JPS5929114B2 - ノズルの防蝕方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複極式電極を有する隔膜電解槽を用いる塩化ア
ルカリ水溶液の電解に関し、詳しくは該電解槽の陽極室
に付属する主としてチタン材の液給排ノズルを防蝕する
方法を提供するものである。

本発明は陽極室に付属するチタン材の液給排ノズルが複
極式電極と電気的に接続され、該電極をＪ 内蔵するセ
ルユニットの複数個を用いて塩化アルカリ水溶液を電解
するに際し、該液給排ノズルを通じて漏洩流入する電流
Ｉｃ（アンペア）と該液給排ノズル内液の電気抵抗Ｒｃ
（オーム）との間に不等式１ｃ＜−の関係が成立するよ
うにＩＣＲｃ、； 及びＲを調節することを特徴とする
電解槽のノズルの防蝕方法である。

本発明においてセルユニットとは１対の接種電極が隔壁
により分離されて陽極室と陰極室とから成るもので、該
ユニットセルの複数個をそれぞれフ 隔膜の１以上と交
互にフィルタープレス式に積層し、両端部に陽極室およ
び愉極室のみを設けて隔膜電解槽を構成するものである
。

上記の隔膜電解槽において各セルユニットに付属する液
給排ノズルは電解する塩化アルカリ水溶液の供給用およ
び５ 排出用であり、該液給排ノズルはそれぞれ分岐管
と接続し、さらに該分岐管は共通の母管に接続して液の
給排を行うのが一般的な態様である。また液排出ノズル
は塩素ガスと塩化アルカリ水溶液を混相で抜き出し、陽
極室外で両者の分離を行う場０合もある。本発明におい
て防蝕の対象とする上記の陽極室に付属する液給排ノズ
ルの材質は主としてチタン材（チタンまたはチタン合金
）よりなり、該ノズルはセルユニットの枠を貫通して設
けられ、且つ’５ 枠体に溶接等の固定手段で固定され
ている。

このため、該ノズルは、セルユニットの接種電極と金属
などの導電性物質により継がつている（これを本明細書
では、電気的に接続しているという）。液給排ノズルは
、一般に断面円形状のパイプが多くもちいられるが、そ
の他種々の形状のものが使用される。上記の如き、セル
ユニツトを用いる隔膜電解槽にあつてはセルユニツトを
１０〜５０個、またはそれ以上積層し交互に陽極室、陰
極室を形成せしめ、これらの各室にそれぞれ共通の母管
から分岐管を通して液を供給し、また各室からそれぞれ
ガス及び液を抜き出し分岐管を介して母管に集められる
。

本発明の対象とされる複極電極を用いる積層式電解槽（
以下フイルタープレス式電解槽ともいう）にあつては、
電解槽の両端にそれぞれ直流電流の正端及び負端を接続
し、電解槽に電流を流すことによつて運転される。

この場合電解槽の正側及び負側の両端子間には、その間
に設けられるセルユニツトの数即ち、陽極室及び陰極室
の数に応じた電圧が印加されるため、工業的に用いられ
るフイルタープレス式電解槽にあつては両端子間には相
当の高電圧が印加されることになる。

このため電解槽の正側に近いセルユニツトからは漏洩電
流として母管の方へ電流が流出する。この母管内に流れ
た電流の多くは、電解槽の負側のセルユニツトで、むし
ろ母管からセルユニツトに流れ込む方向で流れる。この
流入電流を、本明細書においては漏洩流入する電流と称
する。電解槽の負側に近いセルユニツト、特に最も負端
子に近いセルユニツトにあつては通常最も多くの漏洩流
入する電流があり、電解槽中央部に近くのセルユニツト
になる程該漏洩流入電流は少なくなる傾向となる。

斯様な漏洩流入電流は、母管から分岐管を経てセルユニ
ツト内に入り、電解電流と合流するが電解中の各セルユ
ニツトの液給排ノズルは、各々電極と電気的に接続され
ているため、電極とほぼ同電位で分極された状態にある
このため、漏洩流入する電流によつて生ずるノズル近
辺の電位とに差を生ずる。

この電位差が水素発生電位に達した場合、電流はノズル
を構成するチタン材に流れ込み、水素を発生し、チタン
材を蝕す結果となる。また理由は必ずしも明らかではな
いが、水素発生の条件に至らない場合であつても、ノズ
ル内の溶液の電位勾配が大きくなることによつて、チタ
ン材で構成されたノズルは脆化するのである。このため
に電力の損失面からはあまり問題にならない場合でも長
期間の電解を実施する場合にはノズル先端部から脆化あ
るいは溶解現象を生じ、ついには電解運転の継続を不可
能にする場合もある。複極式電極、隔膜の形状としてフ
インガ一状等のものを使用する場合に比較して平板状の
ものを用いる場合には、セルユニツトの厚みが薄くなる
と共に一般に積層数も多くなるため特に問題である。特
に隔膜電解槽を構成するセルユニツトの数が９個以上に
多くなるほど、また電解の電流密度が１５Ａ／Ｄｍ２以
上で電圧も大きくなるほど上記の液給排ノズルの脆化あ
るいは溶解現象も著しい。本発明者らは上記した液給排
ノズルが脆化あるいは溶解する問題について種々検討し
実験を重ねた結果、該液給排ノズルから漏洩流入する電
流を該ノズル内溶液の電気抵抗によつて特定される限定
値以下になるように漏洩流入する電流及びノズル内溶液
の電気抵抗を調節することにより、解決しうることを見
出し本発明を完成したものである。即ち、本発明におい
てはチタン材の液給排ノズルを通じて漏洩流入する電流
１ｃ（アンペア）と該液給排ノズル内溶液の電気抵抗Ｐ
ｃ（オーム）との間に不等式１ｃく一の関係を満足する
ようＲｃに、共通母管、分岐管の配管内液の電気抵抗（
以下配管抵抗ともいう）が大きくなるよう、またノズル
内の溶液の電気抵抗を小さくするよう各々設計或いは運
転条件を設定することにより、該液給排ノズルの脆化あ
るいは溶解する現象を防止して安定な電解運転を可能に
するものである。

＝般に液給排ノズルの形状、溶液の組成が一定であれば
該ノズル内溶液の電気抵抗Ｒｃもほぼ一定であり漏洩流
入する電流１ｃ及びノズル内溶液の電気抵抗Ｒｃを調節
してＩｃ〈−を満足させＲｃるためには、配管抵抗を大
きく設ければよい。

即ち、本発明の最大の特徴の一つは、漏洩流入する電流
によりセルユニツトのチタン材製ノズルを脆化等を防止
する目的でＩｃく一、特にＩｓくＲｃｌ．２ｌ．Ｏ 二好ましくはＩｃく―−の関係になるようＩｃＲｃＲｃ
とＲを調節することにある。

かかる関係を満足させる場合には、電解する塩化アルカ
リ水溶液の濃度、酸濃度、温度、酸化剤の有無などの条
件にかわわりなく、また長期に電解を継続しても上記チ
タン製の液給排ノズルの電蝕溶解または脆化をほぼ完全
に防止することができる。本発明において、Ｉｃ及びＲ
ｃを調節する方法なかんづく、配管抵抗を大きく設ける
方法としては液給排ノズルに接続する配管を長くするか
または／及び細くする方法、同配管中に多孔板等を配し
て塩化アルカリ水溶液の流通を局部的に遮断する方法等
が採用される。

上記の配管抵抗は液給排のノズルと接続する分岐管また
は母管のいずれかに設けてもよいが、分岐管の方が液量
が少なく長さも任意に調節できるために好ましい。その
他の方法としてはノズルを太く、或いは／及び短くする
ことなども有効であり、いかなる手段を用いるかは電解
槽設計時に考慮される運転条件をも含めた設計思想に基
づいて、当業者が適宜決定すればよい。また前記したよ
うに複数個のセルユニツトを積層した隔膜電解槽の負側
端に近い液給排ノズルの電蝕溶解または脆化が著しいた
めに、実際に本発明の不等式を満足するように配管抵抗
を設ける場合には、該電解槽の負側に最も近い液給排ノ
ズルを対象にして目安にすればよい。本発明において液
給排ノズル内溶液の電気抵抗Ｒｃ（オーム）と液給排ノ
ズルを通じて漏洩流入する電流ｃ（アンペア）とは下記
の方法によつて求められる。

即ち、Ｒｃはノズル内溶液の比抵抗とノズル内溶液の形
状（ノズル内での溶液充満状態）とからオームの法則を
用いて計算する。この場合に溶液の比抵抗は文献あるい
は通常の測定方法により求めうる。またノズル内溶液の
状態が変動する場合にはノズル内溶液の電気抵抗のうち
最も大きな値を採ればよい。さらにＲｃは電解中におけ
るノズル内溶液の電圧効果の測定から推測してもよい。
他方１ｃは電解中における分岐管内の２点管の電圧効果
を測定し、該２点間における溶液の幾何学的寸法と比抵
抗から求められる電気抵抗値を用いて計算する。上記の
電圧降下を測定する場合に用いる電極としては甘水電極
、銀一塩化銀電極等の可逆電極を用いればよい。また白
金等の不溶性の電極で代用してもよい。なお、本発明の
隔膜電解槽において用いる隔膜としては中性膜、陽イオ
ン交換膜のいずれもよく、されらの１以上を複極式電極
と交互に積層して一般に２室または３室のセルユニツト
が構成される。

なお、本発明はセルユニツトの複数個からなる隔フ膜電
槽の２槽以上を電気的に直列及び／または並列に適宜組
合わせて構成した場合にも有対に適用される。

複極式電極としては従来から公知のものが用いられ、例
えば陰・陽極室の隔壁にチタン一鉄製複合板を用い、該
隔壁と電極とをリブまたはネジ機構によつて機械的かつ
電気的に接続したもの等がある。陽極及び陰極も従来か
ら公知のものが用いられ、それぞれ耐蝕性を有し塩素過
電圧または水素化電圧の十分に低いものであればよく、
特に陽極としては一般にチタン材を基材とし白金イリジ
ウム合金またはチタン−ルテニウム混合酸化物を被覆し
た多孔性のものが好適である。実施例 １陽極はルテニ
ウムとチタンの混合酸化物を被覆したチタンのラス材、
陰極は軟鋼のラス材からなる複極式電極を有し、本体は
軟鋼製で陽極室の内部はチタンライニングを施した通電
面積３０ｄｍ２（巾５０Ｃ７ｎ１高さ６０ｃＴｎ）のセ
ルユニツトを用いた。

このセルユニツト２４対を陽イオン交換膜ＮａｆｉＯｎ
３ｌ５（商品名、デユポン社製）２５枚と交互にフイル
ターブレス式に積層し、両端は陽極室と陰極室のみを設
けて電槽を構成した。なお、セルユニツトの厚みは７０
ｍｍ、陽極室内、陰極室内の厚みは共に３０ｍｍ．．ま
た陰陽極間の距離は３ｍＷ！である。また、陽極室上部
の気相部には塩素ガス抜き用のチタン製ノズル、陽極室
側面の液相部には塩水供給用および塩水出口用のチタン
製ノズルがそれぞれ陽極と電気的な接続を有するチタン
ライニングの枠本体に熔接して取り付けられている。塩
水供給用ノズルは内径１０．５闘、長さ１８？、塩水出
口用ノズルは内径２０？、長さ１８ｃＩｎであり上記各
ノズルは陽極室枠を貫通している同一内径の孔も含めた
もので、孔の内面は全てチタンライニングが施されてい
る。上記の電解を用いて電流密度４５Ａ／Ｄｍ２、温度
約８０℃で食塩水の電解を行つた。

即ち陽極室に０．０８Ｎの塩酸を含む酸性の５．３Ｎの
食塩水（約６７゜Ｃ）を分解率が約１３０１）になる様
に供給した。他方、陰極には約１４．６％の苛性ソーダ
水溶液を供給して得られるセルリカ一の苛性ソーダ濃度
が約２０％になる様に調節した。苛性ソーダ取得の電流
効率は約８０％で、電槽両端の陰陽極にかかる電圧は１
１０Ｖ程度であつた。なお、食塩水の供給は塩水供給槽
より各セルユニツトに共通で電槽と平行に設けられた内
径７．７Ｃｒ１Ｌの母管および該母管と各セルユニツト
を連絡する下部分が内径８關、長さ５ｍの分岐管より行
つた。また出口塩水は同様に内径１９ｍｍ、長さ８５ｃ
ＴｒＬの分岐管および内径１０．２ｃ１ｒＬの母管を用
いて集液タンクに集めた。この場合には塩水が分岐管か
ら母管に入る個所に多孔板を設けて、液の局部的な遮断
を行ない電気低抗を付加した。本実施例において上記の
母管および分岐管はＦＲＰやふつ素樹脂等の非電導性材
料より構成される。６ケ月以上の長期運転を行つた後、
電槽の負側で漏洩電流が流入するセルユニツトについて
陽極室の塩水入口および塩水出口のチタン製ノズルを観
察した結果、腐食は認められなかつた。

上記の電解中におけるチタン製ノズルを通しての漏洩流
入電流を分岐管内の溶液中における電圧降下の測定値か
ら求めた結果、電解槽の負側端のセルユニツトにおける
塩水入口ノズルで０．０２２Ａ、塩水出口ノズルで０．
０５Ａであり、正側のセルユニツトにおける程その値は
小さくなつていつた。なお、上記の塩水供給ノズルおよ
び塩水出口ノズル内の溶液の電気抵抗を算出して、本発
明で要求される限界の漏洩流入電流値をＩＣｌ＝玉ｌお
よびＩＣ２ｌ．２＝貢Ｐから算出した結果を第１表に示
す。

比較例 １ 実施例１において塩水供給用の分岐管としては内径は同
じで長さ１１０ｃｍ．また塩水出口用の分岐管としては
内径は同じで長さ２．０ｍのものを用い分岐管から母管
に入る個所に多孔板を設けることなく、その他の条件は
同様に電解を行つた。

２ケ月後に電解槽の負側端に近いセルユニツトにおける
ノズルは先端部付近が脆くなり特に塩水供給用ノズルで
は先端部に一部電蝕溶解も認められたため、電解の続行
が出来なかつた。

この場合における電解槽の負側端のセルユニツトに付属
するノズルを通じて漏洩流入する電流は塩水供給用ノズ
ルで０．１０Ａ１塩水出口用ノズルで０，３５Ａであつ
た。

実施例 ２ 実施例１において塩水供給用の分岐管として内径は同じ
で長さ２．２ｍ、また塩水出口用の分岐管として内径は
同じで長さ５．０ｍとし分岐管より母管に入る個所に多
孔板を設けることなく、他の条件は同様で電解を実施し
た。

２ケ月後に電解槽の負側に近いセルユニツトのノズルを
観察した結果、塩水の供給口ノズルと出口ノズルともに
腐食は認められなかつた。

この場合に電解槽の負側端のセルユニツトに付属するノ
ズルを通じて漏洩流入する電流は塩水供給用ノズルで０
．０５Ａ１塩水出口用ノズルで０．１５Ａであつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極室に付属する主としてチタン材の液給排ノズル
   が複極式電極と電気適に接続され、該電極を内蔵するセ
   ルユニットの複数個をフィルタープレス式に積層してな
   る隔膜電解槽に給液用母管から分岐した分岐管によつて
   、各セルユニットに液が各々供給され、また各セルユニ
   ットから排出する液は、分岐管を介して母管に集められ
   る方式による塩化アルカリ水溶液電解において、母管か
   ら液給排ノズルを通じて流入する電流Ｉｃ（アンペア）
   と該液給排ノズル内溶液の電気抵抗Ｒｃ（オーム）との
   間に不等式Ｉｃ＜３／Ｒｃの関係が成立するようにＩｃ
   及びＲｃを調節することを特徴とする電解槽のノズルの
   防蝕方法。 ２ 電解槽が９対以上のセルユニットよりなる特許請求
   の範囲第１項記載の電解槽のノズルの防蝕方法。 ３ 電解槽が１５Ａ／ｄｍ＾２以上の電流密度で運転さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電解槽のノズルの防蝕方法。 ４ 不等式がＩｃ＜１．２／Ｒｃである特許請求の範囲
   第１項記載の電解槽のノズルの防蝕方法。 ５ 不等式がＩｃ＜１．０／Ｒｃである特許請求の範囲
   第１項記載の電解槽のノズルの防蝕方法。