JPS5867882A - 電極 - 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】 プラインの電解による塩素と力性ソーダの電解製造は、
多年にわたってよく知られている。歴史的には、有孔鋼
の陰極上へ蒸着された、液圧透過性アスはストダイヤフ
ラムを用いるダイヤフラム膜は広く商業化されてきてい
る。このような透過性ダイヤフラムを用いるダイヤフラ
ム槽は、塩化ナトリウムがダイヤフラムを通して陽極液
から陰極液へ行くという事実のため、塩化す）　ＩＪウ
ムを含有する水酸化ナトリウム陰極液を製造する。この
よりなＮａＣ４含有力性ソーダは、一般に、工業用の低
塩力性ソーダを得るために脱塩を必要とする。

塩素の製造に有用な他の型の槽は、ナトリウム除去のた
めに水銀アマルガムを用いる水銀槽である。このアマル
ガムは他の反応器部位へ移送され、ここでナトリウムは
水と反応してアルカリ（水酸化ナトリウム）を形成する
。本発明の電極は、例えば、先行技術のダイヤモンド形
状の電極よりも、均一な電流分布で、ショートを起こさ
ないで、より密接した電極間隔な可能とするので、水銀
槽において有用である。

より最近、クロルアルカリニ業は、品質を改良しかつ高
価な脱塩を回避するために、低塩または塩不含の力性ア
ルカリを製造する膜の開発に、注意が非常に向けられて
きた。その目的に、実質的に液圧不透過性であるが、水
利ナトリウムイオンを陽極液部分から陰極液部分へ移送
することを許し、同時に塩素イオンの移送を実質的に防
止する、膜が開発されてきた。このような槽は、ブライ
ン溶液を陽極液部分中に流し、そして塩不含水を陰極液
部へ供給して力性媒質として作用させることによって、
運転される。膜種またはダイヤフラム槽の何れを用いる
かに拘わらず、水素は陰極から発生し、そして塩素は陽
極から発生する。

最近、クロルアルカリの製造のための電解解離を実施す
るために要する電力のコストは、きわめて上昇した。電
力コストの急速な増加は、クロルアルカリ電解槽を運転
するために要する電気エネルギーの量を低下し、これに
よって製造した塩素および力性ソーダのコストを減少す
る方法を発見する種々な努力に拍車をかけた。

電解槽の運転に要する電力を減少するための種々のアプ
ローチには、寸法安定性陽極の開発がある。これらの陽
極は、通常、バルブ（Ｖａｌｖｅ　）金属支持体、例え
ば、チタン、から作られ、種々の貴金属または準貴金属
またはそれらの酸化物、例えば、酸化白金、コバルトス
ピネルなどの保護被膜を有する。陽極、陰極および分離
膜の間の間隔すなわち距離を減少することを目的とする
他の努力がなされてきた。

クロルアルカリ槽の電気的効率、例えば、寸法安定性陽
極、を改良し、電解槽の間隔を狭くする努力および他の
努力は、電解効率および利用を大きく改良した。

本発明は、特定の幾何学的形状を有する、電極すなわち
、陽極または陰極、あるいは陽極および陰極の両者を使
用することにより、クロルアルカリ槽における電圧は増
大した利用電力の節約を可能とする。クロルアルカリ槽
中に存在する電解解離反応を実施するために要する電力
は、電極の幾何学的形状をコントロールすることによっ
て改良できるということは、最も驚ろくべきことである
。

本発明以前において、エキスパンデッド８メタル型の陽
極を利用することが普通に実施されてきた。

６エキスパンデツトメタル”とは、このような陽極は、
金属板を切断またはスタンピングし、次いで切断または
押抜きを行った角度に対して垂直または平行に金属板を
引張ることによって、種々のケージまたは厚さを有する
金属から製造される。

こうして、種々の形状、例えば、上から見たとき（平面
図）ダイヤモンドの六角形などを有し、かつ断面の配向
に依存して、特徴ある断面（側面）の形状を有する、平
らにされないエキスパンデッドメタルの電極および平ら
にされたエキスパンデッドメタルの電極が製造されてき
た。エキスパンデッドメタル型手順により作られた電極
は他のものまりも平らであり、そして平らにされない電
極を含む、あるものはがなり鋭いヘリを有し、そのため
比較的繊細な液圧不透過性膜と密に接触したとき、欠点
を有することがある。現在使用する膜はポリマーの変種
であり、例えば、現在広く用いられている膜は”Ｎａｆ
ｉｏｎ■”として技術的に知られているデュポン社で開
発されているものである。

この材料は、例えば、米国特許第３．’２８２，８７５
号明細書に開示されているような、テトラフルオロエチ
レンとスルホン化ハルフルオロビニルエーテルとのコポ
リマーの加水分解物である。平らにされないエキス、ｏ
ンデットゞメタルの電極の例証は、米国特許第４．１４
２．９５０号明細書（Ｃｒθａｍｅｒ　ｅｔａｌ）中の
第１〜３図に示された陰極１ｏであり、また文献、Ｇａ
ｓ　Ｄｉｖｅｒｔｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ　ｉｎ
　ｔｈｅＣｈｌ、ｏｒ−Ａ］−ｋａｌｉ　Ｍｅｍｂｒａ
ｎｅ　Ｃｅ１１”、　Ｊａｃｏｂ　Ｊｏｒｎｅ１９８０
中の第１図および第２図に示されている。

同様な電極は、米国特許第４．１０５．５１４号（Ｊｕ
ｓｔｉｃｅｅｔａｌ）の第４図、第５図および第６図に
平面図およびそれぞれの端面図で示された平らでない電
極であり、そしてよろい張りしたメツシュ陰極として記
載されている。ｄのような平らでない陰極は、この明細
書に添付した第４〜６図に示されている先行技術のエキ
ス・ξンデッドメタルの電極の典型である。

本発明の目的は一体の三次元電極である新規な電極を使
用することにより、クロルアルカリ槽の運転において経
済性を達成し、同時に膜の損傷を回避することであり、
前記電極は実質的に平らな部分と彎曲したリボン様部分
を有し、前記彎曲部分は対称でありかつ前記平らな部分
より上および下において列で交互し、そして前記電極は
、１つの断面（端面）において、前記平らな部分によっ
て中断された一系列の回転楕円体の外観を有し、そして
前記１つの断面から実質的に９０°の、他の断面（端面
）にお（・て、正方形の波のパターンを有する。塩素お
よび力性ソーダの電気化学的製造において、特に模型ク
ロルアルカリ槽において、本発明の電極を使用すること
により、５チまたは更にはそれより多い電力を節約する
ことができる。

クロルアルカリニ業は極めて大量の電力を消費すること
を考慮すると、１〜５％またはそれ以上の電力の節約は
、塩素および力性ソーダの製造における顕著な経済性を
構成する。

本発明は、電極の使用に関し、前記電極の形状は、電流
を水性ブライン溶液中に流すことにより塩素と力性ソー
ダを電気化学的に製造する模型クロルアルカリ槽におい
て使用するとき、低い摺電圧を生ずる。本発明において
使用する、金属板をスタンピングまたは押抜きして、実
質的に平らな部分と彎曲した部分とを有する一体の三次
元の電極を形成することによって製造され、前記彎曲し
た部分は対称であり、そしてそれぞれ前記平らな部分よ
り上と下の列が交互する。前記電極は、１つの断面にお
いて、平らな部分によって中断された一系列の回転楕円
面（扁球面）の外観を表わし、そして他の断面（第１断
面から実質的に９０°）において、正方形の波のパター
ンの外観を表わす、幾何学的形状を有する。換言すると
、１つの側面（断面）から、本発明の一体電極は電極板
の実質的に平らな部分によって中断された一系列のフッ
トボール形（回転楕円形）のリボンの外観を与える。回
転楕円体のほぼ半分は電極板の平らな部分より上に存在
し、そしてそのほぼ半分は電極板の平らな部分より下に
存在する。本発明の電極を第１断面から９０°回転する
と、回転楕円型リボンの上の半分と下の半分を構成する
彎曲した部分は正方形の波のパターンのそれぞれ上の部
分と下の部分を構成する。本発明の電極の形状は、それ
ぞれ平面図１，４および７、断面図２．５および８、そ
して断面図３．６および９を比較することにより、平ら
でないエキス・ξンデッドメタルの先行技術および平ら
なエキスパンデッド８メタルの先行技術の形状と容易に
区別できる。

第１〜６図と第４〜６図を比較すると容易にわかるよう
に、本発明の三次元電極（第１〜６図）は、平らでない
先行技術（第４〜６図）および平らな先行技術（第７〜
９図）の両者と異なる形状寸法を有し、しかもすべての
６種類の型は一体でアリ、そしてエキスパンデッドメタ
ルから製造することができる。

第１〜６図は、上の彎曲したリボン様部分１１と下の彎
曲したリボン様部分１２とを有し、両者の部分は列で交
互し、それらの列の間に実質的に共面の、実質的に平ら
な部分１６が位置する、一体の電極を示す。上の部分１
１と下の部分１２は、彎曲していることに加えて、それ
らのそれぞれ上の表面と下の表面が滑らかである。第２
図が示すように、電極１０の彎曲した部分１１は、中間
の共面の平らな部分１６により、彎曲した部分１２と分
離されている。第２図は、共面の平らな部分１３によっ
て接続された部分１１および１２より形成された一系列
の回転楕円体の外観を示す。しかし、第６図は、平らな
部分１３より上と下の交互する序列の正方形の波の・ξ
ターンの外観を表わす。

それと対照的に、第４〜６図の平らでない先行技術の電
極が存在する。この電極は、１つの断面においてより張
りしたブラインドまたはベネチアンブラインドの外観（
第６図）を有し、そしてそれから９０°の他の断面にお
いて交差するサイン波パターン（第５図）を有即る。第
６図と第６図を比較することにより、電極１０の上の部
分１１および下の部分１２０表面は平滑であり、そして
平らでない先行技術の電極１４の対応する部分に対して
おだやかに彎曲しており、前記対応する部分はＶ”形で
あり、そして比較的鋭い上の部分１５および下の部分１
６を有する。

第７〜９図の平らな先行技術の電極は、本発明の電極と
異なる、なお他の幾何学的形状を有する。

第８図および第９図かられかるように、この平らな先行
技術の電極１７はまた鋭いへり１８であるが正方形（９
０°）の変形を有する。

本発明の電極の平滑な上の部分１１と下の部分は、それ
らと組合わせて使用する膜の引裂きまたは破壊に関する
困難が少ないように思われる。これは先行技術の平らで
ないヱキスパンデットリタルの形状、例えば、かなり鋭
い上表面と下表面を有することが観察される第６図に示
す形状と対照的である。これらの表面は尖っておりかつ
■”形である。

驚ろくべきことには、本発明の電極は、模型クロルアル
カリ槽中に使用すると、この型の先行技術の電極を代表
する第４〜６図に示す電極の幾何学的形状と比較して、
また第７〜９図に示すクロルアルカリ槽において現在使
用されている平らなエキスパンデッドメタルの電極と比
較して、効果的な電解槽の実施における電気エネルギー
の要求量を低下する。模型クロルアルカリ電解槽におい
て本発明に従って使用する一体の三次元電極は、このよ
うな槽において陽極または陰極として使用することがで
き、あるいは同一クロルアルカリ槽において陽極および
陰極の両者として使用することができる。前記電極が陽
極または陰極の何れかであるかどうかの区別は、それを
作る材料である。

例えば、本発明に従って陽極の役目をする電極は、任意
の導電性バルブ金属支持体、例えば、チタンから作るこ
とができ、前記支持体は白金族金属または金属酸化物、
例えば、白金、ルテニウム、イリジウムまたは同等物の
被膜を有する。他方において、ここに記載する幾何学的
形状を有する一体の三次元電極を陰極とし１て使用する
とき、それは典型的には耐食性の導電性材料、例えば、
炭素鋼（軟鋼）、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケルメ
ッキ銅、触媒含有陰極、例、ラネーニッケル被覆鋼など
から形成できる。

本発明の電極は、現在、ＥＰＣＯ（ＥＲＤＬＥ　Ｐｅｒ
ｆｏｒａ−ｔｉｎｇＣｏ、、　Ｉｎｃ、　）により商品
名”　ＲＥＧＥＮＴ”で構成用パネルとして販売されて
いる。このようなパネルが脱型クロルアルカリ槽におけ
る電極に高度に望ましい幾何学的形状を構成するという
ことは、非常に驚ろくべきことである。

ここに説明しかつ記載した幾何学的形状を有する電極を
使用する、模型槽により塩素および力性ソーダを形成す
る電解法は、膜を通してかつ電極上に、より均一な電流
分布を提供することにより、種運転電圧を明らかに低下
する。電解反応を実施するために要する電力を減少する
という上の利点は、塩素および力性アルカリの生成を犠
牲にしないでかつ膜および前記電極からのガスの解放を
良好に維持しながら、得られた。

次の実施例により、本発明を更に詳しく説明する。これ
らの実施例において、すべての部、百分率および比は特
記しない限り重量基準である。

実施例　１゜ この実施例において、”ＮＡＦＩＯＮ’“型の２５平方
インチ（１６１σ２）を含有する実験室規模のクロルア
ルカリ試験槽中で、実験室寸法、すなわちほぼ長さ５イ
ンチ（１２，；７ｃｒｎ）　ｘ幅５インチ（１２，７ｃ
Ｔｎ）の平らでないエキスパンデッドゝメタルの電極の
比較試験を実施した。膜は厚さ７ミル（０，１７８Ｂ）
の”ＮＡＦ　Ｉ○Ｎ”であり、その外側の１．５ミル（
０，０３８ｍｍ）はエチレンジアミンで変性されており
、そして膜は１２０００当量と織製したＴｅｆｌｏｎ■
”（ポリテトラフルオロエチレン）支持体（１，５ＥＤ
Ａ／７−１２００／Ｔ−１２）を有した。各々がほぼ６
インチ（１５，２ｍ）Ｘ　６インチの陽極室および陰極
室と普通の型のガスケットを、前記膜の両側に使用した
。

水性ブライン供給液は、脱イオン水を用いて調製した。

ブラインはほぼ１〜５のｐＨ値を有し、そして合計１　
ｐｐｍより少量のカルシウムおよびマグネシウムとＣａ
およびＭｇのキレート化剤として２００〜３００■／ｌ
のリン酸を含有した。ブラインそれ自体はクロルアルカ
リ槽に対する典型的なブライン供給液であった。ブライ
ン供給液は０．５　ｍｅ／アンペア・分（３０Ｏｒ／ｚ
のＮａＣ４）テあり、そして槽は２アンイア／平方イン
チ（６，１キロアン投了／平方メートル）で運転した。

それぞれの陽極および陰極の幾何学的形状および他の関
連する観測値を下表に記載する。

表　　　１ ） エキスパンデッドメタル　エキスパンデッドゝメタル２
　　Ｒｅｇｅｎｔ”（本発明）　　％“ＳＷＤ平らでな
い　　０．１２（０，３０）エキスパンデッドゝメタル ※＝オンラインの最初の５日間の平均値。

５ＷＤ＝短かい幅直径。

実施例　２゜ この実施例において、実施例１と同じ実験室用試験槽、
２５インチ（１６１ｍ２）の膜、を使用した。

実施例１と同じ試験条件、電極間隔、ブライン供給速度
および電流密度を用いた。本発明の電極は、槽４におい
て陰極として使用した。関連するデータを、下表２に記
載する。

※温度　０力性ソーダの　８力性ソーダの　８摺電圧（
℃）　　濃度（ｙ／ｌ）　　　電流効率（％）　　（ボ
ルト）・　　　７４　　　　　ろ３０　　　　　　　９
２．４　　　　　　４．４４表　　２ ４　　イ“ＳＷＤ平らでない　　”Ｒｅｇθｎｔ”（本
発明）　　　７エキスパンデツト９メタル ※＝オンラインの最初の５日間の平均値。

本発明に従う”Ｒθｇｅｎｔ”形状を用いると、２　Ｄ
　ｏｍＶの節約が得られた。

実施例　３゜ この実施例において、実施例２と同じ、２５平方インチ
（１６１ｃｍ２）の実験大きさの試験槽および変性”Ｎ
ＡＦＩＯＮ″模を使用し、そして槽はそこに記載するの
と同じ試験条件、電極間隔、プライン供給速度および電
流密度において運転した。しかし、槽６において、陽極
および陰極の両者に本発明の電極の形状を使用した。関
連する試験結果を、表３に示す。

３２０　　　　　　９２．３　　　　　　４．４６４　
　　　　ろ１３　　　　　　９１．９　　　　　　４．
２６表　　　６ ６　　Ｒｅｇｅｎｔ”（本発明）　　　Ｒｅｐ、ｅｎｔ
”（本発明）　　６７※※※＝オ／ラインの最初の５日
間の平均値。

豪※＝オンラインの最初の４日間の平均値。

本発明の電極を槽陽極および槽陰極の両者として使用す
ると、２５０ｍＶの節約が得られた。

実施例　４゜ この実施例において、実施例１と同じ２５平方インチ（
１６１ｃｔｎ２）の実験室用試験槽および変性”ＮＡＦ
ＩＯＮ”膜を使用し、そして実施例１と同じ電流密度お
よびブライン供給速度において運転した。

しかしながら、実質的にゼロの電極間隔を使用し、そし
て本発明のＲｅｇｅｎｔ”幾何学的形状を有する”Ｆ（
ｅｇｅｎｔ”電極（第１〜３図）を陽極および陰極の両
者として使用した。゛ゼロ間隔”という表現は、陽極と
陰極の両者が膜と接触するが、それを３２０※　　　　
　９２．３※　　　　　４．４６６５７※※　　　　９
４．６※※　　　　４．２１破壊せず、はぼゼロ（０）
インチの電極と膜との間の間隔（距離）を生ずることを
意味する。試験のデータを下に記載し、そしてオンライ
ンの最初の５日間の平均値を表わす。

表　　　４ はぼ８分の１インチ（０，３２ｃｒｎ）の間隔を用いる
先行技術（実施例６の槽５）の平らでないエキスハンア
ットメタルの電極と比べると、本発明の電極はほぼ３０
０ｍＶの節約を生じた。

実施例　５゜ この実施例において、１平方メートルの変性’ＮＡＦＩ
ＯＮ″膜を有する現寸（１ｍＸ１ｍ）のクロアルカリ槽
を用い、前記膜の外側の１．２ミル（０，’０３０１１
ＩＩｍ）はエチレンジアミンで変性されており、１１５
０の当量、７ミル（０，１７８ｍ＋ｍ）の全厚さおよび
織製ポリテトラフルオロエチレンの支持体を有した。

実施例１と本質的に同じプライン供給液を使用し、そし
てほぼ０．１２インチ（０，５Ｃ１ｃｒｎ）の電極間隔
を用いた。槽は６．１キロアンペア／ｍ２の摺電流で運
転し、そして力性ソーダの濃度は２８チであった。

実施例１において用いたのと同様な運転条件をこの試験
において使用した。１つの槽（槽８）は第４〜６図に図
解する先行技術のｌｍＸ１ｍの％“ＳＷＤ平もでないエ
キスパンデッドメタルの陽極と陰極を含有し、そして他
の槽（槽９）は第１〜３図に図解する本発明に従５１ｍ
ｘｉｍの”　Ｒｅｇｅｎｔ”陽極および陰極を含有した
。試験結果を、表５に記載する。

表　　　５ プツトゞメタル　　　デッドメタル 表５から明らかなように、本発明の電極は１６０ｍＶの
節約を生じた。

実施例　６゜ 実施例５に記載するのと同じ変性″ＮＡＦＩＯＮ”膜、
同じ大きさの檜、膜、陽極および陰極を用いて、実施例
５の試験手順を反復した。この実施例におけるすべての
６種類の試験槽は、実施例５と同じ電極間隔、電流密度
、力性ソーダ濃度および他の運転条件で運転した。試験
データを、表６に記載する。

表　　　６ ） ないエキスパン　ないエキスパン デッド９メタル　　プツトゝメタル デッドメタル １２　　”　Ｒｅｇｅｎｔ”（本　”　Ｒｅｇｅｎｔ”
（本　５．７０　　１４０発明）　　　　　発明）

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電極１０の平面図である。 第２図は、第１図の線２−２に沿って取った電極１０の
１つの面からの断面図である。 第ろ図）ま、第１図の線３−′５に沿った前記１つの面
から実質的に９０°で取った電極１０の他の而の断面図
である。 第４図は、細長いダイヤモンドゝ（六角）形の先行技術
の平らでないエキスパンデッドメタルの電極の平面図で
ある。 第５図は、第４図の線５−５に沿って取った１つの断面
からの第４図の先行技術の電極の断面図である。 第６図は、第５図中に描いたものから実質的に９０°の
他の断面から、線６−６に沿って取った、第４図の先行
技術の電極の断面図である。 第７図は、先行技術の平らにされたエキスパンデッドメ
タルの平面図である。 第８図は、第７図の線８−８に沿って取った第７図の先
行技術の電極の断面図である。 第９図は、第８図に示すものから実質的に９０゜の他の
断面から、線９−９に沿って取った、第７図の先行技術
の電極の断面図である。 １０：電極。 １１：上の骨細したリボン様部分。 １２：下の彎曲したリボン様部分。 １６：実質的に共面の、実質的に平らな部分。 １４：平らでない先行技術の電極。 １５：上の部分。 １６：下の部分。 １７：平らな先行技術の電極。 １８：鋭いヘリ。 ＦＩＧ、７ Ｈ ＦＩＧ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部の電極の少なくとも１つとして、一体の三次元
   電極を含み、前記電極は実質的に同一平面上の、実質的
   に平らな部分およびリボン様彎曲部分を有し、前記彎曲
   部分は対称でありかつ前記実質的に同一平面上の、実質
   的に平らな部分よりそれぞれ上および下において列で交
   互し、そして前記電極は、１つの断面において、前記平
   らな部分により中断された一系列のリボン様回転楕円面
   の外観を表わし、そして前記１つの断面から９０’の、
   他の断面において、正方形の波のパターンの外観を表わ
   す、幾何学的形状を有する、ことを特徴とする、模型ク
   ロルアルカリ槽。 ２、前記一体の三次元電極は前記槽において陽極である
   特許請求の範囲第１項記載の模型クロルアルカリ槽。 ３、前記三次元電極は前記槽において陰極である特許請
   求の範囲第１項記載の模型クロルアルカリ槽。 ４、前記三次元電極は前記槽において陽極および陰極の
   両者である特許請求の範囲第１項記載の模型クロルアル
   カリ槽。 ５、膜と少なくとも１つの一体の三次元電極の存在下に
   プライン溶液中に電流を流すことからなり、前記電極は
   実質的に同一平面上の、実質的に平らな部分およびリボ
   ン様彎曲部分を有し、前記彎曲部分は対称でありかつ前
   記実質的に同一平面上の、実質的に平らな部分よりそれ
   ぞれ上および下において列で交互し、そして前記電極は
   、１つの断面において、前記平らな部分により中断され
   た一系列のリボン様回転楕円面の外観を表わし、そして
   前記１つの断面から９０°の、他の断面において、正方
   形の波のノミターンの外観を表わす、幾何学的形状を有
   する、ことを特徴とする、塩素および力性ソーダを電気
   化学的に製造する方法。 ６、前記一体の三次元電極は陽極である特許請求の範囲
   第５項記載の方法。 ７、前記一体の三次元電極は陰極である特許請求の範囲
   第５項記載の方法。 ８、前記一体の三次元電極は陽極および陰極である特許
   請求の範囲第５項記載の方法。　　′