JPS60138087A - 塩化アルカリ溶液電解用電解槽 - 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】 位電解槽の陰極室で生ずる腐食を完全に防止する電解槽
を提供するものである。

塩化アルカリ水溶液を電解して苛性アルカリと塩素を製
造する方法として例えばイオン交換膜をはさんで陰、陽
極を設け、陰・陽極を形成し、塩化アルカリを電解して
苛性アルカリ液を得る、いわゆるイオン交換膜沃塩化ア
ルカリ電解方法がある。かかる方法を用いる電解槽プラ
ントは単極式電解槽を電気的に直列に接続して形成され
たり、或いは複極式電解槽を電気的に複数個並列および
／または直列に接続して形成される。

この様な電解槽プラントを用いて塩化アルカリ溶液を電
解して生成した苛性アルカリ水溶液は複数個の単位電解
槽間に亘って設けられた共通の通路を通じてタンク等に
集められる。また、複数個の単位電解槽への液供給につ
いても共通の通路を通じて各々の単位電解槽へ供給され
る。しかしながら、単位電解槽は電気的に直列接続され
ているため、夫々の単位槽に於ける電位は異なっており
、電解時に単位電解槽陰極室への液供給および生成した
苛性ソーダ水溶液を共通の通路を抜き出す際にはかかる
液を通じて電解電流の一部が漏洩し、かかる電流の漏洩
のため、電解槽本体、特に本体の液供給ノズルおよび生
成液抜出ノズル付近はいわゆる電極の作用をし、この部
分で電池を形成し、陽極として作用する箇所では陽極酸
化現象により腐食される。すなわち、電食を生じる。

従来、このような電解槽ノズル部で生ずる電食を防止す
る方法としてノズル内に絶縁性のパイプを挿入しようと
する試みが提案されている（特開昭５７−１７４４７９
号）。

また、単位電解槽において電解槽上部の排出ノズルから
電解生成液および電解によって生成したガスを気液混和
で抜き出す場合、電解により発生したガスは電解室上部
に気相部を形成し、上部排出ノズルからはある瞬間には
発生がスのみが排出され、ガスが排出されるにつれて液
面が上昇し、ある瞬間には液が排出されるという現象が
起る。

このような電解室内での圧力変動はイオン交換膜、電極
、電解槽等の振動を誘発し、膜破れ、電極破損等の原因
となり、電解操業を停止し、解体補修をよぎなくされる
場合がある。

このような電解槽内での圧力変動等を防止する方法とし
てノズル内に挿入管を設け、電解槽内部での液面変動を
極力抑えようとする試みがなされている（特開昭５６−
５９８８　）。また、陰極室内の液の攪拌を目的として
液供給管を陰極室内部まで導ひこうとする試みもなされ
ている。

以上のような、電解槽特に陰極室ノズル内にこのような
挿入管を設置する方法は電解槽内部で生じる電食の防止
、圧力変動による膜破れならびに電極破壊防止、また陰
極室内で生ずる液濃度の不均一防止等の点から効果があ
る方法である。

しかしながら、この様な方法を採用した場合、新らたな
問題を生じてくる。すなわちノズル内部ならびにノズル
周辺の自然腐食問題である。陰極室材質として高級材料
を用いた場合にｉｔ比較的問題を生じないか、経済性、
製作性、操作性等を考慮して陰極室材質およびそれに付
属するノズル類等を鉄あるいは鉄系金属とした場合、ノ
ズルならびにノズル周辺の陰極室本体においては、腐食
損傷のため一定時間の電解運転後にはこれを取り換え操
作成いは溶接肉盛補修等か必要となる。

近年、電解槽浴電圧を低減するために陰極の水素過電圧
を低下させる、いわゆる活性陰極の開発が行なわれ、一
部報告されている（ソーダと塩素。

１９８１年８号ｐ、４２７・〜４４９）。これによると
陰極液中に重金属等の溶出イオンが存在していると活性
陰極上に電気化学的に析出し、本来の低水素過電圧特性
を失なう結果となる。すなわち単位電解槽に活性陰極を
取り付け、陰極としての低水素過電圧特性を長期間維持
するためには陰極室本体および該陰極室本体に付属する
ノズル等で生ずる腐食を完全に防止することが必要であ
る。

イオン交換膜電解に使用されるイオン交換膜についても
同様に陰極液中の金属溶出イオンが存在すると該イオン
交換膜表面に吸着あるいは析出し、脱退電圧特性を低ド
させることになる。従って、このことからも陰極室本体
の腐食は完全に防止する必要性を生じる。

以上の点から本発明者らは研究を重ねた結果、本発明に
到達した。

すなわち、本発明は鉄または鉄系金属基体よりなる陰極
室に設置される液供給ノズルおよび／または生成液抜出
ノズル内に絶縁性の挿入管を設けた単位電解槽において
、該ノズル材質をＮｉまたはＮｉ合金で構成することを
特徴とする塩化アルカリ溶液溶解用電解槽を提供するも
のである。

本発明は電解槽内に絶縁性の挿入管を設けることにより
、電食防止、圧力変動ならびに液濃度の不均一を防止し
、その除虫ずるノズル部ならびにノズル部近傍の腐食を
完全に防止した電解槽を、提供するものである。

この場合のノズル部およびノズル部近傍の腐食は絶縁性
の挿入管とノズルとの間のすきま構造に起因するもので
あり、すきま部では陰極電流が流れにくく陰分極による
防食がされにくいこと、すなわち、自然腐食状態になる
こと、アルカリが濃縮すること、ならびに、溶出した金
属塩の濃縮が起り易い等の理由から、鉄または鉄系金属
ノズルの腐食が激しいことを鋭意研究の結果発見し、さ
らにノズル材質をＮｉあるいはＮｉ合金に変えることに
より、ノズル部ならびにノズル部近傍で生じる腐食を完
全に防止できることを明らかにし、本発明に到ったもの
である。

本発明における電解槽本体とは槽を構成する部鍔であり
、例えば極室プール型電解槽であれば箱体；フィルター
プレス型電解槽であれば室枠がこれに相当する。槽を構
成する部材である陽極室および陽極室に付属するノズル
＠質としては一般にチタン、チタン合金、タンタル、ジ
ルコニウム、ニオブ等が用いられる。

本発明に用いられる陰極室材質としては、経済性、製作
性、操作性等を考慮して鉄、軟鋼、鋳鉄、ステンレス鋼
等が用いられる。

本発明において、陰極室に付属するノズル材質としては
、陰極防食されない自然腐食状態、アルカリが濃縮する
ような状態においても全く腐食されることのない材質で
あることが必要であり、Ｎｉ合金が好ｉしく、さらに好
ましくはＮｉである。本発明におけるＮｉ合金とは、Ｎ
ｉ含有量が３０％以上のものであり、陰極室内の温度、
濃度等の条件により、Ｎｉ合金中のＮｉ含有量は決定さ
れる。

陽陰極室に付属するノズルは溶接等により接続されてい
る態様が一般的である。陰極室ノズルの溶接に際し、耐
食性の観点からＮｉ製溶接棒を使用することが望ましい
。

本発明における電解槽のノズルはすきま部での非常に苛
酷な環境の下で優れた耐食性を有するものであれば、如
何なる態様のものも適用できることは言うまでもない。

例えば、ノズル内部をメッキ法、溶射法、蒸着法等のコ
一方インク処理、または暴着法、圧着法等によるＮｉ　
、Ｎｉ　合金のライニング処理方法等も経済性を考慮す
ると好ましい方法でおる。液供給お上び液払出ノズルと
してはパイプ状のものが多く用いられるが、その他種種
の形状のものが用いられる。

本発明において液供給排ノズル内に設置される挿入管祉
電気絶縁性であることが望ましい。電気伝導性であれば
挿入管を通って腐食電流が流れる恐れがあるからである
。挿入管材料は竹性ソーダ液、水素ガス等に対して電解
温度Ｆで耐えて電気絶縁性であればよい。

例えば、テフロン、アスベスト、塩化ビニール、アクリ
ル樹脂、ＥＰＤＭゴムやその他のゴム等が挙げられる。

挿入管の形状としてはパイプ状のものが多く用いられ、
少なくとも１箇所の開孔部を有するものである。

本発明において、挿入管の開孔部付近で電食を生じる場
合は開孔部付近にＮｉ、Ｚｒ、Ａｇ等の補助電極を設置
し、腐食を防止するための手段を講することが望゛まし
い。

本発明によれば、鉄または鉄系金属基体よりなる電解槽
陰極室に設置される液供給ノズルおよび／または生成液
抜出ノズル内に絶縁性の挿入管を設けた単位電解槽にお
いて、ノズル材質をＮｉ合金またはＮｉにすることによ
り、電解槽本体および電解槽本体に付属する金属製ノズ
ルの腐食を完全に防止することができる。このため電解
槽の寿命は著しく長くなり、特に電解槽本体材料として
高価な金属を使用しなくても十分な寿命を維持できる点
においてきわめて経済性に優れた電解槽である。

本発明は陰極室内の圧力変動による膜破れならひに電極
破壊防止、また、陰極室内で生じる液濃度の不均一防止
等の観点からも非常に有効な電解槽である。

本発明の電解槽は陰極室供給液および該陰極室抜出液中
に溶出金属イオンの量が皆無に等しいから低水素過電圧
特性を有する活性陰極を用いた場合においても活性陰極
上に溶出金属イオンの吸着、析出反応することによる劣
化を起こすことなく長期間安定な電解運転を持続して行
なうことができる。また、溶出金属イオンがないので、
隔膜として陽イオン交換膜を用いた場合は、同時に１オ
ン交換膜に対する悪影響すなわちイオン交換膜の性能低
Ｆを起こすことなく驚異的な寿命を維持することができ
る。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 陽極はルテニウムオキナイドとチタニウムオキサイドを
コーティングしたチタニウムのエキスバンドメタル、陰
極はＦｅ　のエキスバンドメタルからなる複極式電極を
有し、本体は陽極室がチタニウム、陰極室が軟鋼よりな
る通電面積２００　ｄｒ＋？（幅２ｍＸ高さ１　ｍ　）
のセルユニットを用いた。

その際、陰極室に付属するノズルはＮｉ　製とした。

本位電解槽陰極室の概略図を第１図に示す。電解槽陰極
室本体１のノズル２にはフッ素樹脂製の液供給管６およ
び生成液抜出管４を設置し、生成液抜出管４は滴Ｆ器５
に連結した。また液供給管３および滴下器５に４セルユ
ニット共通の通路６．７を接続し、液供給ノズル、生成
液抜出ノズル内にはフッ素樹脂製の挿入管８を設けた。

また、挿入管開孔部付近、または挿入管内にはＮｉ　製
の補助電極９を設置した。

上記のセルユニット２５対に陽イオン交換膜Ｎａｆｉｏ
ｎ　９０１　（商品名テユボン社＃りを隔膜としてはさ
み込み、複極式電解槽を作った。次に食塩の電解を電流
密度３０Ａ／ｄｎｒ、電解温度９０°Ｃで行なった。そ
の時の生成液中のＦ’ｅ　の濃度を１ケ月毎に測定した
。その結果、２年間運転しても生成苛性ソーダ中のＦｅ
濃度はすべて０．３ｐｐｍ以下の値を示し、２年間電解
運転後、電解槽を解体し、腐食状況を調査してみたが、
電解槽内部、特にノズル部ならびにノズル部周辺の腐食
は全く認められなかった。

（実施例２） 実施例１において陰極を以Ｆのような電気メッキしたエ
キスバンドメタルに取り換えた以外は実施例１と同一条
件で食塩の電解運転を行った。

（電気メツキ条件） １、　メッキ浴組成 硫酸ニッケル　１．０　Ｍ／ｌ チオ尿素　０．２Ｍ／ｌ ホウ酸　０．５Ｍ／１ ２、　メッキ条件 浴温　４０°Ｃ 電流密度　０．５Ａ／ｄ／ メッキ時間　１時間 その結果、セル電圧は第１表に示すようにほとんど経時
変化することなく約ｓ、１ｓＶの・一定値を示した。１
年間電解運転後、電解槽を解体し、腐食状況を調査して
みたか、電解槽内部での腐食は全く認められず、また陰
極上への析出物も全く検出されなかった。

第１表 （比較例１） 実施例２において、ノズル材質は５ＴＰＧ　（軟鋼に取
り換えた以外は実施例２と同一条件で食塩の電解を行っ
た。その結果、電解運転初期浴電圧が３１１ｖであった
。しかしながら、数日経過後から浴電圧の上昇がみられ
、約２ケ月経過後には鉄陰極を用いた場合と同じ約ｉ　
ｓ　ｏ　ｖの浴電圧を示すに至った。３ケ月電解運転後
、電解槽を解体してみた所、液供給ノズル、液抜用ノズ
ル内およびそれらノズル部周辺において激しい腐食が認
められ、また陰極上ならびにイオン交換膜上にもがなり
の量のＦｅ　の析出が起っていた。

このことからも本発明の電解槽は完全腐食防止手段を有
するばかりでなく、省エネルギーの観点からもすぐれた
電解性能を維持できる電解槽であることが明らかとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における塩化アルカリ溶液用単位電解槽
を模式的に示した説明図工ある。 １は単位電解槽 ２はノズル ３は陰極室液供給管 ４は陰極室生成液抜出管 ５は滴下器 ６は陰極室液供給管の共通の通路 ７は陰極室生成液抜出管の共通の通路 ８は挿入管　９は補助電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）鉄または鉄系金属基体よりなる陰極室に設置される
   液供給ノズルおよび／または生成液抜出ノズル内に絶縁
   性の挿入管を設け、かつ該ノズル材質をＮｉまたはＮｉ
   合金で構成してなる塩化アルカリ溶液電解用電解槽