JPS62146286A - 補助電極 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、塩化アルカリを電解するためのイオン交換膜
法複極式電解槽に使用される補助電極に関するものであ
る。さらに詳しくは、リーク電流に１為陰極還元反応に
伴って陰極液中に不純物として存在する金属イオンが金
属に還元され、生成した金属が単位電解槽に陰極液を給
・排液するための単位電解槽お工びヘッダーのノズルに
付着して電解液の流路を狭窄することを防止するために
装着される補助電極に１関するものである。

尚、陰極液中の不純物である金属イオンは、鉄イオンが
主成分なので、以下鉄イオンに関してのみ説明する。

従来の技術 一般だ電解槽は、複極式電極を用い、多数の単位電解槽
を電気的に直列につなぎ、各単位電解槽毎に並列に給排
液するのが良いことは工〈知られている。

複極式の電極を用いれば、各電極毎の結線は不要となり
、電解槽の構造は簡単になる。

また、複極の対数が増加すると電解電圧が犬きくなるが
、電解電流は一定なので、同じ電解電力に対して、大電
圧、小電流となり、整流器のシリコンサイリスターや、
シリコンダイオード等の逆耐電圧の限度近くまで利用出
来、整流器も、ブスバーもコンパクトにかつ安価に出来
る。

また、各単位電解槽への給排液は各対振に並列に行われ
るのが普通である。直列に給排液すれば、各単位電解槽
毎の液組成や、ガスの量等が異なり、各単位電解槽共適
正な電解条件を保つのが困難になるためである。

多くの利点を持つ複極式電解槽であるが、リーク電流を
生ずる欠点がある。電気的に直列につながれた複極を通
って、電解槽内を電解反応を起しつつ流れる電解電流に
対し、給排液を通って端陽極側から端陽極側に向ってリ
ーク電流が流れる。その量は給排液を並列に行っている
ために複極の単位電解槽の数の増大と共にいちじるしく
増大する。このリーク電流は有効な電解電流の減少によ
るエネルギーロスとなるばかりでなく、陽極酸化反応に
伴う電解槽金属材料の腐食、陰極還元反応に伴う鉄金属
の析出による給・排液流路の狭窄城の弊害を生じる。こ
のため、リーク電流の完全防止、或いは減少させるため
に徨々の工夫がなされている。

例えば、給・排液管路の電気抵抗を大きくすることでリ
ーク電流を減少させる方法（特公昭４７−１９７７７号
公報、特公昭４９−３３２６５号公報、特開昭５３−１
４１９６号公報等）、電解液の流下を局部的に遮断する
方法（実公昭４０−８８０４号公報、特開昭５２−３０
２７９号公報、％開昭５３−４５６９８号公報〕等を挙
げることが出来る。

しかし、これ等の例をみても工業的にリーク電流を零に
することは難しく、むしろ成る程度のリーク電光を許容
出来る工う電解槽構造等を工夫し、複極式電解槽の特長
を生かす方が得策と考えられる。

本発明が解決しょうとする問題点 塩化アルカリの電解においては、特に問題となる副反応
もないので、電力原単位を削減するため電解温度を高く
して電解電圧を下げる方が有利であり、電解槽、電解液
の給・排液用ヘッダー等には耐食性の優れた金属が多く
用いられている。一般に、陽極側材質としてチタンが用
いられ、陰極側材質として軟鋼、ステンレス鋼、ニッケ
ル等が用いらレル。

また、電解槽とヘッダーを結ぐ給・排液用ホースとして
は、電解槽とへラダーを電気的に絶縁するため、プラス
チック製ホースが用いられる。一般に、耐熱性お工び耐
薬品性に優れたフッ素樹脂梨ホースが用いられる。

陰極側材質として用いられる軟鋼、ステンレス鋼、ニッ
ケル等は、リーク電流の流出による陽極酸化反応ではほ
とんど腐食されないので、これ等の金属をリーク電流が
流出する給・排液用ノズルとして用いるに当って特別な
対策は必ずしも必要でない。

しかし、これ等の金属をリーク電流が流入する給・排液
用ノズルとして用いる時、リーク電流の陰極還元反応に
エリ陰極液中の鉄イオンが鉄金属に還元されてノズルに
付着シ、陰極液の流路を狭窄する。このため各単位電解
槽に供給される陰極液量が不均一となυ、電解電圧の上
昇、電流効率の低下、電解槽内圧の上昇、イオン交換膜
の物理的損傷等の問題を生じる。いままでこの問題に対
しては有効な解決方法が見出されていない。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、リーク電流による陰極還元反応に伴って
生成した鉄金属が、陰極液量・排液用ノズルに付着して
陰極液の流路を狭窄することを防止するために鋭意検ｔ
′４を続けた結果、 多数の単位電解槽からなる複極式電解槽に陰極液を給・
排液する池めの単位電解槽またはヘッダーに電気的に接
続された補助電極において、該補助電極が、 ａ、　　リーク電流が流入するノズルに電気的に接続さ
れ、 ｂ、　陰極液を給・排液するための単位電解槽とヘッダ
ーをつなぐ絶縁性のホース内において、 リーク電流が流出するノズルの方向に突出している とき、陰極液の流路の狭窄が効果的に防止出来ることを
見出し、本発明を完成した。

尚、本発明でいう補助電極とは、リーク電流が流れる回
路中に、リーク電流を流出または流入させる目的で設置
した電極である。

次に、本発明を分り易くするため、図面を用いて説明す
る。

陽イオン交換膜を隔膜とする食塩電解槽の代表例を第１
図に示した。

陽イオン交換膜１を介して、陽極２と陰極３が相対して
対を形成している。隣あった対同志は隔壁４Ｌり区切ら
れている。隔壁４と陽極２の間には空間があり、陽極室
５を形成している。隔壁４とｉ実極３との間にも空間が
あり、陰極室６を形成している。それぞれ隣の対の陽極
２と陰極３、陰極３と陽極２は隔壁４を通じて電気的に
つながっている。隔壁４をへだ工て隣同志の陽極２と陰
極３とは一体となつ″′Ｃ製作されている。これを中枠
７という。両端には、陽極室のみ有する陽極枠８と陰極
室のみ有する陰極枠９がある。この陽極枠８と陰極枠９
の間に中枠γを多数（（Ｎ　−１）対）配置し、枠同志
の間にはそれぞれ陽イオン交換膜１をはさむ。これらの
枠と膜を雨漏から油圧等のパワーシリンダー又は締付ボ
ルトに工り締め付けて組立てる。

隣り合った２組の中枠の夫々の陽極室と陰極室及び間に
はさみ込まれた陽イオン交換膜にＬす単位電解槽がＮ対
構成される。

それぞれの陽極室５には陽極液給液ホース１０、陽極液
排液ホース１１が設けられ、それぞれ陽極液給液ヘッダ
ー１４と陽極液排液ヘッダー１５にエリ並列に給排液さ
れる。

それぞれの陰極室６には陰極液給液ホース１２、陰極液
排液ホース１３が設けられ、それぞれ陰極液給液ヘッダ
ー１６と陰極液排液ヘッダー１７に工り並列に給排液さ
れる。

この工うな複極式電解槽に通電すると、第２図に点線で
示す工うなリーク電流ｉが陰極液給排液ホース１２．１
３及びヘッダー１６．１７を通して流れる。同様の事が
陽極液系でも言える。

陰極液給液ホース１２を通って逃げる＋７−り電流は陽
極枠に最も近い単位電解槽からのリークｔ　ａ　ｌ　ｔ
　が最大テＩｌｌ　次１　ｔ　、　　ｉ　ｓ　ト小さく
なる。そして、お工そ　／２対目近辺でほぼ零となり、
次いで陰極液給液ホース１２を通って陰極室に入るリー
ク電流が順次増加し、陰極枠に最も近い単位電解槽即ち
Ｎ対目のリーク電流ＩＮが最大となる。

中枠の拡大模式図を第３図に示す。陰極室６は、隔壁４
と外枠１９で仕切られる。陰極液は給液用ヘッダー１６
から給液用ヘッダーノズル２１、絶縁性の給液ホース１
２、給液用単位電解槽ノズル２２を通って陰極室６に給
液され、更に陰極室６から排液用単位電解槽ノズル２３
、絶縁性の排液ホース１３、排液用ヘッダーノズル２４
を通って排液用ヘッダー１７に排液される。（以下、収
給・排液系を単位給・排液系と呼ぶ。）陰極３は陰極リ
ブ１８に工って隔壁４に電気的に接続されており、陽イ
オン交換膜１はガスケット２５に工り中枠の間にはさみ
込まれている。

図中のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、給・排液ノズルにおいてリー
ク電流が流出または流入する位置を簡易的に示したもの
でおり、Ａは給液用ヘッダーノズル、Ｂは給液用単位電
解槽ノズル、Ｃは排液用単位電解槽ノズル、Ｄは排液用
ヘッダーノズルでの位置を示す。

該単位給・排液系が陽極枠に近いｎ対目であるとすれば
、リーク電流ｉｎはＢ−）Ａお工びＣ−＋Ｄの方向に流
れる。この際、補助電極がないと（１）式の陰極還元反
応に工って陰極液中の鉄イオンが鉄金属に還元されて、
リーク電流が給・排液用ヘッダーに流入する位置のＡお
工びＤに鉄金属が付着する。この場合、リーク電流が流
出するノズルは、ＢおＬびＣであり、リーク電流が流入
するノズルは、Ａお工びＤである。

Ｆｅ　　＋　　ｎｅ−−＋　Ｆｅ　　−−−（１）また
、収給・排液系が陰極枠に近いｎ′対目であるとすれば
、リーク電流ｌ′はＡ−＋Ｂお工びｌ）　−＋　Ｃの方
向に流れ、鉄金属がリーク電流が単位電解槽へ流入する
位置のＢお工びＣに付着していた。この場合は、リーク
電流が流出するノズルは、Ａお工びＤであり、リーク電
流が流入するノズルは、Ｂお工びＣである。

この工うにして付着した鉄金属の量は、電解の継続に伴
って次第に増加して陰極液の流路を狭窄し、遂にはほと
んど閉塞するに至る。

このだめ単位電解槽に供給される陰極液景が各単位給・
排液系間で不均一となり、電解電圧の上昇、電流効率の
低下、電解槽内圧の上昇、イオン交換膜の物理曲損Ｓ等
の問題を生じていた。

陰極液の給・排液用ノズルのうち、リーク電流が流入す
るノズルに、本発明で規定する特定の構造を持った補助
電極を電気的に接続するとき、リーク電流による鉄イオ
ンの還元お工び鉄金属の付着は、補助電極上のリークを
流が流出するノズルに近い先端の部分で起こる。補助電
極に付着した鉄金属の故は、電解の継続に伴って増加し
て行くが、ある程度の大きさにまで成長すると陰極液の
流れの抵抗が大きくなって補助電極から剥離し、吹き飛
ばされる。このため、問題となるほど鉄金属が付着する
ことはなく、また各単位電解槽への陰極液の流量が不均
一になることもない。

本発明において、リーク電流が流入するノズルは、前述
の工うに、複極式電解槽中の単位給・排液系の位置に工
つて異なり、どのノズルに補助電池を電気的に接続すべ
きかは複極式電解槽中の単位給・排液系の位置に工って
異なる。すなわち、陰極枠に近い位置にある単位給・排
１夜系では、補助電極は給液用ヘッダーノズルお工び排
液用へラダーノズルに電気的に接続され、また陰極枠に
近い位置にある単位給・排液系では、補助電極は給液用
単位電解槽ノズルお工び排液用単位電解槽ノズルに電気
的に接続される。

勿論、陰極液の圧力損失を均一にする等の目的に応じて
、すべての給・排液用ノズルに補助＠極を固定すること
は何んら問題ない。

本発明の補助′！Ｉ！極は、陰極液を給・排液するため
の単位電解槽とヘッダーとをつなぐ絶縁性のホース内に
おいて、リーク電流が流入するノズルに電気的、に接続
され、リーク電流が流入するノズルから、リーク電流が
流出するノズルの方向に突出していなければならない。

この理由は、以下の工うに考えることが出来る。ノズル
を流出したリーク電流は、ホース内における隆極故のＩ
Ｒ損か最小となる工うに、リーク電流が九人するノズル
の先端の位置に流人し、その位イ眞で、鉄イオンの還元
お工ひ鉄金属の付着を生ずる。従って、補助電極に鉄金
属の付着を優先的ＶＣ生じさせ、ノズルへの鉄金属の付
着を可及的に防止するには、補助電＠を、それが電気的
１／Ｃ接続されたノズルからリーク′Ｆｊｔ流かびも出
するノズルの方向に突出していなければならない。また
、一般に給・排収用ヘッダーと坐位電解セ５をつなぐ絶
縁性のホース内で、陰極液のｂＩＬ運が最も大さいので
、補助電極に付着した鉄金属を効果的に吹き飛ばすこと
が出来る。

本発明の補助電極の形状は、線状、棒状、板状、円柱状
、リング状、金網状お工びこれ等の組み合わせのい・ず
７Ｌでも工い。然し、リーク電流を補助電極の先端の狭
い面積で流入させるとき、付着した鉄金属の付層強度が
小さく、陰極液の流れに工って容易に吹き飛ばされるの
で、補助電極の先端のリーク電流が流入する部分は径が
６１１１１Ｉ＋以下、好ましくは３簡以下の線状または
棒状であることが好ましい。

本発明の補助電極の突出している長さは、それが固定さ
れたノズルから３間以上、好ましくは１０態以上である
。突出している長さが３問未満の時には、鉄金桐が補助
電極の他に給・排液用ノズルにも付着し易くなるので好
ましくない。

また、該補助電極の先端とリーク電流が流出するノズル
の先端の距離は、３００１＋Ｉ１１以上、好ましくは５
００ｍ＋以上である。補助電極の先端をリーク電流が流
出するノズルの先端との距離が３００ｗ未満の時には、
リーク電流量が増加し易くなるので好ましくない。

本発明の補助電極の材質は、一般に塩化アルカリ電解に
おいて陰極側材質として用いられる軟鋼、ステンレス鋼
、ニッケル等が用いられる。また、目的に応じてはこれ
等の材質に、一般に活性隙極用被覆として用いられるニ
ッケル、コバルト等の遷移金稙または遷移金檎酸化物、
白金、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、ロジウム
等の貴金属または貴金稙酸化物等を被覆して用いても工
い。

これ等の補助電極を給・排液用ノズルに電気的に接続す
る方法は、溶接、ビス止め、ねじ込み等を用いることが
出来るが、各接法が最も好ましい。

実施例 以下実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明はこ
れ等の実施例だけに限定されるものではない。

実施例−１〜７　及び比較例−１ 第１図及び第３図に示した電解槽で食塩電解を行った。

陽イオン交換膜１は外寸１２５０＋ｍＸ２４５０謹でカ
ルボン酸基をもった弗素樹脂でつくられたもの（Ａｃ１
ｐｌａｘ　ｋ−１０５■旭化成工業ＫＫ製）を使用した
。陽極２は外寸１１５５　ｍ　Ｘ２３５５＋ｍでチタン
ラスメタルに酸化ルテニウム、酸化チタニウムお工び酸
化ジルコニウムの固溶体を被覆したもので、陰極３は１
１５５＋ｍｎＸ２３５５ｅｍＯ外寸でニッケル金網基材
に酸化ニッケルをプラズマ溶射したもので、チタニウム
板をステンレス鋼（ｓｔｊｓ−３０４Ｌ）に爆発圧着し
て作られた隔壁４に、チタンの陽極リブ、ステンレス鋼
の陰極リプ１８を介して、溶接で取りつけた。陽極室は
厚み２５酎で、接液部はすべてチタンライニングし、内
径１６１、長さ５５咽のチタン製陽極ノズルを給排液口
に溶接して取りつけた。陰極室６は室の厚さ２５間で、
すべてステンレス鋼であり、内径１６ｍ、長さ５５団の
ステンレス鋼製の給液用単位電解槽ノズル２２おＬび排
液用単位電解槽ノズル２３を＠接して取り付けた。陽陰
極液給液ホース１０．１２は内径１１闘、陽陰極液排液
ホース１１．１３は、内径１６団、長さ１０００簡のテ
フロン製ホースである。陽極液給液用ヘッダー１４は内
径１５０閣、陽極液排液用ヘッダー１５は内径１５０ｍ
のチタンパイプであり、内径１６ｍ、長さ５５ｍのチタ
ン製置・排液用ノズルを溶接して取付けた。また陰極液
給液用ヘッダー１６は内径１５０ｍ５＋、陰極液排液用
ヘッダー１７は、内径２５０＋ｍのステンレス鋼パイプ
であり、内径１６聰、長さ５５震のステンレス鋼製の給
液用ヘッダーノズル２１お工び排液用ヘッダーノズル２
４を溶接して取付けた。ガスケット２５は、ＥＰＴゴム
に補強用のナイロン裂織布を埋込んだものを用いた。

補助電極は、陽極枠から数えて１対目工り２０対目まで
の単位電解については陰極液給液用ヘッダーノズルお工
び陰極液排液用へラダーノズルに、また陽極枠から数え
て６１対目エリア５対目の単位電解槽については陰極液
給液用単位電解槽ノズルお工び陰極液排液用単位電解槽
ノズルに溶接して取付けた。

本発明の実施例に使用した補助電極の形状を第４〜６図
に示す。第４図は棒状の補助′１極で、ｔは突出し長さ
、ｄは棒の先端での直径を示す。第５図はリングと棒状
とを組み合わせた補助電極で、ｔは突出し長さ、ｄは棒
の先端での直径を示す。第６図は半割り円柱状の電極で
、ｔは突出し長さを示す。

また、比較のため陽極枠から数えて７６対目エリ８０対
目までは補助電極を取付けなかった。陽極枠から数えて
２１対目工す６０対目１でのノズルにも補助電極を取付
けなかった。

この工うな単位電解槽を８０対組み上げ、両端から油圧
プレスで締めつけた。

この電解槽で、陽極液として１７５ｐ／４の食塩水、陰
極液として４００１／ｌの苛性ソーダ水溶液を、各電解
室への供給量はともに１０００ｔ／時、電解温度９０℃
、電流密度３０乃至４０Ａ／ｄｍ”で３ケ月間連続運転
をした。陰極液中の鉄イオンは０．５乃至１．０〜／ｌ
であった。

解体して、ノズルの鉄の付着状況を観察した結果を第１
表に示す。

本発明の補助電極を備えた給排液ノズルは、実施例−４
を除いて鉄金属による陰極液流路の狭窄は全く問題にな
らない程度であシ、付着した鉄金属も軟く、付着強度が
弱い状態であった。また、実施例−４の場合でも、補助
電極を備えない比較例−１の場合りりも陰極液流路の狭
窄状態は良好であった。比較例−１では付着した鉄金属
が硬く、付着強度が強い状態であった。

発明の効果 以上詳述した工うに、本発明の補助電極に工れば、給排
液ノズルに金属が付着して電解液の流路が狭窄されるの
を防止することができ、円滑な電解運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、陽イオン交換膜を用いた複極式電解槽の原理
図を示す。第２図は、陰極液の給排液配管を流れるリー
ク電流を示す。第３図は中枠の給排液の模式図を示す。 第４図は、棒状の補助電極を示す。第５図はリング状と
棒状とを組み合わせた補助電極を示す。第６図は、半割
り円柱状の補助電極を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の単位電解槽からなる複極式電解槽の陰極液
   系の単位電解槽またはヘッダーに 電気的に接続された補助電極であって、 ａ、リーク電流が流入するノズルに電気 的に接続され、 ｂ、陰極液を給排液するための単位電解 槽とヘッダーをつなぐ絶縁性のホース内 で、リーク電流が流出するノズルの方向 に突出している ことを特徴とする補助電極。
2. （２）給、排液用ノズルに固定された補助電極の突出し
   ている長さが３ミリメートル以上 であり、該補助電極の先端とリーク電流が 流出するノズルの先端との距離が３００ミ リメートル以上である特許請求の範囲第１ 項記載の補助電極。