TWI681078B - 氟電解槽陽極安裝部、氟電解槽，及氟氣之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之氟電解槽陽極安裝部(16)為，具有包圍圓筒狀陽極支撐部(14)之側壁，沿著其長度方向(D)堆疊之環狀的複數襯墊，與包圍於該等外圍之圓筒狀外裝部(23)，與相對陽極支撐部(14)固定複數襯墊及外裝部(23)之環狀固定部(24)，複數襯墊中位於長度方向之電解液槽側端部的第1襯墊(17)係由陶瓷材料所形成，接鄰於第1襯墊(17)之第2襯墊(18)係由樹脂所形成，又，陽極支撐部(14)與外裝部(23)之中心軸一致，第1襯墊之內徑(17r)僅比陽極支撐部之外徑(14R)大0.2mm~1.0mm，第1襯墊之外徑(17R)僅比外裝部之內徑(23r)小0.2mm~1.0mm。

Description

氟電解槽陽極安裝部、氟電解槽，及氟氣之製造方法

本發明係有關氟電解槽陽極安裝部、氟電解槽、及氟氣之製造方法。 　　本申請書係基於2017年6月30日於日本申請之特願2017-129277號主張優先權，且援用其內容。

目前工業上氟氣最常藉由，將KF-2HF熔融鹽加熱至70℃~90℃進行電解之方法製造。該方法中會由陽極部發生氟氣，由陰極部發生氫氣。藉由KF-2HF熔融鹽之電解而發生氟氣之電解槽中，一般陽極係使用非晶質碳。

全部元素中氟之電陰性度最大，故具有非常豐富之反應性。因此可與各種化合物發生激烈反應而形成氟化物。基於該理由，電解槽內面、電極部分及其支撐部等直接接觸氟氣之部分可使用之材質將受限。可使用之材質如，表面不會因氟而活性化之鎳、銅、鉛、鐵及鋁等之金屬，或該等之合金。

又由美國衛生會之報告得知，氟氣之容許濃度為1ppm以下，係極有害之物質，為需非常注意處理之物質。因此為了防止氟氣泄漏，陽極安裝部相對於氟氣需具有耐蝕性，又，與電解液槽具有電絕緣性。故上述金屬材料無法作為陽極安裝部之密封材料用，取代之密封材料多半係使用例如聚四氟乙烯等之氟系樹脂。非專利文獻1曾揭示使用聚四氟乙烯墊片之例示。

但聚四氟乙烯等之氟系樹脂相對於氟氣非為全然不活性材料，於氧化反應中會因氟氣而侵蝕而減少厚度。此時會使陽極安裝部喪失密封性，恐使氟氣泄漏電解槽外。

為了解決該問題，專利文獻1曾揭示特徵為，具有被氧化鋁等之陶瓷的密封補強材，與聚四氟乙烯等之氟樹脂製密封材密封之結構的氟電解槽陽極安裝部。該結構中陶瓷之密封補強材相對於氟樹脂製密封材可抑制氟侵蝕，而減少氟氣泄漏。又，專利文獻2中為了提升聚四氟乙烯相對於氟氣之耐性，曾提案使聚四氟乙烯含有氟化鈣之密封結構。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：專利第3642023號公報 　　專利文獻2：專利第4083672號公報 [非專利文獻]

非專利文獻1：Industrial and Engineering Chemistry, 50, (1958), P178

[發明所欲解決之課題]

但如上述般先前之技術會因情況而無法充分抑制氟氣泄漏至陽極室外。有鑑於上述事情，本發明係揭示可充分抑制氟泄漏至陽極室外之氟電解槽陽極安裝部，以及具備該氟電解槽陽極安裝部之氟電解槽及使用該氟電解槽的氟氣之製造方法。 [解決課題之方法]

本發明者們發現，相對於氟氣與氧氣之混合氣體，使第一襯墊與外裝部及陽極支撐部之間隙為0.1mm以上1.0mm以下，較佳為0.2mm以上0.8mm以下時，即使氟氣與氧氣之混合氣體接觸氟樹脂，也不會進行燃燒反應，而完成本發明。即，本發明係採用下述方法。

(1) 本發明之第一態樣的氟電解槽陽極安裝部為，具有包圍圓筒狀陽極支撐部之側壁，且沿著其長度方向堆疊之環狀的複數襯墊，與包圍於前述複數襯墊之外圍的圓筒狀外裝部，與將前述複數襯墊及前述外裝部固定於前述陽極支撐部之環狀固定部，又，前述複數襯墊中，位於前述長度方向之電解液槽側端部之第1襯墊係由陶瓷材料所形成，接鄰於前述第1襯墊之第2襯墊係由樹脂所形成，且前述陽極支撐部與前述外裝部之中心軸一致，前述第1襯墊之內徑比前述陽極支撐部之外徑大0.2mm~ 1.0mm，前述第1襯墊之外徑比前述外裝部之內徑小0.2mm ~1.0mm。

上述第一態樣之氟電解槽陽極安裝部較佳為具有下述(2)與(3)之特徵。(2)與(3)之特徵又以組合使用為佳。 　　(2) 前述(1)所記載之氟電解槽陽極安裝部中，第1襯墊較佳由氧化鋁、氟化鈣、氟化鉀、三氧化二釔或氧化鋯中所選出之一種或二種以上之陶瓷材料所形成。

(3) 前述(1)或(2)中任一項所記載之氟電解槽陽極安裝部中，第2襯墊較佳由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯三氟乙烯-乙烯共聚物，及氟橡膠所成群中所選出之至少一種以上之樹脂所形成。

(4) 本發明之第二態樣的氟電解槽為，具備前述(1)~(3)中任一項所記載之氟電解槽陽極安裝部。

(5) 本發明之第三態樣的氟氣之製造方法，其為使用前述(4)所記載之氟電解槽。

(6) 前述(1)~(3)中任一項所記載之氟電解槽陽極安裝部中，第1襯墊之厚度較佳為，第2襯墊之內徑的0.2倍~1.5倍。 　　(7) 前述(1)~(3)及(6)中任一項所記載之氟電解槽陽極安裝部中，第2襯墊之厚度較佳為1.0mm~10mm。 　　(8) 前述(4)所記載之氟電解槽較佳為，具有陽極、圓筒狀陽極支撐部，及電解液槽。 　　(9) 前述(5)所記載之氟氣之製造方法較佳為，包含KF-2HF電解液進行電解，而由陽極發生氟氣，及由陰極發生氫氣之步驟。 　　(10) 前述(5)所記載之氟氣之製造方法較佳為，包含將氟化氫補給前述電解液之步驟。 　　(11)前述(9)或(10)所記載之氟氣之製造方法較佳為，同時發生氟氣及氧。 [發明之效果]

藉由本發明可防止因氟氣，特別是電解初期所發生之氟氣而發生第1襯墊破損及第2襯墊燒損，結果可得具有充分之防止氟泄漏至陽極室外之效果的氟電解槽陽極安裝部。又，藉由使用具備該氟電解槽陽極安裝部之氟電解槽，由電解初期起可長期間安定地藉由電解而製造氟氣。

本發明係有關氟電解槽之陽極安裝部的支撐部中，接觸電解液槽本體及陽極所發生的含有氧氣之氟氣的部位上裝設第1襯墊，可防止設置於接觸該第1襯墊與電解液槽本體之部位上的第2襯墊發生燃燒反應之氟電解槽的陽極安裝部、具備該氟電解槽陽極安裝部之氟電解槽，及使用該氟電解槽之氟氣的製造方法。

下面為了敘述本發明之原委，又係使用圖面詳細說明並用本發明之實施形態的氟電解槽陽極安裝部、備有其之氟電解槽的較佳結構。 　　又，下面說明用之圖面為了易理解特徵，權宜上會擴大特徵部分。各構成要素之尺寸比例等可與圖面相同或相異。又，下面所說明之例示中的材料、尺寸等為較佳例，但本發明非僅限於該等，於未變更其要旨之範圍內可適當實施變更。即，未脫離本發明要旨之範圍內，可省略、追加、變更、取代或交換等其數量、位置、尺寸或構件等。

[本發明發現之原委] 　　圖1為氟電解槽。如圖1所示安裝於氟電解槽之一般結構的氟電解槽陽極安裝部大致上具有安定之性能，可防止氟泄漏。但經本發明者們調查後發現，特別是電解初期會發生第1襯墊破損及第2襯墊燒損。因而本發明者們詳細調查該現象。圖1中左上之導管為氫排出管線，右上之導管為氟氣排出管線。包圍陽極上方為，間隔電解槽內所發生之氣體用的間隔壁。又，圖1未記載陰極，但為了易於理解可將電解槽本體本身推論為陰極。 　　又如圖1所示般氟電解槽中，適用本發明之陽極安裝部。

其次該現象會隨著電解液中所含之水分量(比例)增加而高頻率發生。實施先前技術時因電解液中之水分量較少，故推論無法觀測到上述現象之影響力。本發明者們嘗試使用水分量較多之電解液，結果無論引用文獻1所揭示之技術或引用文獻2所揭示之技術，均無法得到充分之防氟泄漏的效果。

氟電解所使用之電解液例如係藉由KF-HF添加氟化氫調製所得時，電解液仍含有某種程度之水分。電解液含有水分時，陽極會同時發生氟氣與氧氣。電解液中之水分量過多時，會增加與氟氣同時發生之氧氣。藉由持續電解可減少電解液中之水分量，而減少氧氣發生量。但需補給因電解而消耗之氟化氫。又所補給之氟化氫含有水分時，會再度增加氟電解液中之水分量。因此所發生之氟氣可能常含有氧氣量不同之氧氣。

為了確認引用文獻1所揭示之技術及引用文獻2所揭示之技術中，針對氟氣泄漏無法得到充分效果之理由係來自氟氣所含有之氧氣，本發明者們進行實驗。具體為，於氟氣或含有氧氣之氟氣的條件下放置聚四氟乙烯，再調查其舉動。

常壓下使聚四氟乙烯接觸100%之氟氣而提高環境溫度，當環境溫度約為220℃時聚四氟乙烯會開始燃燒。為了比較，常壓下使聚四氟乙烯接觸100%之氧氣，使環境溫度升至約220℃。但該條件下聚四氟乙烯未燃燒。

由該等事實而預測，即使常壓下使聚四氟乙烯接觸氟氣與氧氣之混合氣體而提升環境溫度時，也會於100%氟氣下開始燃燒的約220℃或以上之溫度下開始燃燒。但本發明者們針對氟氣與氧氣之混合氣體進行相同實驗，結果發現聚四氟乙烯之燃燒開始溫度會因氟氣與氧氣之混合組成而改變。 　　即，4莫耳%氧氣/96莫耳%氟氣下聚四氟乙烯之燃燒溫度約為180℃，8莫耳%氧氣/92莫耳%氟氣下聚四氟乙烯之燃燒開始溫度降為140℃。

同樣地氟系橡膠之偏氟乙烯系橡膠(拜頓(商標))也與聚四氟乙烯相同，藉由實驗得知，增加氟氣中之氧氣濃度可降低燃燒溫度。非氟系橡膠(尼歐普連(商標))，天然橡膠等)與100%氟氣之燃燒開始溫度原本就低，但氟氣混入氧氣時可進一步降低燃燒開始溫度。

因此本發明者們發現，氟氣混合氧氣時相對於聚四氟乙烯等之樹脂的影響係於更低溫下開始。混合氟氣與氧氣會增加支燃性(氧化力)之機構尚未明確。但藉由KF-2HF熔融鹽之氟電解溫度約為90℃，電解初期會因電解液中之水分而發生大量氧。故相對於電極安裝部所使用之樹脂素材的影響力也會增加。

為了還原該事實，本發明者們查證專利文獻1之情形。專利文獻1中係記載，相對於聚四氟乙烯等之密封材係使用陶瓷製密封材遮蔽，使氟氣幾乎不會接觸密封材般，以抑制因氟氣而侵蝕密封部分。一般該結構可得到良好效果。但專利文獻1之例示中會有電解初期(前電解)時含有大量氧之氟氣會接觸聚四氟乙烯等素材之不合宜情形。但因氟氣與密封材之接觸面積非常小，而相對於氟氣可得防泄漏效果之專利文獻1的結構，就含有氧氣之氟氣時係無法發揮充分效果。即，具有複數陽極之氟電解槽中，專利文獻1之結構中幾個陽極安裝部會發生氣體泄漏。推斷含有氧氣之氟氣會於更低溫下，將膨脹變形等不良影響賦予聚四氟乙烯等之樹脂材。即，藉由氟氣中存在氧氣，會使樹脂製之密封材膨脹，而使密封補強材發生應力，故推測易破壞密封補強材。又，會依情形密封補強材崩落，推測會使氟樹脂製之密封材外露。因此推測藉由含有氧氣之氟氣，結果會造成樹脂製密封材被侵蝕之事實。

另外專利文獻2中，為了提升聚四氟乙烯相對於氟氣之耐性，而提案聚四氟乙烯含有氟化鈣之密封結構。但即使聚四氟乙烯含有氟化鈣，於氟氣含有氧氣之狀態下，電解溫度中也可能進行燃燒反應。因此作為密封結構之效果將不足。

為了避免電解液中含有水分，理想上係採取各種去除水分等方法。但就經濟面，該類方法會增加負擔。因此即使以含有水分之電解液進行電解，也需具有安定性能之氟電解槽陽極安裝部的結構。

為了解決該課題經本發明者們專心檢討後發現，氟電解槽之陽極安裝部的支撐部中，於電解液槽本身接觸陽極所發生的含氧氣之氟氣的部位上裝設陶瓷製之第1襯墊，且接鄰第1襯墊裝設樹脂製之第2襯墊時，意外地藉由使第1襯墊與陽極支撐部及外裝部之接觸部分的間隙為0.1mm以上1.0mm以下，較佳為0.2mm以上0.8mm以下般，可解決上述課題，即可防止第1襯墊破損及氟氣泄漏，而完成本發明。

[氟電解槽陽極安裝部、氟電解槽之組成] 　　圖1為，本發明之一實施形態的氟電解槽10之概略剖面圖。氟電解槽10為，備有收容電解原料之電解液11(KF-2HF熔融鹽等)的電解液槽12、藉由電解而發生氟之陽極本體13、相對於陽極本體13使電解用之電流流動的陽極支撐部14、將陽極本體13固定於陽極支撐部14之陽極本體固定部15、支撐陽極支撐部14用之氟電解槽陽極安裝部16。

電解液槽12可使用任意尺寸，例如可使用能收容500~800L程度之電解液11的大小，例如寬約2~3m、深約1m、高約0.8m程度之液槽。電解液槽12之組成材料如，蒙乃爾合金或鐵鋼(碳不銹鋼；CS)等。

陽極支撐部(陽極柱)14較佳為圓筒狀，其長度方向之垂直剖面的直徑較佳為約15mm以上35mm以下。陽極支撐部14之組成材料可因應所需選擇，例如銅、蒙乃爾合金、鎳、鐵鋼等。

陽極本體13可因應所需選擇，較佳如，由30 cm×50cm×70cm程度之碳材料等所形成之碳電極等。一般1個氟電解槽10中，係安裝約16~24枚之碳電極。安裝之枚數可因應電解槽10之大小而調整。圖1係以安裝2枚碳電極為例，但可為其他數量，例如安裝16枚~24枚之碳電極。又，組合固定部、安裝部及支撐部與複數陽極，也可構成陽極組件。

例如將較佳量之電解液，例如約1.5st之KF-2HF電解液11放入電解液槽12中，以較佳之電解溫度與電流值，例如電解溫度70~90℃、電流值500~7000A進行電解而發生氟氣及氫氣，故藉由隨時供給氟化氫可連續製造氟。氟電解槽10可為，複數部位備有支撐發生氟用之碳電極用的氟電解槽陽極安裝部16。電解溫度較佳為70~100℃，更佳為80~90℃，電流值較佳為700~6000A，更佳為1000~5000A。

圖2A與圖2B為，圖1之氟電解槽陽極安裝部16之剖面的擴大圖。氟電解槽陽極安裝部16為，具有包圍圓筒狀陽極支撐部14之側壁，沿著其長度方向D堆疊之環狀(圓圈狀)的複數襯墊17~19，與包圍複數襯墊17~19之外圍的圓筒狀外裝部23，與相對於陽極支撐部14，固定複數襯墊17~19及外裝部23之環狀固定部24。又，為了更強固固定陽極支撐部14，又以安裝直接固定陽極支撐部14之環狀固定部25為佳。環狀固定部25為制動器，具有防止陽極支撐部14沿著長度方向D滑落之機能。

複數襯墊中，位於長度方向D之電解液槽側端部(圖2A中最下端)的第1襯墊17係由，約近100℃下且常壓下於氟與氧之混合氣體中不會發生燃燒反應，且具有絕緣性之陶瓷材所構成。該類材料例如係由氧化鋁、氟化鈣、氟化鉀、三氧化二釔或氧化鋯等所選出之一種或二種以上之陶瓷材。第1襯墊17之楊氏率較佳為100GPa以上500 GPa以下。 　　第1襯墊17之維氏硬度較佳為5以上30以下。

第1襯墊17之厚度可因應相對於密封之影響性，及素材之耐久性等而適當設計。第1襯墊17之厚度較佳為第2襯墊18之內徑的0.2倍~1.5倍，更佳為0.3倍~1.0倍。0.2倍以上時相對於素材之耐久性不會有問題(易裂化)而為佳。1.5倍以下時襯墊之製造費用不會太高，有利於經濟面。第2襯墊18之厚度可因應不影響密封及素材之耐久性等而適當設計。第2襯墊18之厚度較佳為1.0mm~ 10mm，更佳為2.0mm~6.0mm。

複數襯墊中，接鄰於長度方向D上之第1襯墊17的第2襯墊18為絕緣體，係由100℃以下不會與氟發生反應之樹脂材料所構成。該類材料如，由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯三氟乙烯-乙烯共聚物、氟橡膠，或聚四氟乙烯攪入氟化鈣之物等所成群中所選出的至少一種以上之樹脂。特佳為聚四氟乙烯。該等第2襯墊可一種或二種以上組合使用。

第2襯墊18之厚度較佳可為1mm以上10mm以下，更佳可為2mm以上6mm以下，又以5mm程度更佳。第2襯墊18之楊氏率較佳為0.01GPa以上2GPa以下。第2襯墊18之數量可任意選擇，例如1~2個，或1~5個等。

複數襯墊中，第1襯墊17及第2襯墊18以外之複數的第3襯墊19可為，具有絕緣性及可撓性。例如第3襯墊19較佳由拜頓(商標)(氟橡膠)、天然橡膠，及尼歐普連(商標)橡膠等所構成。又以各自具有1mm以上之厚度，且複數枚合計之厚度為第2襯墊之3~4倍程度為佳。

複數襯墊中位於另一端(圖2A中最上端)之第第3襯墊19上方，另以中心軸大約與陽極支撐部14一致之方式層合環狀套管座墊圈20、絕緣套管21、金屬套管22。具體為，第3襯墊19之另一端側(圖2A中最上端)層合套管座墊圈20。套管座墊圈20上方如圖所示般，層合絕緣套管21及金屬套管22。又，該等之上方介有固定部24，層合第2個套管座墊圈20。

絕緣套管21(電木套管)21為，使陽極支撐部14與金屬套管22為電絕緣用之構件，配置於陽極支撐部14與金屬套管22之間。絕緣套管21之厚度(長度)較佳為大於金屬套管22。例如金屬套管22之厚度為20mm時，絕緣套管21之厚度更佳為比金屬套管大2mm之22mm程度。絕緣套管21可為一體化構件，或組合複數構件之複合構件。絕緣套管21與金屬套管22之間可存在間隙。絕緣套管21之構成材料可任意選擇，例如特佛隆軟管、氯乙烯、苯酚樹脂等。

金屬套管(鋼套管)22連同固定部24為抑止下層側襯墊等用之構件。有關金屬套管22之尺寸無特別限制。金屬套管21可為一體化構件，或組合複數之構件的複合構件。金屬套管22之構成材料可任意選擇，例如不銹鋼(SUS)碳鋼(CS)等具有一定硬度之鐵材。

套管座墊圈20為，由較硬之樹脂所構成的絕緣性構件。套管座墊圈20之厚度就得到強度之觀點，較佳為3mm以上。套管座墊圈20之構成材料可任意選擇，例如特佛隆(登記商標)、木材、苯酚樹脂等。

第1襯墊17，及第1襯墊17上之各構件安裝於各層之位置前的內徑尺寸與外徑尺寸一例如表1所示。其為第2襯墊係使用PTFE(聚四氟乙烯)，第3襯墊係使用尼歐普連(商標)之例示。又，該例中安裝該等之陽極支撐部的外徑為20mm，外裝部之內徑為40.5mm。

外裝部之內徑可任意選擇，較佳為陽極支撐部之外徑的1.5倍~2.5倍，更佳為1.8倍~2.2倍。1.5倍以上時襯墊之幅寬不會太窄，陽極支撐部14與外裝部23之距離不會太短，不會因該間隙附著電解液而降低絕緣性能故為佳。2.5倍以下時，襯墊與襯墊座23a之接觸面積不會太大，可保有氣密性能，故無需以非常大之轉矩固定，且螺絲牙不會破損而為佳。

襯墊座23a之幅寬，即，第1襯墊為甜甜圈型時，第1襯墊之底部中接觸外裝部23之部分的幅寬，較佳為第2襯墊之外徑與內徑之差值的1/2之0.1倍~0.8倍，更佳為0.4倍~0.6倍。 　　0.1倍以上時，襯墊座23a之幅寬不會太窄，不會使密封性能變差而為佳。又，0.8倍以下時，外裝部23與陽極支撐部14之距離不會太近，不會因該間隙附著電解液而降低絕緣性能故為佳。

外裝部23之材料可任意選擇，例如可為碳鋼。外裝部23之外壁面係以螺母(固定部)24螺合，其次回轉而沿著陽極支撐部之長度方向D移動前述螺母般進行安裝。藉由金屬套管之頂部22a側以螺母24固定後，於厚度方向依序壓縮金屬套管22、套管座墊圈20、第3襯墊19、第2襯墊18，同時使厚度方向朝垂直之徑方向膨脹。結果第3襯墊19與陽極支撐部14、第3襯墊19與外裝部23之間不會有間隙，可成為氣密式結構。

使電解液槽12與外裝部23導通電流。但電解液槽12與外裝部23與陽極支撐部14、陽極本體13係介有套管座墊圈20、絕緣套管21、第1襯墊17、第2襯墊18、第3襯墊19而絕緣。

圖2B為，切開圖2A之氟電解槽陽極安裝部16的A-A’線通過之面所得剖面的擴大圖。第1襯墊之內徑17r僅比陽極支撐部之外徑14R大0.2mm~1.0mm(較佳為0.4mm~0.8mm)。又，第1襯墊之外徑17R僅比外裝部之內徑23r小0.2mm~1.0mm(較佳為0.4mm~0.8mm)。

另外陽極支撐部14與外裝部23之中心軸係以0.1mm以下之範圍內的略為一致之方式構成。3個中心軸之偏心程度以盡可能小為佳。例如陽極支撐部14與第1襯墊17之間、第1襯墊17與外裝部23之間，藉由插入作為安裝時之調距器用的事後可拔除之填料(金屬細線等)，可減少陽極支撐部14及外裝部23之中心軸與第1襯墊17之中心軸的偏心程度。又，於支撐第1襯墊17之襯墊座表面23a上設置陽極支撐部14側凹陷般之段差，以凹部載置第1襯墊17，同樣也可減少偏心程度。

即，使陽極支撐部14之外壁與第1襯墊17之內壁的距離d₁ 之最大值、第1襯墊17之外壁與外裝部23之內壁的距離d₂ 之最大值均為0.2mm以上1.0mm以下，較佳為0.4mm以上0.8mm以下。

距離d₁ 、d₂ 之各自的最大值為0.2mm以上時，即使因電解初期所發生的含有氧氣之氟氣，而使第2襯墊18朝厚度方向膨脹，也可抑制因膨脹而使第1襯墊17所發生之應力上升，故可防止第1襯墊之應力裂化。

又，距離d₁ 、d₂ 之最大值為1.0mm以下之範圍內時，不易使該混合氣體與第2襯墊發生燃燒反應，因此不會產生火焰，可防止第2襯墊燒損。故推斷該上限值係對應該混合氣體之消焰距離。

如上述般本實施形態之氟電解槽陽極安裝部係藉由裝設於氟電解槽使用，因此可防止因電解初期所發生之氟氣而使第1襯墊破損，及使第2襯墊發生燒損，而充分防止氟泄漏至陽極室外，故由電解初期起可長期間安定進行電解製造氟氣。 [實施例]

下面將使用實施例及比較例更詳細說明本發明。又，本發明非限定於下述實施例，於不變更其要旨之範圍內可適當變更實施。

(比較例1) 　　準備幾乎與圖1、圖2A及圖2B所示之上述實施形態相同的氟電解槽陽極安裝部。具體為，於襯墊結構部中最下方會接觸由電解所發生的氟氣與氧氣之混合氣體的部分設置第1襯墊，其上方設置作為保持電極之結構用的第2襯墊、第3襯墊(尼歐普連橡膠)、套管座墊圈(電木)、金屬套管及絕緣套管，得氟電解槽陽極安裝部。 　　將該安裝部安裝於氟電解槽上，進行氟氣製造。第1襯墊17係使用氧化鋁製之襯墊，第2襯墊係使用聚四氟乙烯製之襯墊。

本例為，有關第1襯墊與其周邊構件之尺寸差異，會有下述各項不同於上述實施形態。即，第1襯墊與第2襯墊之中心軸相互間一致時，選擇第1襯墊之內徑比第2襯墊之內徑大0.1mm，且第1襯墊之外徑比第2襯墊之外徑小0.1mm般。又，第1襯墊之內徑比陽極支撐部之外徑大0.1mm，第1襯墊之外徑比外裝部內徑小0.1mm。因此第1襯墊之內壁與陽極支撐部之外壁的距離d₁ 之最大值。第1襯墊之外壁與外裝部之內壁的距離d₂ 之最大值均為0.1mm。

使用備有48個陽極安裝部之電解槽。固定各陽極安裝部後裝設於電極。該電解槽收容含有約0.5wt%之水分的約1.5t之KF-2HF熔融鹽。隨時供給氟化氫的同時，藉由通電，以電解溫度90℃進行電解。該通電方式為，由約1000A緩緩增加電流大小，進行至5000A為止，使合計之流通電荷量為100KAH(千安倍時間)。

電解中所發生之陽極氣體為，氟氣與氧氣之混合氣體。停止通電後將電解槽解體，再確認陽極安裝部，結果由氧化鋁陶瓷所形成之第1襯墊會有24處破損。該24處中，發生缺損部之氟電解槽陽極安裝部有2處，又第2襯墊中介有該缺損部而接觸氟氣與氧氣之混合氣體的部分會燒損。

(比較例2) 　　本例係將第1襯墊之內徑比陽極支撐部之外徑大2.0 mm，第1襯墊之外徑比外裝部內徑小2.0mm，其他與比較例1相同所構成的氟電解槽陽極安裝部安裝於氟電解槽中，進行氟氣製造。

由約1000A緩緩增加電流大小，通電至4000A進行電解。使合計之流通電荷量為70KAH(千安培時間)，結果會由陽極安裝部之1處泄漏氟氣。

該階段停止通電後將氟電解槽解體，再確認陽極安裝部之狀態。結果全部陽極安裝部中，第1襯墊(氧化鋁陶瓷)未破損。但部分陽極安裝部中，確認會以第1襯墊中接觸氟氣與氧氣之混合氣體的間隙部分(內壁部分)為起點，而使第2襯墊(聚四氟乙烯)發生大量燒損。推測會介由該燒損部分發生氟氣泄漏。

(實施例1) 　　本例係將第1襯墊之內徑比陽極支撐部之外徑大0.6mm，第1襯墊之外徑比外裝部內徑小0.6mm，其他與比較例1相同所構成之氟電解槽陽極安裝部安裝於氟電解槽中，進行氟氣製造。

以與比較例1、2相同之順序，藉由通電進行電解。即，由約1000A緩緩增加電流大小，至5000A為止進行通電，使合計之流通電荷量為100KAH(千安倍時間)。

停止通電後將氟電解槽解體，再確認陽極安裝部之狀態。結果全部之陽極安裝部的第1襯墊、第2襯墊均維持裝設時之狀態，未出現缺損。

(實施例2) 　　本例係將第1襯墊之內徑比陽極支撐部之外徑大1.0 mm，第1襯墊之外徑比外裝部內徑小1.0mm，其他與比較例1相同所構成之氟電解槽陽極安裝部安裝於氟電解槽，進行氟氣製造。

由約1000A緩緩增加電流大小，通電至5000A為止進行電解。使合計之流通電荷為100KAH(千安倍時間)之階段後，再使電流流通至電荷量為30000KAH為止進行通電。

停止通電後將氟電解槽解體，再確認陽極安裝部之狀態。結果全部陽極安裝部之第1襯墊、第2襯墊均維持裝設時之狀態，未出現缺損。

實施例1、2中2個距離d₁ 、d₂ 之最大值均為0.2 mm以上。因此推測其為，即使因電解初期所發生之含有氧氣的氟氣，而使第2襯墊朝其厚度方向膨脹，也可防止來自膨脹之壓力直接作用於第1襯墊，而防止第1襯墊發生應力裂化之物。

又，實施例1、2之2個距離d₁ 、d₂ 之最大值均為1.0mm以下。因此推測會因前述寬幅比含有氧氣之氟氣的消焰距離較短，而使該混合氣體不會與第2襯墊發生燃燒反應，故不會發生炎焰，可防止第2襯墊被燒損。 [產業上利用可能性]

本發明可廣泛被運用為電解製造氟之過程中，防止由製造裝置泄漏氟之技術。

10‧‧‧氟電解槽11‧‧‧電解液12‧‧‧電解液槽13‧‧‧陽極本體14‧‧‧陽極支撐部14R‧‧‧陽極支撐部之外徑15‧‧‧陽極本體固定部16‧‧‧氟電解槽陽極安裝部17‧‧‧第1襯墊17R‧‧‧第1襯墊之外徑17r‧‧‧第1襯墊之內徑18‧‧‧第2襯墊19‧‧‧第3襯墊20‧‧‧套管座墊圈21‧‧‧絕緣套管22‧‧‧金屬套管22a‧‧‧金屬套管之頂部23‧‧‧外裝部23a‧‧‧襯墊座之表面23r‧‧‧外裝部之內徑24‧‧‧固定部(螺母)25‧‧‧固定部D‧‧‧長度方向d₁‧‧‧第1襯墊與陽極支撐部之距離d₂‧‧‧第1襯墊與外裝部之距離

圖1為，本發明較佳之一實施形態的氟電解槽之概略剖面圖。 　　圖2A為，本發明較佳之一實施形態的氟電解槽陽極安裝部之概略縱剖面圖。 　　圖2B為，本發明較佳之一實施形態的氟電解槽陽極安裝部之概略橫剖面圖。

14‧‧‧陽極支撐部

14R‧‧‧陽極支撐部之外徑

16‧‧‧氟電解槽陽極安裝部

17‧‧‧第1襯墊

17R‧‧‧第1襯墊之外徑

17r‧‧‧第1襯墊之內徑

18‧‧‧第2襯墊

19‧‧‧第3襯墊

20‧‧‧套管座墊圈

21‧‧‧絕緣套管

22‧‧‧金屬套管

22a‧‧‧金屬套管之頂部

23‧‧‧外裝部

23a‧‧‧襯墊座之表面

23r‧‧‧外裝部之內徑

24‧‧‧固定部(螺母)

25‧‧‧固定部

d₁‧‧‧第1襯墊與陽極支撐部之距離

d₂‧‧‧第1襯墊與外裝部之距離

Claims (9)

1. 一種氟電解槽陽極安裝部，其特徵為，具有包圍圓筒狀陽極支撐部之側壁，沿著其長度方向堆疊之環狀的複數襯墊，與包圍前述複數襯墊之外圍的圓筒狀外裝部，與相對於前述陽極支撐部固定前述複數襯墊及前述外裝部之環狀固定部，又，前述複數襯墊中，位於前述長度方向之電解液槽側端部的第1襯墊係由氧化鋁、氟化鈣、氟化鉀、三氧化二釔或氧化鋯中所選出之一種或二種以上的陶瓷材所形成，接鄰於前述第1襯墊的第2襯墊係由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯三氟乙烯-乙烯共聚物，及氟橡膠所成群中所選出之至少一種以上的樹脂所形成，前述陽極支撐部與前述外裝部之中心軸為一致，前述第1襯墊之內徑比前述陽極支撐部之外徑大0.2mm~1.0mm，前述第1襯墊之外徑比前述外裝部之內徑小0.2mm~1.0mm。
2. 如請求項1之氟電解槽陽極安裝部，其中第1襯墊之厚度為第2襯墊之內徑的0.2倍~1.5倍。
3. 如請求項1或2之氟電解槽陽極安裝部，其中第2襯墊之厚度為1.0mm~10mm。
4. 一種氟電解槽，其特徵為，具備如請求項1~3中任一項之氟電解槽陽極安裝部。
5. 如請求項4之氟電解槽，其中具有陽極、圓筒狀陽極支撐部，及電解液槽。
6. 一種氟氣之製造方法，其特徵為，使用如請求項4之氟電解槽。
7. 如請求項6之氟氣的製造方法，其中包含使KF-2HF電解液進行電解，而由陽極發生氟氣，及由陰極發生氫氣之步驟。
8. 如請求項7之氟氣的製造方法，其中包含將氟化氫補給至前述電解液之步驟。
9. 如請求項7或8之氟氣的製造方法，其中同時發生氟氣與氧。

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