JPS6327432B2

JPS6327432B2 -

Info

Publication number: JPS6327432B2
Application number: JP55183782A
Authority: JP
Inventors: Eiji Itoi
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1988-06-02
Also published as: JPS57108278A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、イオン交換膜法塩化アルカリ塩水溶
液の複極式フイルタープレス型電解槽に関する。
更に詳しくは、陽イオン交換膜法塩化アルカリ塩
水溶液の複極式フイルタープレス型電解槽で、陽
極と隔壁間及び／又は陰極と隔壁間をバネ性を有
する導電部材で電気的、機械的に接続して、陰極
及び／又は陽極が前後に移動できるようにして、
陽イオン交換膜と陽極及び陽イオン交換膜と陰極
とが実質的に接触するか、又は、近似的に接触さ
せて塩化アルカリ塩水溶液を電解して、苛性ソー
ダと塩素を製造する際に、電流効率をそこなわず
に電解槽電圧を低減し、電力効率を向上させる電
解槽を提供することにある。

従来から、塩化アルカリ塩水溶液の電解方法に
は、陰極に水銀を用いる水銀法電解槽と水銀を用
いない隔膜法（アスベスト隔膜法）とが採用され
ている。

水銀法にあつては、陰極に水銀を使用するため
に製品苛性ソーダ及び水銀に接触した排水中に水
銀が含有されるため、環境汚染の問題で世界的に
非水銀法のプロセスが採用される傾向にある。
又、水銀法は電解電力原単位が平均3200KWH／
ｔ NaOHと電力効率が悪い。

アスベスト隔膜法においては、水銀を使用しな
いので、水銀による環境汚染の問題は起らない
が、アスベストによる環境汚染の問題が残つてい
る。又、電解電力原単位は平均2500KWH／ｔ
NaOHで電力効率は高いが、生成される苛性ソ
ーダの濃度が10〜12％と低濃度であるために、50
％まで濃縮するのに約2.5t／ｔ NaOHの蒸気が
必要とされ、総合エネルギー効率で見た場合、水
銀法よりエネルギー効率が悪い。

一方、近年開発され企業化されている陽イオン
交換膜を隔膜としたイオン交換膜法においては、
水銀もアスベストも使用しないので環境汚染の問
題は全くなく、生成される苛性ソーダの濃度も20
〜40％と高く、電解電力原単位は平均
2500KWH／ｔ NaOHで50％まで濃縮するのに
約0.4t／ｔ NaOHの蒸気が必要とされるが、総
合エネルギー効率は一番良い。

本発明者は、イオン交換膜法電解において、更
に電解電力を低減するために種々検討、実験した
結果、陽イオン交換膜を陽極と陰極との間に介在
させた電解槽を用いて、陽イオン交換膜を陽極及
び陰極に実質的に接触させるか、又は近似的に接
触した電解槽で、電流効率をそこなわずに最も低
い電解槽電圧にすることができる電解槽は、陰極
と隔壁間及び／又は陽極と隔壁間をバネ性を有す
る導電部材で電気的、機械的に接続して、陰極及
び／又は陽極が前後に移動できるようにして、陽
イオン交換膜を陽極及び陰極に実質的に接触させ
るか又は、近似的に接触させた複極式フイルター
プレス型電解槽であることを見い出した。即ち、
陽イオン交換膜で陽極室と陰極室とに区分された
複極式フイルタープレス型電解槽において、陰極
と隔壁間及び／又は陽極と隔壁間に、例えば導電
性を有する断面が円形またはだ円形の板バネを設
けて、陰極及び／又は陽極が前後に移動可能と
し、これらの陽極と陰極との間に陽イオン交換膜
を介在させて電解槽を組み立てたとき、板バネに
よつて陽極及び陰極が陽イオン交換膜に実質的に
接触するか又は、近似的に接触するようにする。
陽イオン交換膜と陽極及び陰極とを接触させると
きの接触圧力は、陽イオン交換膜に傷を与えない
程度の接触圧力に保持しなければならない。接触
圧力を例えば、バネによる圧接力を陽イオン交換
膜の有効電解面積で除した値で示せば、接触圧力
は０〜100×10^-3g／cm²とすることができるが、好
ましくは０〜60×10^-3g／cm²とすることがよい。
又、電解槽の運転中には陽極室内圧力と陰極室内
圧力との間に差が生じる。その差圧によつて陽イ
オン交換膜と陽極及び／又は陰極との間隔が開く
ことを防止するために、陰極及び／又は陽極裏面
にストツパーを設けることも出来る。

かようにすることにより、この電解槽を用いて
塩化アルカリ塩水溶液を電解すると極間距離は陽
イオン交換膜の厚さのみであり、100〜500μ程度
となる。また、電極面で発生したガスは電極の裏
面から抜け出るために、陽極と陽イオン交換膜及
び陰極と陽イオン交換膜との間に入り難くなり、
結果的に電解槽電圧が低減するものと考えられ
る。又、陽極室内圧力と陰極室内圧力との差が生
じてもバネ性を有する導電部材により陰極及び／
又は陽極が前後に移動可能であるので、常に陽イ
オンン交換膜と陽極及び陰極とは接触ないし近似
させることができ、かつ、陽イオン交換膜に傷を
つけることがなく安定に運転することができる。

更に理解を深めるために添付図面により説明す
る。

第１図は本発明の複極式フイルタープレス型電
解槽の複極エレメントの断面説明図であり、第２
図は第１図の複極エレメントを組み立てたときの
断面説明図である。

１はチタン製陽極で、その表面にルテニウム、
白金、イリジユーム、パラジユーム等の貴金属又
はその酸化物をコーテイングしたものが用いられ
る。２は陰極で鉄、ステンレス製の金網又はメツ
シユ状体のものが使用され、ロダンニツケルをメ
ツキしたもの、又は、ラネーニツケルとニツケル
を共電着したものも使用することができる。３は
バネ性を有する陽極側の導電部材で、チタン、タ
ンタル、ニオブ又はその合金を使用することがで
きる。４はバネ性を有する陰極側の導電部材で、
鉄、鋼、ステンレス製のものを使用することがで
きる。５及び６は陽極室及び陰極室である。７は
複極式電解槽エレメントの隔壁であり、一般には
鉄製のものが使用され、陽極側は耐塩素性の金
属、例えばチタン等のライニングが施される。ま
た、７は樹脂で製作することもできる。８は複極
式電解槽エレメントの室枠であり、一般には鉄製
のものが使用され、陽極側は耐塩素性の金属、例
えばチタン等のライニングが施される。また、８
は樹脂で製作することもできる。９及び１０は陽
極液、ガスの出口ノズル及び陰極液、ガスの出口
ノズルである。１１及び１２は飽和塩水の供給ノ
ズル及び水又は稀薄苛性ソーダ水溶液の供給ノズ
ルである。また１３は陽イオン交換膜で１４はガ
スケツトである。

陽極１及び陰極２はフリーな状態では導電部材
３及び４により両側に拡つている。フリーな状態
での陽極１及び陰極２は電解槽を組み立てたとき
の陽極及び陰極位置よりも１〜10mm拡つているよ
うにすることができるが、好ましくは２〜５mmで
ある。

バネ性を有する導電部材３及び４の厚さは0.1
〜５mmとすることが出来るが、電気抵抗を小さく
し、かつバネ性を保持するためには0.3〜３mmと
することが好ましい。また、該導電部材の巾につ
いても１〜200mmとすることができるが、好まし
くは３〜100mmである。また、断面円形のバネ性
を有する導電部材３及び４の一端は陽極１及び陰
極２と溶接又はボルトナツト等により電気的、機
械的に接続され、他端は隔壁７に溶接又はボルト
ナツト等により電気的、機械的に接続される。該
導電部材３及び４の数は電流密度及び導電部材の
材質の固有抵抗により異るが複極式電解槽エレメ
ントの陽極１と陰極２との間の電気抵抗が300mv
以下、好ましくは200mv以下になるようにするこ
とが大切である。

第３図及び第４図は本発明の複極式フイルター
プレス型電解槽の他の態様を示すもので、第３図
は複極エレメントの断面説明図であり、第４図は
複極式エレメントを組み立てたときの断面説明図
である。

この電解槽は陽極１は導電性リブ３により隔壁
７に固定されており、陰極２のみが、前後に移動
可能としたものである。１はチタン製陽極でその
表面にルテニウム、白金、イリジユーム、パラジ
ユーム等の貴金属又はその酸化物をコーテイング
したものが用いられる。２は陰極で鉄、ステンレ
ス製の金網又はメツシユ状体のものが使用され、
ロダンニツケルをメツキしたもの又は、ラネーニ
ツケルとニツケルを共電着したものも使用するこ
とが出来る。３はバネ性を有さない陽極側の導電
部材で、例えばリブ状のもので、チタン、タンタ
ル、ニオブ又はその合金を使用することができ
る。４は断面円形のバネ性を有する陰極側の導電
部材で、例えば板バネで鉄、鋼、ステンレス製の
ものを使用することができる。５及び６は陽極室
及び陰極室である。７は複極式電解槽エレメント
の隔壁で、一般には鉄製のものが使用され、陽極
室側には耐塩素性の金属、例えばチタン等のライ
ニングが施される。また、隔壁７は、樹脂で製作
することもできる。８は複極式電解槽エレメント
の室枠であり、一般には鉄製のものが使用され、
陽極室側は耐塩素性の金属、例えばチタン等のラ
イニングが施される。また、室枠８は樹脂で製作
することもできる。９及び１０は陽極液、ガスの
出口ノズル及び陰極液、ガス出口ノズルである。
１１及び１２は飽和塩水の供給ノズル及び水又は
稀薄苛性ソーダ水溶液の供給ノズルである。ま
た、１３及び１４は陽イオン交換膜及びガスケツ
トである。

陰極２はフリーな状態では導電部材４により外
側に拡つている。フリーな状態での陰極２は電解
槽を組み立てたときの陰極２の位置よりも２〜15
mm拡つているようにすることができるが、好まし
くは３〜10mmである。

導電部材３は溶接等の慣用手段により陽極１及
び隔壁７に電気的、機械的に接続される。バネ性
を有する導電部材４の厚みは0.1〜５mmとするこ
とができるが、電気抵抗を小さくし、かつバネ性
を保持するためには、0.3〜３mmとすることが好
ましい。該導電部材の巾についても１〜200mmと
することができるが、好ましくは３〜100mmであ
る。また、バネ性を有する導電部材４の一端は陰
極２と溶接又はボルトナツト等により電気的、機
械的に接続され、他端の隔壁７に溶接又はボルト
ナツト等により電気的、機械的に接続される。該
導電部材４の数は電流密度及び導電部材の材質の
固有抵抗により異るが、複極式電解槽エレメント
の陽極１と陰極２との間の電気抵抗が300mv以
下、好ましくは200mv以下になるようにすること
が大切である。

第５図は、バネ性を有する導電部材の他の態様
を示す部分断面図で、だ円形のバネ性を有する導
電部材を示すものである。

本発明の範囲は勿論、これら図面に記載された
もののみに限定されるものではない。

実施例１電解面の高さが1000mm、巾が300mmで陽極室枠
の巾が50mm、陰極室枠の巾が50mmである、第１図
に示される複極エレメントを製作し、第２図の如
く組み立てた。陽極は目開きの長手方向寸法
（LW）12.7mm、短手方向寸法（SW）が6.3mmで厚
さ1.57mmのチタン製メツシユの表面に酸化ルテニ
ウムをコーテイングしたものを使用し、断面円形
のバネ性を有する陽極側導電部材には厚み0.6mm
で巾50mmのチタンパイプ10枚を縦方向に２列に配
置した。陰極の目開きの長手方向寸法（LW）が
20mm、短手方向寸法（SW）が10mmで厚さが1.8mm
の鉄製メツシユを使用し、断面円形のバネ性を有
する導電部材は厚み0.4mmで巾50mmの鋼パイプ10
枚を縦方向に２列に配置した。フリーな状態での
複極式フイルタープレス型電解槽エレメントの陽
極陰極との間の距離は120mmであつた。ガスケツ
トには陰極側にのみ３mmの天然ゴム製のガスケツ
トを使用し、また、陽イオン交換膜にはカルボン
酸基をイオン交換基とするフツ素系の膜（厚さ約
約300μ）を使用し、電解槽を組み立てた。電解
槽組み立て後の電解槽エレメントの陽極と陰極間
距離はほぼ113mmであり、陽イオン交換膜と陽極
及び陰極とは実質的に接触している。かような電
解槽の陽極室に17.3／ｈで飽和塩水を供給し、
陰極室には1.9／ｈで水を供給しながら電流密
度20A／ｄm²、苛性ソーダ濃度35％、運転温度90
℃で29日間運転を行つた結果、下記のようであつ
た。

通電電流 1200A 電解槽電圧 3.11V 電流効率（NaOH） 94.6％電解電力原単位
2200DC―KWH／t100％ NaOH エレメントの陽極と陰極間電圧 0.08V 実施例２電解面の高さが1000mm、巾が300mmで陽極室枠
の巾が50mm、陰極室枠の巾が50mmである、第３図
に示される複極エレメントを製作し、第４図の如
く組み立てた。陽極には実施例１と同じ仕様のも
のを使用し、導電性リブ３には厚み３mmで巾48.5
mmのチタン板２枚を縦方向に配置した。陰極は実
施例１と同じ仕様のものを使用し、断面円形のバ
ネ性を有する導電部材４は厚み１mmで巾50mmの鋼
パイプ10枚を縦方向に２列に配置した。フリーな
状態での複極式フイルタープレス型電解槽エレメ
ントの陽極と陰極との間の距離は119mmであつた。
ガスケツトには陰極側にのみ３mmの天然ゴム製の
ガスケツトを使用し、また、陽イオン交換膜には
カルボン酸基をイオン交換基とするフツ素系の膜
（厚さ約300μ）を使用し、電解槽を組み立てた。

電解槽組み立て後の電解槽エレメントの陽極と
陰極との間の距離はほぼ113mmであり、陽イオン
交換膜と陽極及び陰極とは実質的に接触してい
る。

かような電解槽の陽極室に17.3／ｈで飽和塩
水を供給し、陰極室には1.9／ｈで水を供給し
つつ、電流密度20A／ｄm²、苛性ソーダ濃度35
％、運転温度90℃で30日間運転を行つた結果、下
記のようであつた。

通電電流 1200A 電解槽電圧 3.10V 電流効率（NaOH） 94.5％電解電力原単位
2200DC―KWH／t100％ NaOH エレメントの陽極と陰極間電圧 0.04V 比較例電解面の高さが1000mm、巾が300mmで陽極室枠
の巾が50mm、陰極室枠の巾が50mmである従来の複
極式フイルタープレス型電解槽を組み立てた。陽
極には実施例１と同じ仕様のものを使用し、導電
性リブには厚み３mmで巾48mmのチタン板２枚を縦
方向に配置した。陰極には実施例１と同じ仕様の
ものを使用し、導電性リブには厚み３mmで巾45mm
の鉄板２枚を縦方向に配置した。

ガスケツトは実施例１と同じ仕様のものを使用
し、陽イオン交換膜についても実施例１のものと
同じ仕様のものを使用して電解槽を組み立てた。

かような電解槽の陽極室に17.3／ｈで飽和塩
水を供給し、陰極には1.9／ｈで水を供給しつ
つ、陰極室圧力を陽極室圧力よりも高くして、電
流密度20A／ｄm²、苛性ソーダ濃度35％、運転温
度90℃で27日間運転を行つた結果、下記のようで
あつた。

陽極と陽イオン交換膜との距離密着陰極と陽イオン交換膜との距離ほぼ４mm 通電電流 1200A 電解槽電圧 3.34V 電流効率（NaOH） 94.6％電解電力原単位
2370DC―KWH／t100％ NaOH エレメントの陽極と陰極間電圧 0.03V

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複極式フイルタープレス型電
解槽の複極エレメントの断面説明図である。第２
図は第１図の複極エレメント２個を陽イオン交換
膜を用いて組立てた電解槽の部分断面図である。
第３図は本発明の複極式フイルタープレス型電解
槽の他、態様の複極エレメントの断面説明図であ
る。第４図は第３図の複極エレメント２個を陽イ
オン交換膜を用いて組立てた電解槽の部分断面図
である。第５図は、バネ性を有する導電部材が断
面だ円形のバネ性を有する導電部材である態様を
示す部分断面説明図である。１……陽極、２……陰極、３，４……バネ性を
有する導電部材、７……隔壁、１３……陽イオン
交換膜。

Claims

【特許請求の範囲】１陽イオン交換膜で陽極室と陰極室とを区分さ
れた複極式フイルタープレス型塩化アルカリ電解
槽において、陽イオン交換膜と陽極及び陽イオン
交換膜と陰極とが接触ないし近接するようにこれ
らを配置し、陽極と隔壁間及び／又は陰極と隔壁
間を断面が円形またはだ円形のバネ性を有する導
電部材で電気的、機械的に接続して、陽極及び／
又は陰極が前後に移動できるようにしたことを特
徴とする複極式フイルタープレス型電解槽。２陽極と隔壁間は導電性を有するリブで電気
的、機械的に接続、固定され、陰極と隔壁間を断
面が円形またはだ円形のバネ性を有する導電部材
で電気的、機械的に接続されて、陰極が前後に移
動できるようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の電解槽。