ
れなかった。

【０００５】一方、特開昭５６−３６８８号公報には、
陽極室の上方に該陽極室に接続された気液分離槽を別に
設け、陽極室上部の陽極液を該気液分離槽に導入し、気
液分離された陽極液をこの気液分離槽と直結して吊設さ
れる下降流通管により降下させ、陽極室内の下部に開口
する該下降流通管の末端出口部から流出させることが示
されている。しかしながら、かかる陽極室は、上記の通
り陽極室とは別に気液分離槽が設けられた複雑な構造に
あり、製作が容易ではない上、装置が大型化する問題が
ある。また、この場合、該下降流通管は、陽極液を上下
方向で循環するために設けられており、そのため、上記
気液分離槽と直結して吊設される下降流通管の末端出口
部を、アルカリ金属塩の供給口近傍に設けることは示さ
れていない。陽極室におけるアルカリ金属塩水溶液の濃
度分布の不均一さは、単なる上下方向での濃度の偏りだ
けでなく、水平方向での濃度の偏りが大きいから、かか
る陽極室でも、陽極室内のアルカリ金属塩水溶液の濃度
分布の均一化は充分ではなかった。

【０００６】以上の背景から、簡単な構造で、電解時に
おける陽極室内のアルカリ金属塩水溶液の濃度分布が充
分に均一化でき、安定して電解を実施することができる
電解槽陽極室の開発が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題に鑑み本発明者
らは、鋭意研究を続けてきた。その結果、陽極室の通電
部の上部に該通電部を水平方向に連通する気液分離樋を
設け、且つ末端が該アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍
に開口する陽極液の下降管を該気液分離樋に接続するこ
とにより、上記問題が解決できることを見いだし本発明
を提案するに至った。

【０００８】即ち、本発明は、室枠の一方の開口面が隔
壁で遮蔽され、他方の開口面に陽極が設けられた電解槽
陽極室において、陽極が設けられた開口面からみて、該
陽極室の下端部にアルカリ金属塩水溶液の供給口が設け
られ、該供給口から遠い上端部に電解されたアルカリ金
属塩水溶液の排出口が夫々設けられており、且つ陽極室
内の通電部の上部に該通電部を水平方向に連通する気液
分離樋が陽極との間に間隙を有して設けられ、末端が該
アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍に開口する陽極液の
下降管が該気液分離樋に接続されてなることを特徴とす
る電解槽陽極室である。

【０００９】以下、本発明の電解槽陽極室を、その代表
的態様を示す図１および図２に基づいて詳細に説明す
る。

【００１０】即ち、図１は、本発明の電解槽陽極室を、
陽極が設けられた室枠の開口面からみた正面図である。
また、図２は、図１の陽極室のａ−ａ’線における断面
図である。図１および図２において、１は室枠であり、
該室枠の一方の開口面は隔壁２で遮蔽され、他方の開口
面には陽極３が設けられている。また、陽極３の背後に
は電導リブ４が設けられている。こうした陽極室は、電
解槽中では、陽極３が設けられる開口面で陽イオン交換
膜を介して陰極室と隣接し、１ユニットの電解槽が形成
される。

【００１１】こうした陽極室において、本発明では、ま
ず、陽極が設けられた開口面からみて、該陽極室の下端
部にアルカリ金属塩水溶液の供給口５を設け、さらに、
該供給口から遠い上端部に電解されたアルカリ金属塩水
溶液の排出口（陽極液の排出口）６を夫々設ける。ここ
で、上記陽極室の下端部は、特に制限されないが、通
常、陽極室の下側端部であるのが好ましい。なお、この
場合、該下側端部には、陽極室底面の側端近傍だけでな
く、陽極室側面の下端近傍も含まれる。

【００１２】一方、アルカリ金属塩水溶液の供給口から
遠い上端部は、該供給口が形成されている位置より水平
方向に一定距離離れている陽極室の上面であれば、特に
制限されるものではない。具体的には、図１の如く室枠
が長方形で、アルカリ金属塩水溶液の供給口が陽極室の
下側端部に設けられている場合であれば、この上端部
は、該陽極室の下側端部の対角である上側端部とするの
が好ましい。なお、この場合、該上側端部には、前記陽
極室の下側端部と同様に、陽極室上面の側端近傍だけで
なく、陽極室側面の上端近傍も含まれる。

【００１３】本発明の最大の特徴は、こうした構造の陽
極室において、陽極室の通電部７の上部に、該通電部を
水平方向に連通する気液分離樋８を、該樋が陽極３との
間に間隙１０を有すように設け、且つ末端が該アルカリ
金属塩水溶液の供給口５近傍に開口する陽極液の下降管
９を該気液分離樋に接続させた点にある。ここで、ま
ず、上記気液分離樋８は、上面に陽極液が流入するため
の開口部を有し、内部に該流入した陽極液を気液分離す
るに充分な容量および深さの凹部を有する樋状物である
限り特に制限されない。一般的には、該樋状物の流路方
向に対し垂直方向の断面が、Ｕ字状、或いはＶ字状をし
ているものが好ましい。また、この樋状物の上記流路方
向に垂直方向の断面積および深さは、該樋状物を設ける
陽極室の厚さにも制限されるが、通常は、断面積が１５
〜４０ｃｍ²好ましくは２０〜３０ｃｍ²、深さが４．５
〜１５ｃｍ好ましくは８．０〜１２ｃｍとするのが良
い。

【００１４】本発明では、こうした樋状物を気液分離樋
８として、陽極室の通電部６上部に、樋の流路が、該通
電部上部を水平方向に連通するように設ける。ここで、
上記陽極室の通電部の上部とは、樋の上端開口面が該陽
極室通電部の高さの０．０５〜５％好ましくは１〜１．
５％となる位置が良い。また、上記通電部上部を水平方
向に連通する樋は、必ずしも該通電部の水平方向の長さ
の全長に渡って設ける必要はないが、少なくとも前記ア
ルカリ金属塩水溶液の濃度が最も低濃度となる陽極液の
排出口近傍には設けるのが好ましい。なお、陽極室内に
おいて、電解処理をうけながら該室内を上昇する陽極液
の流路を保つために、気液分離樋８は、陽極３との間に
間隙１０が形成されるように設けることが必要である。
この場合、該間隙は、０．５〜１．５ｃｍ好ましくは
０．８〜１．２ｃｍとするのが良い。

【００１５】前記した通りこの気液分離樋８には、末端
が該アルカリ金属塩水溶液の供給口５近傍に開口する陽
極液の下降管９が接続されている。ここで、この下降管
の形状は、特に制限されるものではなく、丸型、角型等
のどのようなものであっても良い。また、管の断面積
は、特に制限されるものではないが、通常、１５〜４０
ｃｍ³好ましくは２０〜３０ｃｍ³とするのが良い。な
お、下降管の気液分離樋への接続位置は、特に制限され
るものではないが、一般的には、該接続位置と陽極室に
おけるアルカリ金属塩水溶液の供給口との距離が最も短
くなる位置にするのが好ましい。通常は、気液分離樋の
該アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍の真上に当たる位
置からこの下降管を垂下させるのが好ましい。そして、
該下降管の末端開口部１１は、アルカリ金属塩水溶液の
供給口５の１５ｃｍ好ましくは１０ｃｍ以内の位置に設
けるのが好ましい。

【００１６】本発明において、気液分離樋或いは陽極液
の下降管の材質は、特に制限されるものではないが、塩
素、アルカリ金属塩水溶液に耐食性を有すチタン、チタ
ン合金等を用いるのが好ましい。

【００１７】本発明の電解槽陽極室では、以上のような
構造の気液分離樋８を設けることにより、電解処理をう
けて塩素ガスとの混合物となって陽極室内を上昇した陽
極液は、該気液分離樋に流入しそこで気液分離される。
そして、まず、気液分離された塩素ガスおよび陽極液の
一部は、陽極室の上端部に位置する陽極液の排出口６か
ら排出する。一方、この気液分離により脱ガスされ、気
液分離樋の凹部に溜まった陽極液は、該樋の凹部流路を
流れ、順次陽極液の下降管９に流入する。そうして、こ
の下降管に流入した陽極液は、該下降管内外の陽極液の
密度差により下降管内を下降し、アルカリ金属塩水溶液
の供給口５近傍に開口する末端開口部１１より流出す
る。その結果、かかるアルカリ金属塩水溶液の供給口５
近傍の陽極液は、電解処理をうけアルカリ金属塩濃度が
低くなった陽極室上端部の陽極液と混合され、その濃度
が低下する。特に、本発明の場合、上記気液分離樋８
は、陽極室を水平方向に連通して幅広く設けられるた
め、こうした陽極室上端部からの陽極液の混合は、上下
方向および水平方向の両方向で効率よく行われる。

【００１８】なお、本発明において、陽極液の下降管
は、必要に応じて、上記アルカリ金属塩水溶液の供給口
近傍に末端開口部を有すものだけでなく、陽極室下部の
任意の位置に末端開口部を有す他の下降管を設けても良
い。例えば、アルカリ金属塩水溶液の供給口が陽極室の
下側端部に設けられている場合、陽極液の下降管は、図
３に示すとおり、該供給口が設けられている側とは反対
の側の下側端部近傍に末端開口部を有すものも設けるの
が好ましい。この場合、陽極室内のアルカリ金属塩水溶
液の濃度分布はより均一となり好適に電解を実施するこ
とが可能になる。

【００１９】本発明の電解槽陽極室は、前記室枠の一方
の開口面が隔壁で遮蔽され、他方の開口面に陽極が設け
られた構造の陽極室において、何等制限されることなく
採用される。好適には、フィルタープレス型の電解槽の
陽極室として用いるのが好ましい。また、かかる陽極室
と陰極室の間に介在させる隔膜としては、特に制限され
るものではなく、アスベスト膜等であっても良いが、通
常は、陽イオン交換膜を用いるのが好ましい。この場
合、陽イオン交換膜の性能や寿命は陽極液中のアルカリ
金属塩の濃度に大きく影響されるため、本発明のアルカ
リ金属塩水溶液の濃度分布の均一化による効果が最もよ
く得られる。陽イオン交換膜としては、特に制限されな
いが、パーフルオロカーボン系のものが好適に用いられ
る。

【００２０】本発明において、電解に供されるアルカリ
金属塩水溶液は、特に制限されるものではない。好適に
は、塩化ナトリウム或いは塩化カリウムが好ましい。

【００２１】

【発明の効果】本発明の電解槽陽極室は、簡単な構造
で、電解時における陽極室内のアルカリ金属塩水溶液の
濃度分布を上下方向および水平方向に均一化させ、安定
した状態で電解を行うことができる。特に、その性能や
寿命が陽極液中のアルカリ金属塩の濃度に大きく影響さ
れる陽イオン交換膜を隔膜とする電解槽の場合、本発明
の陽極室を採用することにより、長時間電流効率等を低
下させることなく効率的に電解を実施することができ、
極めて有用である。

【００２２】

【実施例】以下、実施例および比較例を揚げて本発明を
説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるも
のではない。

【００２３】実施例１ 陽極室が図１および図２に示す構造にある電解槽を用い
て、塩化ナトリウム水溶液の電解を行った。通電部とな
る室枠の中空部は、縦１１６ｃｍ、横２３８ｃｍの大き
さで、陽極と隔壁の間に形成される陽極室の厚みは、
４．４ｃｍであった。また、この陽極室と陰極室の間に
介在される隔膜としては、パーフルオロカーボン系の陽
イオン交換膜であるナフィオンＮ−９５４（商品名 デ
ュポン社製）を用いた。

【００２４】気液分離樋としては、チタン製で、断面積
が２２ｃｍ²で、深さが９ｃｍのものを用いた。また、
この気液分離樋は、室枠の中空部の上面から１．５ｃｍ
の部分に樋の上端開口部が位置し、且つ陽極との間に
１．０ｃｍの間隙が形成されるように設けた。一方、か
かる気液分離樋に接続させる陽極液の下降管としては、
チタン製で、断面積が２４ｃｍ²のものを使用した。こ
の陽極液の下降管の末端開口部は、アルカリ金属塩水溶
液の供給口から水平方向に２ｃｍ離れた場所に設けた。

【００２５】上記構造の陽極室に供給する塩化ナトリウ
ムの濃度は、２５０ｇ／リットルとし、３５０リットル
／時間の量で供給した。なお、陰極室より排出される水
酸化ナトリウム溶液の濃度は、３２％となるようにし
た。電解温度８５℃、電流密度４０Ａ／ｄｍ²、陽極室
内圧０．０６ｋｇ／ｃｍ²Ｇで、３００日間電解を実施
した。この電解における電流効率は、９６．０％であっ
た。また、アルカリ金属塩水溶液の供給口から水平方向
に２０ｃｍ離れた位置と陽極液の排出口から下に２０ｃ
ｍ離れた位置の陽極液を採取し、その塩化ナトリウムの
濃度差をもとめたところ、２２ｇ／ｌであった。さら
に、電解後のイオン交換膜を取り出して、アルカリ金属
塩水溶液の供給口近傍にあたる位置を切断して断面を走
査型電子顕微鏡で観察したところ、異常は認められなか
った。

【００２６】比較例１ 実施例１において、陽極室に気液分離樋およびそれに接
続する陽極液の下降管を設けない以外は、実施例１と同
様にして３００日間電解を実施した。電流効率は、９
３．１％であった。また、アルカリ金属塩水溶液の供給
口近傍と陽極液排出口近傍の陽極液の濃度差は、５１ｇ
／ｌであった。さらに、実施例１と同様に電解後のイオ
ン交換膜について、アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍
にあたる位置の切断面を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、膜内部に空隙が生じていた。

【００２７】実施例２ 実施例１において、陽極室として、図３に示すとおり陽
極液の下降管をアルカリ金属塩の供給口が設けられてい
るのとは反対の陽極室側部にも設けた構造のものを採用
したこと以外は、実施例１と同様にして３００日間電解
を実施した。電流効率は、９６．６％であった。また、
アルカリ金属塩水溶液の供給口近傍と電解されたアルカ
リ金属塩水溶液の排出口近傍の陽極液の濃度差は、１５
ｇ／ｌであった。さらに、実施例１と同様に電解後のイ
オン交換膜について、アルカリ金属塩水溶液の供給口近
傍にあたる位置の切断面を走査型電子顕微鏡で観察した
ところ、異常は認められなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的態様にある電解槽陽極室を、室
枠の中空面からみた正面図である。

【図２】図１のａ−ａ’線における断面図である。

【図３】本発明の別の態様にある電解槽陽極室を、室枠
の中空面からみた正面図である。

【符号の説明】

１ 室枠 ２ 隔壁 ３ 陽極 ４ 電導リブ ５ アルカリ金属塩水溶液の供給口 ６ 電解されたアルカリ金属塩水溶液の排出口 ７ 通電部 ８ 気液分離樋 ９ 陽極液の下降管 １０ 気液分離樋と陽極との間の間隙 １１ 陽極液の下降管の末端開口部 １２ 陰極室 １３ 陰極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室枠の一方の開口面が隔壁で遮蔽され、他
   方の開口面に陽極が設けられた電解槽陽極室において、
   陽極が設けられた開口面からみて、該陽極室の下端部に
   アルカリ金属塩水溶液の供給口が設けられ、該供給口か
   ら遠い上端部に電解されたアルカリ金属塩水溶液の排出
   口が夫々設けられており、且つ陽極室内の通電部の上部
   に該通電部を水平方向に連通する気液分離樋が陽極との
   間に間隙を有して設けられ、末端が該アルカリ金属塩水
   溶液の供給口近傍に開口する陽極液の下降管が該気液分
   離樋に接続されてなることを特徴とする電解槽陽極室。