JPS5947038B2 - 電解槽用カソ−ド組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電解槽用のカソードに関し、さらに特定する
と、「グローブ指形式」として言及される形式より成り
、特に導電性が改善された電解槽用のカソードに関する
。

横断または非横断のグローブ指形式のカソードは、指状
部材が槽の一側から他側まで延びているか、電解液の循
環のため指状部材の内端間で電解液を通過させるかに依
存するものであるが、この種のカソードが、アルカリ金
属塩化物の電解、とりわけ塩素および苛性ソーダの製造
に数十年間使用されて米た。

これらのカソードは、槽の垂直壁、およびこの垂直壁の
１または複数のものの外側に取り付けられ、馬蹄形状に
折り曲げられた板または高導電性金属の数枚の板を介し
て電流が供給される。この電流は、最小の抵抗を有する
部材により、槽の内側に、特に電解において活性であり
アノードに相対するカソード表面上に均質に分布され得
る。また知つておかれたいことは、塩素工業において、
「カソード」という言葉は、正イオンの放電において能
動的な役割を演する電解槽の内部部材を指すだけでなく
、槽の垂直壁ないし包囲体およびカソードバンドを指す
ことが多い。

換言すれば、負の電流源に接続される導線から、一般に
他の槽を介して電解液に電流を導く全組立体を指すこと
が多い。「カソード組立体」という言葉は、以下この広
い意味におけるカソードを指すのに使用されるものとし
、したがつて、槽壁と接触する周囲室により形成され、
該室と連通する矩形断面の管状長状体すなわち指状部材
を備え、「内部カソード」として言及される槽内部分と
、槽の垂直壁すなわち包囲体とカソードバンドにより形
成される外部部分を含むものである。内部カソードは、
穿孔金属より成り、特に鉄または鋼網より成ることがき
わめて多く、一般にダイヤフラムを支持しているが、こ
のダイヤフラムは、フイルタとして働く穿孔金属上に、
カソードの内側に生ずる部分真空によりこのダイヤフラ
ムの固形材料を含むスラリを濾過することにより付着さ
れる。

長期にわたりこの材料の必須部分を形成していたアスベ
スト繊維は、いまでは、フツ素化樹脂が加えられ、ある
いはそれに置き代えられてさえいる。フツ素化樹脂は、
付着後、焼結によりダイヤフラムを一体化するためある
温度例えば約４００℃で焼成を必要とする。これらの電
極が大面積を有する場合、内部カソードに加わる圧力や
熱処理により発生される張力のため、変形が生じたり、
それらの固有の平坦性や、相互のまたはアノードに関す
る活性面の平行性が減じたりすることが多い。これらの
種々の不利益を除くため、指状部材の内側に波型の鋼板
の形式の強化用の部材を配置することが必要であつた。

その上に内部カソードが構成されるこれらの板は、ダイ
ヤフラムの付着中指状部材が破砕されるのを防ぐ。この
形式の組立体は、上に言及した困難性を完全には克服で
きない。さらに、これらの部材と内部カソードの穿孔壁
間の接触は、点接触であり、酸化表面を介してなされる
ことが多い。したがつて、これら部材は、電流の伝導に
実質的に役立たず、そして槽壁およびカソードの活性部
分の電気および機械的接続が、本質的に周囲室の上下の
穿孔壁を介してなされるから一層そうなる。フランス国
特許第２，２８７，５２７号は、切欠き付き長手方向縁
部を備える直線状の板の形式のスペーサの使用を提案し
ている。

さらに詳述すると、この特許は、歯が方形状の断面を有
するスペーサの使用を推奨している。しかして、方形の
側面は、一方は穿孔板の直径より大きく、他方はそれよ
りも小さくされ、そして歯のピツチは、カソード部材の
箱状構造体を形成する穿孔板の穿孔のピツチと異なるピ
ツチである（上述の特許の１６頁１４行〜１７頁２行参
照）。本発明は、内部部分の組立、分解が容易であり、
加えられる可能性がある種々の処理中実質的な変形を受
けることなく、電流に対して比較的低抵抗しか有せず、
さらに機械的および電気的な面の効率に加えて製造をか
なり容易にするスペーサを使用するカソード組立体に関
する。

本発明のカソード組立体は、垂直包囲体を含み、該包囲
体の外側に電気的良導電体の金属より成るカソードバン
ドが担持され、包囲体の内側に、槽内に延びる複数の指
状部材が配されており、包囲体と指状部材間に指状部材
の内部と連通する周囲室が設けられている。

しかして上記指状部材は、該指状部材の方向に垂直な平
面および水平面においてそれぞれ実質的に方形断面を有
している。指状部材は、その壁が穿孔金属より成り、か
つ、該指状部材内に水平に配置されかつ上記周囲室内に
配置された垂直平坦部材に固定された複数の平坦金属部
材より補強されており、そして前記垂直平坦部材が槽の
垂直包囲体に結合されて成るものである。こ＼で、「穿
孔金属」なる表言は、不連続な金属表面を指すのに使用
される。

特に、メツシユ、穿孔金属板、エキスパンドメタルおよ
び類似の製品に適用される。電解槽の包囲体は、ほゞ低
炭素鋼より成り、少なくともその１面に、そして多くの
場合その３面にカソードバンドを担持しているが、該バ
ンドはもつとも多くの場合鋼板より形成される。

周囲室は、外側はこの包囲体により制限され、頂部およ
び底部は穿孔金属壁により制限される。指状部材は、そ
の内面の２面に嵌合され、そしてこれら指状部材の軸線
は、槽の２壁に平行である。ダイアフラムを担持する全
内部カソードの好ましい材料は、穿孔された鉄または鋼
板である。強化用部材は、このように、指状部材の内側
に、内部カソードに使用される材料の剛性に依存する距
離分離された数枚の板を含む。

明確にいうと、２水平平坦部材間の距離がカソードの下
端および上端間の距離の５〜１５％となるような数の水
平平坦部材が推奨されよう。もちろん、この指示は、平
坦部材の均一分布に基づくものであるが、２つの逐次の
平坦部材間の距離は、例えば±２０％変えることができ
る。平坦部材は、内部カソードの壁にスポツト溶接され
、そして横断指状部材が使用されるか非横断指状邸材が
使用されるかに依存して、その両端または一端にて垂直
位置にある平坦部材に溶接される。これらの垂直平坦部
材の種々の変更された配置については、追つて説明する
。また、追つて詳細に説明されるように、これらの垂直
平坦部材と槽壁間の結合は、平坦部材をフランジに溶接
することによりなされ得る。しかして、該フランジそれ
自体は、垂直包囲体の上部および下部に固定され、一方
はカバーを受け入れることが意図され、他方は槽の合上
に載置されることが意図されるものである。あるいは、
上記の結合は、好ましくは、一定の可撓性を有するよう
に構成されほゞカソードバンドのレベルで槽壁に結合さ
れたＳ字状またはＺ字状鉄または鋼板によりなされるの
がよい。平坦板の厚さは、槽中を通れる電流密度および
使用される金属の性質にしたがつて選択され、実質的抵
抗を示さず、ジユール効果によるエネルギ損失を生じな
いようになされる。

槽壁に結合するための部材の厚さは、約３〜６Ｉより成
る。

電解液の自由な循環を可能にするため、種々の補強部材
に穿孔を設けることが必要である。

これら部材の全領域に関する穿孔部分の面積の割合は、
好ましくは１０〜３０％の間である。これらの垂直平坦
部材はまた、内部カソードと同じ形式の穿孔金属より構
成し得る。カソードバンドは、一般に銅より成り、その
断面および形状は、塩素工業において周知のように、ジ
ユール効果による実質的な電流損失が避けられ、同時に
電流の均一な分布が補助されるようになされるものであ
るが、以下に例示されるように、種々の方法で製造され
電解槽に嵌合され得る。

好ましくは、電解槽の垂直壁または垂直壁部分は、爆発
法によりカソードバンドまたは該バンド部材に取り付け
られるのがよい。以下、図面を参照して本発明を好まし
い具体例について説明する。

第１図には、電解槽が斜視図で示されており、第１Ａ図
には第１図の電解槽がそのＨ１−Ｈ２線に沿う水平断面
図で示されている。

図示されるようｒこ麗解槽の垂直壁または包囲体１は、
その上部および下部にフランジ２を具備しており、そし
て垂直壁にカソードバンド３が取り付けられている。槽
の内側においては、周囲室４（第１図にはその上部が示
されている）が、指状部材５（第１図にはやはりその上
部が示されている）とともに、槽のカソード室を形成し
ている。指状部材５の間には、槽の組立中空間６が形成
され、この中にアノードが槽の底部に固定されて収容さ
れる。アノードは図には示されていない。周囲室４と連
通するオリフイス７は、カソードに形成されるガスの放
出を可能にする。指状部材５および周囲室４の壁部は、
第２図にも示されている。

この図には、水平位置にあつて指状部材の内側および両
端にて垂直平坦部材９に固定された平坦な金属部材８が
示されている。しかして、平坦金属部材８は、図におい
て黒点により表わされるスポツト溶接により固定されて
おり、垂直平坦部材９自体は、可撓性部材例えば可撓性
の金属板（形状、寸法、厚さにより一定の可撓性が賦与
された金属板をいう）またはベロ一１０により槽壁１に
固定されている。内部カソードの諸要素は第３図に示さ
れている。水平平坦部材８は、それらの端部においてカ
ソード室の両側に配置された垂直な平坦部材９、および
対応する指状部材５に溶接される。第１Ａ図の断面図で
は水平平坦部材８は１つのみ示され、他は省略されてい
る。第４図および第５図には類似の具体例が図示されて
いる。しかしながら、垂直平坦部材は、内部カソードの
穿孔金属の折曲げ部により形成されている。しかして、
折曲げ部は９ａで折り返されている。折り返えされた穿
孔金属に代えて中実の山形材も使用できよう。垂直平坦
部材により支持される水平平坦部材は、主として指状部
材の空間に対面している。第６図および第７図の具体例
には、内部部分が前のものより剛性なカソードが示され
ている。

垂直平坦部材９は、槽の内部に向つて突出するフランジ
２に突合せ溶接されている。第８図には、カソードバン
ド３を具備する槽壁１の側面図が示されている。

槽壁の一部が爆発法によりカソードバンド３に取り付け
られ、そしてこの部分が、線１ｂに沿つて槽壁の相補部
分に溶接される。このカソードバンドは、第９図に示さ
れるようＶＣ３つの平坦部材から構成してもよいし、第
１０図に示されるように２つの直角部材から構成しても
よい。一力が直角部材で他方が平面部材の２部材により
構成してもよく、また馬蹄形状の単一の部材から構成し
てもよい。ついで、槽の垂直壁が、第９図または第１０
図に示されるように互に溶接される。

いずれの場合も、溶接は同じ形式の金属間でなされる。
膨張の問題を避けるために、バンドが槽壁に接触しない
点において鋼板をバンドに取り付けることは有用であろ
う。第１０図において、槽壁側部の延長部１ｄがこのよ
うに取り付けられているが、独立の板も使用できる。カ
ソードの内部部分は、次のように構成するのが有利であ
る。

まず、水平平坦部材をカソード指の内部に溶接し、つい
でこれらの水平平坦部材を垂直平坦部材に固定する。つ
いで、可縁性部材を槽の内壁に固定し、内部部分を箱内
に導入し、垂直平坦部材を可撓性部材に溶接し、そして
最後に、周囲室の上下壁を槽の垂直壁のフランジすなわ
ち頂部に溶接する。強化部材および垂直壁間の結合部材
の可撓性は、組立体の迅速かつ精確な調節を可能にする
。もし必要ならば、カソードの内部部分は箱から分離で
きる。

その場合の動作は、まず、周囲室の穿孔部材を切断し、
次いで垂直平坦部および可撓性結合部材間の溶接を切断
することにより行なわれる。以下の例は、単に本発明の
例示の目的で掲げるものである。

比較例 高さ７６０ｗｍ１長さ１，８００？、幅１，６００ｍ１
そして垂直壁が１０ＴＷｆＬ厚の鋼より作られた電解槽
の垂直３側面に、厚さ３９ｍ１幅４６０ｍの銅製のカソ
ードバンドを支持させる。

底部およびカバーはポリエステルより成る。この槽は、
横断グローブ指形式として言及される構造をもつ内部カ
ソードを含む。これらの指状部材は、箱に溶接された波
状金属板補強材により強化される。これらの指状部材は
、２０本あり、２５Ｔｍ厚の穿孔鉄板により形成され、
そして孔は、３ｍＬの直径を有し、５ｗｒｍ離間されて
いる。孔に対応する面積の割合は３２％である。指状部
材それ自体は、２２ｗｔｍの全厚を有し、互に５７７ｍ
の空間で離間され、そしてこの空間にアノードが収容さ
れている。アノードは白金合金で被覆され、３７Ｔｍの
平均厚を有するチタンメツシユより成る。メツシユ孔に
対応する面積の割合は、２１％±５％である。３００ｙ
／ｔの塩化ナトリウム溶液の電解を、この電解槽で２５
Ａ／Ｄｄの電流で実施した。

電解槽の安定化後記録された電位差は、指状部材の端部
と中点間で３５ｍＶ１指状部材の端部と箱間で９０ｍ、
すなわち１２５ｍの全電圧降下であつた。本発明の実施
例 同じ電解槽に、３Ｔｍの直径を有し５ｗｍ離間された孔
を有する２．５Ｔｒｒｍ厚の穿孔鉄板より成る類似の形
状のカソードを包含させる。

穿孔金属板の孔に対応する面積の割合は３２（！）であ
る。この指状部材、単位指状部材当り６枚の平坦部材の
割合で４能厚の鉄製の水平平坦部材により強化される。
これらの平坦部材は、その全長にわたり穿孔され（穿孔
直径１０ｗｍ１孔に対応する面積の割合１５％）、そし
てカソードを形成する穿孔板に溶接することを可能にす
るため縁部が面取りされる。さらに、これら部材は、指
状部材の両端にて、垂直平坦部材（第３図の参照番号９
）に溶接され、そしてこの垂直平坦部材は、部材１０Ｖ
Ｃより槽壁に結合される（第２図および第３図）。この
電解槽を、比較例と同様ＶＣ３ＯＯｔ／ｔの塩化ナトリ
ウム溶液の電解に使用した。安定後の電圧降下は、指状
部材の端部と中点間において４０ｍＶ）指と箱間におい
て５０ｍＶ）したがつて全電圧降下は９０ｍＶであつた
。電解槽の始動に続く数時間または３０月の動作時間後
のいずれにおいても認め得るほどの変化は観察されなか
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図は横断指を備える形式のカソード組立体を使用す
る電解槽の斜視図、第１Ａ図は第１図の電解槽のＨ，−
Ｈ。 線に沿う水平断面図、第２図、第５図および第Ｔ図は電
解槽の一部の断面図、第３図、第４図および第６図は第
２図、第５図および第Ｔ図にそれぞれ示される部分の断
片的詳細斜視図、第８図は電解槽のカソードバンドを備
える外壁の側面図、第９および第１０図はこのカソード
バンドの変形を示す電解槽の概略図である。１：垂直壁
または包囲体、２：フランジ、３：カソードバンド、５
：指状部材、６：空間、Ｔ：オリフイス、８：水平平坦
部材、９：垂直平坦部材、１０：可撓性部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性金属の垂直包囲体を含み、該包囲体の内側に
   、穿孔金属より成りかつ槽内に延びる複数の指状部材を
   有し、該指状部材が該指状部材の方向に垂直の平面およ
   び水平面においてそれぞれ実質的に方形断面を有し、前
   記包囲体と前記指状部材間に指状部材の内部と連通する
   周囲室が設けられるカソード組立体において、前記指状
   部材が、該部材の内側に水平配置されかつ両端にて前記
   室内に配置される垂直平坦部材に固定される一連の平坦
   金属部材により強化され、そして前記垂直平坦部材が槽
   の垂直包囲体に結合されたことを特徴とするカソード組
   立体。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、水平平
   坦部材が穿孔されているカソード組立体。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、穿孔さ
   れた水平平坦部材の孔に対応する面積の割合が、１０〜
   ３０％であるカソード組立体。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、水平平
   坦部材が実質的に均一に分布されたカソード組立体。 ５ 特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、水平平
   坦部材の数が、２枚の逐次の平坦部材間の距離がカソー
   ドの上下端間の距離の５〜１５％となるような数に設定
   されたカソード組立体。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、垂直平
   坦部材が、少なくとも部分的に、槽の指状部材に相対し
   て配置されており、それらが水平平坦部材に突合せ溶接
   されているカソード組立体。 ７ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記垂
   直平坦部材が、少なくとも部分的に、指状部材間の空間
   に相対しており、水平平坦部材が前記垂直平坦部材の側
   面に溶接されているカソード組立体。 ８ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記垂
   直平坦部材および槽の垂直包囲体間の結合部材が可撓性
   の金属部材より成るカソード組立体。 ９ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記垂
   直平坦部材と垂直包囲体間の結合が、実質的にカソード
   バンドに相対してなされ、カソードバンドが槽の垂直包
   囲体の外側に取り付けられたカソード組立体。 １０ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、垂直
   平坦部材が、その端部にて槽の垂直包囲体の上縁および
   下縁に溶接され、該垂直包囲体にカソードバンドが取り
   付けられたカソード組立体。