JPS5929116B2 - 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における塩化ア
ルカリ水溶液の電解に関し、詳しくは該電解槽の電極室
に付属する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。

詳しくは、本発明はアルカリ金属性、例えば塩化ナトリ
ウム、や塩化カリウムなどの水溶液の電解に用いる複極
式フィルタープレス型の隔膜電解槽におけるセルユニッ
トの陰極室に付属されているチタン材製の液給排ノズル
の、該電槽の運転に伴い発生する漏洩電流による電気腐
食を防止する方法であつて、該液給排ノズル部を通つて
流出する電流ＩＡ（アンペア）と該液給排ノズル内溶液
の電気抵抗ＲＡ（オーム）との間に次の不等式１Ａ＜［ の関係が成立するようにＩＡ及びＲＡを調節することを
特徴とする電解槽ノズルの防蝕方法である。

即ち、本発明において、前記ＩＡは当該ノズルを通つて
セルユニット外に流出し、後述する分岐管を経て母管（
ヘッダーともいう）に到り、大部分は再度電槽に流入す
るが、一部は迷走し、接地等によつて消滅するものと思
われる。このノズル部からの流出量は、当該ノズル部以
降の溶液その他電流が漏洩して行く物質の電気抵抗によ
つて決まる。当然、大きい電気抵抗であれば該漏洩電流
量は小さくなる。次にＲＡは当該陽極室に付設されてい
る液給排ノズル内液の有する比抵抗、ノズルの長さ及び
断面積によつて定まる。

換言すれば本発明は前記不等式を満足するように、セル
ユニットのノズルの設計を行ない、或いは該ノズルに接
続する配管内溶液の電気抵抗が大’ きくなるような設
計を行ない、更に運転時の電解電流密度、塩水の濃度や
温度を適宜選択するものである。

本発明においてセルユニットとは１個の複極式電極が隔
壁番こより分離されて陽極室と陰極室とを・ 構成する
もので、該セルユニットの複数個をそれぞれ隔膜の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
室および陰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ツトの陽極室に付
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、さらに各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。なお、液排ノ
ズルは塩素ガスと塩化アルカリ水溶液を混相で抜きだし
陽極室外で両者の分離を行う場合もある。本発明におい
て防蝕の対象とする陽極室に付属する液給排ノズルの材
質はチタンまたはチタン合金等の主としてチタン材より
なり、しかも該液給排ノズルは複極式電極と電気的に接
続していることが必須である。

したがつて、陽極室内面および陽極室枠は陽極室内の環
境に耐えるものであればよいが、少くとも一部がチタン
材よりなり、該陽極室枠の部分に液給排ノズルが熔接等
により接続されている態様が一般的である。液給排ノズ
ルとしてはパイプ状のものが多く用いられるが、その他
種々の形状のものが使用される。本発明の対象となるセ
ルユニツトの概念を図面によつて説明する。

第１図はフイルタープレス型の複極式電解槽に用いる単
位電解槽（セルユニツト）の正面図である。

また第２図は、第１図のＡ−Ａ線で切断したところの断
面図である。これらの図において、１はセルユニツトの
枠で一般に金属例えば軟鋼製で内面にチタン材のライニ
ングが施されている。２は陽極、３は隔壁、４は陰極、
５は電導性リブで、隔壁と陽極とを電気的に接続すると
共に陽極の平担性を保つ。

同様に６は電導性リブで、隔壁と陰極とを電気的に接続
すると共に陰極の平担性を保つ。７は陽極液供給用のヘ
ツダ一（母管）でフレキシブルパイプ８を介して、陽極
室液供給用入口ノズル９に接続されている。

また１０は陽極室で発生するガス（塩素等）の排出ノズ
ルで、フレキシブルパイプ１１を介して、陽極室液排出
ヘツダ一１２へ接続されている。更に、陽極室液は、同
排出ノズル１３より、フレキシブルパイプ１４を介して
陽極室液排出ヘツダ一１２内の滴下器１５を通るか、或
いは通らないで、同ヘツダ一内に供給される。通常セル
ユニツトに設けられた給排ノズル類は、セルユニツト枠
に設けられた孔に挿入し、周囲を溶接により固定されて
いる。第１図及び第２図にあつては、排出ノズルを気、
液別々に示したが、これを一本として、気一液混相流と
して排出させるのも該排出用フレキシブルパイプ内で電
気抵抗を増大させるため有効な場合がある。１６はセル
ユニツトの陰極側供給ヘツダ一であり、陽極側と同様に
フレキシブルパイプ１７を経て、供給ノズル１８に到り
、陰極室に苛性アルカリ又は水を供給する。

陰極側排液は、出口ノズル１９、フレキシブルパイプ２
０を経て、ヘツダ一２１に回収される。陰極室で発生す
るガスは、ガス排出ノズル２２、フレキシブルパイプ２
３を経て、同じくヘツダ一２１に到る。上記したような
隔膜電解槽においてはセルユニツトを１０〜５０ケ、或
いはそれ以上に積層した場合、該電解槽の両端間の電位
差は相当に大きく、高電圧が印加されるために特に正側
端に近い部分のセルユニツトの漏洩電流は大きくなり易
い。

電極室に付属する液給排ノズルと複極式電極とが電気的
に接続されている場合には、金属の電気抵抗が小さいた
め電解中に該液給排ノズルも極電位に比較的近く分極さ
れた状態にあるが、陽極室内溶液は、通常電気抵抗が大
きく漏洩電流による溶液電位降下によりノズル先端部あ
たりの溶液の電位は、ノズル自体の電位より相当に差違
を生じ、低くなる。このために電力の損失の面からは殆
んど問題にならない場合でも、長期間の電解を実施する
場合には電解槽の正側端に近い液給排ノズルほど先端部
から電蝕溶解を生じ、ついには電解運転の継続を不可能
にする場合もある。複極式の電極、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に特に問題となる。

隔膜電解槽を構成するセルユニツトの数が９対以上に多
くなるほど、また電解槽が１５Ａ／ＤＴｒＩ以上の電流
密度で運転され電圧も大きくなるほど上記の液給排ノズ
ルの電蝕溶解も著しい。本発明者らは上記したチタン材
製の液給排ノズルが電蝕溶解する問題について種々検討
し実験を重ねた結果、該液給排ノズル部から漏洩流出す
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
限界値以下になるように該液給排ノズルに接続する配管
内溶液に電気抵抗（以下単に配管抵抗という）等をあた
えることによつて解決しうることを見出し本発明を完成
したものである。本発明においてはチタン材製の液給排
ノズルを通じて漏洩流出する電流１Ａ（アンペア）と該
液給排ノズル内溶液の電気抵抗ＲＡ（オーム）との間に
不等式１Ａ＜ｎ−ｈの関係を満足させることが必須であ
る。

かかる関係を満足させる手段として、該ノズルに接続す
る管以降の配管内溶液の電気抵抗を大きくすることが、
該液給排ノズルの電蝕溶解を防止して安定な電解運転を
可能にするものである。一般にノズルの断面積を大きく
し、且つ長さを短かくすること、或いは液給排ノズルの
形状及びノズル内溶液の組成が一定であれば該ノズル内
溶液の電気抵抗ＲＡもほぼ一定であるから、配管内溶液
の電気抵抗を大きくすれば、漏洩電流Ａは小さくできる
ので、ＩＡ＜丘Ｋの関係を満足させることができる場合
が多く、チタン材の液給排ノズルの電蝕溶解を防止でき
るのである。特に４３ＩＡ＜丑Ｋ好ましくはＩＡ＜丘Ｋ
の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
かわりなく、また長期の運転を行う場合にも上記チタン
材の液給排ノズルの電蝕溶解をほぼ完全に防止すること
ができる。

本発明において、配管内溶液の電気抵抗を大きくする方
法としては液給排ノズルに接続する配管を長く細くする
方法、同配管中に多孔板等の滴下器を配しＣ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
。

上記配管内溶液抵抗は、液給排ノズルから母管にいたる
分岐管或いは母管のいずれの位置において増大させても
よいが分岐管における方が、液量が少なく、管長も任意
に調節できるし、第１図に示す如く滴下器の取り付けも
容易であるために好ましい。

即ち第１図に示した滴下器１５はフレキシブルパイプ１
４の先端のヘツダ一１２内に挿入された部分に設けたシ
ヤワ一状の多孔板器具であり、一般にテフロン（ポリ四
フツ化エチレン又はその共重合体）などの耐酸化性又は
耐塩素化性を有する材料で構成されている。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
正側端に近い液給排ノズルの電蝕溶解が著しいために、
実際に本発明に特定した不等式を満足して配管内溶液の
電気抵抗を大きくする場合には、該電解槽の正側端に最
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ＲＡ（オ
ーム）と液給排ノズルを通じて漏洩流出する電流１Ａ（
アンペア）とは下記の方法によつて求められる。即ち、
ＲＡはノズル内溶液の比抵抗とノズル内空間部の断面積
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ＲＡは電解中におけるノズル内溶液の電圧降下の測定
から推定してもよい。他方１Ａは電解中における分岐管
内の給排液中の２点間の電圧降下を測定し、該２点間に
おける溶液の幾何学的寸法と比抵抗より求めた電気抵抗
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永電極、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、
その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膜電解
槽の２槽以上を電気的に直列および／または並列に適宜
組合せて構成した場合にも有効に適用される。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。陽極およ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
水素過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て白金一イリジウム合
金またはチタン−ルテニウム混合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３０
ｄｍ”（巾５０ＣＴｒＬ１高さ６０？）のセルユニツト
を用いた。

このセルユニツト４９対を陽イオン交換膜ＮａｆｉＯｎ
３ｌ５（商品名、デユポン社製）５０枚と交互にフイル
タープレス式に積層し、両端は陽極室のみと陰極室のみ
を夫々設けて電槽を構成した。なお、セルユニツトの厚
みは７０ｍｍ１陽極室内、陰極室内の厚みは共に３０鼎
、陰陽極間の距離は３ｍｍである。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
がそれぞれ内面をチタンライニングされた陽極室枠本体
の孔に挿入され、周囲を熔接して取り付けられている。
塩水供給用ノズルは内径１０．５ｍｍ．長さ１８ＣＴＩ
Ｌ１塩水出口用ノズルは内径２０ｍｍ、長さ１８０ｆＬ
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ある。上記の隔膜電解槽を用いて
電流密度４５Ａ／ＤＴｒＩ、温度約８０℃で食塩水の電
解を行つた。即ち、陽極室に０．０８Ｎ−ＨＣＩを含む
塩酸酸性の５．３Ｎの食塩水（約６ｒＣ）を分解率が約
１３％になる様に供給した。他方陰極室には約１４．６
（Ｆｆ）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。
苛二性ソーダ取得の電流効率は約８０（：ｆ）で、電解
槽両端の陰陽極にかかる電圧は２２０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７．７ＣＴｆＬの母管
および該母管と各セルユニツトを連絡する大部分が内径
８ｍｎ、長さ４ｍの分岐管より行つた。また出口塩水は
同様に内径１９ｍＴｔ、長さ８５ＣＴｒＬの分岐管およ
び内径１０．２譚の母管を用いて集液タンクに集めた。
但しこの場合に塩水が分岐管から母管に入る個．所に第
１図に示す如き多孔板滴下器を設け、液の局部的な遮断
をして電気抵抗を付加した。

なお、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、電槽の正側．で漏洩電流が流出するセルユ
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
出電流を分岐管内の溶液中における５０儂間の電圧降下
の測定値から求めた結果、液供給配管では１２．９ボル
ト、同出口配管では３．１ボルトであり、溶液の比抵抗
は、供給液で１．８２、排出液で１．９２であるから、
電解槽の正側端のセルユニツトにおける塩水入口ノズル
で０．０７１Ａ１塩水出口ノズルで０．０９Ａであり、
負側のセルユニツトにおける程その値は小さくなつてい
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、本発明で要求される限界の漏
洩流出電流値をＩＡｌ＝百ＫおよびＩＡ２＝−から算出
した結果を第１表に示す。ＲＡ 即ち入口ノズルについては、供給塩水は０，０８ＮのＨ
ＣＩを含む塩酸酸性の５．３Ｎの食塩水で、温度約６７
をＣであり、その比抵抗（Ｐ）は１．８２、ノズル部の
溶液抵抗ＲＡはρＸｌ／ｓ（但し！はノズルの長さ、ｓ
は同断面積）に前記の各々の数値を代入しＲＡ＝ρ×ｌ
／Ｓ＝１．８２×ｑ青）−３８オームこれを丑＾および
π＾を用いて計算すると、各々０．２６及び０．１１と
なり本例の０．０７１アンペアがこれら限界値より十分
に小さい値であることがわかる。

また同様に排出ノズルについて ＲＡ＝ρ×ｌ／Ｓ］Ｔ９２×（訂ｊ）キ１１オームが得
られ、これをＮＫおよびＮＫに各々代入して計算すると
夫々０．９１および０．３６となる。

これらの値をまとめて第１表に示す、実施例１において
、塩水供給用の分岐管としては内径１０ｍｍ、長さ８５
ｃｍのものを用い、塩水の出口側では分岐管から母管に
入る個所に多孔板滴下器を設けることなく、その他の条
件は上記と同様にして２ケ月間の通電を行つた後、陽極
室に付属する塩水供給用および塩水出口用の各チタン製
ノズルの腐食情況を観察した。

それらの結果を漏洩流出電流の測定値と共に第２表およ
び第３表に示す。なおノズル内抵抗は、実施例１と同様
に計算して、液供給ノズルで３８オーム、同排出ノズル
で１１オームであつた。

なお、第２，３表におけるセルユニツト位置Ｘ）．ｊは
電槽正側の端よりセルユニツトを数えた屈で、Ａ６．ｌ
は陽極室のみよりなるセルユニツトである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複極式フィルタープレス型の隔膜法電解槽における
   セルユニットの陽極室に付属されているチタン材の液給
   排ノズルの電気腐食を防止する方法として、該液給排ノ
   ズル部から漏洩流出する電流ＩＡ（アンペア）と、該液
   給排ノズル内溶液の電気抵抗ＲＡ（オーム）との間に不
   等式ＩＡ＜１０／ＲＡの関係が成立するようにＩＡ、Ｒ
   Ａを調節することを特徴とする電解槽ノズルの防蝕方法
   。 ２ 電解槽が９対以上のセルユニットをフィルタープレ
   ス式に締め付けてなる電解槽である特許請求の範囲第１
   項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。 ３ 電解槽が１５Ａ／ｄｍ＾２以上の電流密度で運転さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の電解槽ノズルの防蝕方
   法。 ４ 不等式がＩＡ＜４／ＲＡである特許請求の範囲第１
   項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。 ５ 不等式がＩＡ＜３／ＲＡである特許請求の範囲第１
   項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。