離子交換膜法的電解槽的製作方法

2023-07-18 09:57:06 1

專利名稱:離子交換膜法的電解槽的製作方法
本發明涉及離子交換膜法的特別是關於電解氯化鈉的一種電解槽，且改進了抗侵蝕性。
氯化鈉電解的水銀法由於與水銀有關的環境汙染，業已為採用石棉的隔膜法所取代。但後一方法存在純苛性鈉產量較低的缺點，結果使當前正處在從此種隔膜法轉變到離子交換膜法的階段，利用一種離子交換膜，同時得以較低的能耗來生產高純的苛性鈉。
由離子交換膜法在電解槽中所生產的苛性鈉濃度約為30～35%(較石棉隔膜法約離出三倍)，但在石棉隔膜法中不成問題的鐵陰極之侵蝕，到了離子交換膜這一新法中，卻一度作為一個有可能發生的問題而討論到。不過現在已經弄清，當一鐵陰極充有負壓並處在能釋放氫的電勢時，即使當它浸沒於高濃度的苛性鈉溶液中，鐵將繼續處於所謂的鈍感區域中而不發生侵蝕。此種現象已報導過，例如參看Kurose與Ohta的論文「鐵在高濃度苛性鈉溶液中的侵蝕行為」〔第六屆純鹼工業技術會議論文集，1983，P73-76)。
然而，在以一種降低電解槽電壓之物質例如鎳塗層的激活陰極中，情況則不相同。此種陰極顯示出較低的氫超電勢，使之相比於普通的鐵陰極時，在電勢上更富惰性。由於這一結果，就有可能使得激活陰極中例如因塗層上的針孔引起的鐵侵蝕加劇。尤其是當激活陰極是用於那種在其陰極部中有氣-液分離界面的電解槽中時，上述的鐵侵蝕問題就決非可以忽視的。除此，溶入陰極電解液的鐵會沉積到此激活陰極的表面上，使得電解槽的電壓在較短時間內即升高。
下面將對照所附的圖解釋本發明。圖1是離子交換膜法的一種氯化鈉電解槽的局部剖面圖，此種電解槽是由石棉隔膜法的一種立式單極型電解槽(例如戴蒙德·沙姆羅克〔Diamond Shamrock)的DS型電解槽與胡克〔Hooker〕的H型電解槽)改裝成的。此種改型的電解槽(MBC氯工程公司註冊商標)已披露於以JP(A)82-41386號(Tokkaisho 57-41386)與JP(A)83-91179號(Tokkaisko 58-171589)發布的日本專利申請(專利系列美國專利 4409074號與4417970號)中。在此電解槽的底板1上有一系列的陽極4，其中的每一個均由一離子交換薄膜袋2包圍。超越此離子交換膜且與這種陽極相對峙地在陰極罩3中安裝有一批網狀陰極(稱作為全管)5。於此陰極罩的內壁上，在同這批全管5相平行的一塊板上固定著一網狀陰極(稱作為端緣屏)15。在垂直於這批全管和半管的平面上則安裝一豎直的邊網6。陰極罩3的頂端是一塊隔板8，板上有一個與離子交換薄膜袋2上部孔口相對應的孔口。在每個陽極隔室的上方有一陽極隔室的上蓋7，蓋住上述離子交換膜袋的孔口。岐管9上有一通向各陽極隔室的小管。經鹽水供應口12供給鹽水。在此岐管內與液體分離的氯氣即通過氯氣出口10排出，並經由陽極電解液的排料口13回收此陰極電解液。
在陰極罩3中，此陰極隔室是由離子交換薄膜袋2所隔離。稀釋的苛性鈉溶液或水即通過陰極電解液供應口(未示明)供給。濃縮的產物苛性鈉溶液遂從設於陰極罩3中的陰極電解液溢流口作為溢流液而回收氫氣則經氫氣排出口11排出。
在此種電解槽中，氣-液分離區是形成在陰極隔室的上口;從而，此氣-液界面即因該陰極中釋出的氫氣而處於一種泡沫態，同時這種氣相中則含有許多濺沫。結果使形成在此陰極面上的氣-液界面常常起伏，而暴露於上述氣相中的陰極部分在全部時間內都受到濃縮苛性鈉溶液濺沫的潤溼。
當著此陰極浸沒在濃的苛性鈉溶液中時，只要它繼續保持在這種鈍感區域中，就不會受到侵蝕。但附著在暴露於氣相中鐵表面上的濺沫則會推進一種自然的侵蝕，而在此陰極上氣-液界面處因濃度差形成的濃差電池則能在該區域中引起侵蝕。
要是能從該陰極隔室中排除這種氣相，就能防止上述的鐵侵蝕現象，然而在陰極隔室中來建立此種氣-液分離區將使電解槽的結構極其複雜化，因而並非解決這些問題的一個良好方法。
本發明提供一種相當簡單的裝置來防止陰極的侵蝕與降低苛性鈉產物中的鐵濃度，並能在長時間內保持有最佳的激活陰極性能。
在傳統的電解槽(示明於圖3中，即經圖2中A-A線的一個剖面圖)中，端緣屏15的上部與全管5(網狀陰極)處在陰極隔室16之氣-液分離區中的氣相內。相反，在本發明的電解槽內(示明於圖4，即經圖2中A-A線的一個剖面圖)，此端緣屏15的上部與全管5則完全浸沒在此陰極電解液液面之下。當將一既有的石棉隔膜法電解裝置改裝為離子交換膜法的電解槽時，鑑於在陰極上方安裝陰極電解液溢流口的困難，切除掉此陰極的上部是有利的。
在陰極被完全浸沒於陰極電解液之本發明的電解槽中，要是使陰極鐵通過針孔與陰極電解液接觸，則此陰極鐵仍然保持在釋出氫的電勢同時使侵蝕最小。結果就大大減少了在激活陰極表面上之鐵的電解沉積，從而在長時間內保持著機械強度與電化學性能。
本發明不僅能應用於為離子交換膜法製造的新式電解槽，還能用來將一種石棉隔膜法用的立式單極型電解槽，例如戴蒙德沙姆羅克(Diamond Shamrock)的DS型電解槽與胡克(Hooker)的H型電解槽，改裝成離子交換膜法的電解槽。
從下面的例子中將可更清楚地認識到本發明的效果。
在工業電解槽中進行了氯化鈉水溶液的電解，其中採用了全氟羧酸膜與全氟磺酸膜的疊層作為陽離子交換膜，而以鍍有鎳型塗層的鐵作為陰極，在約90℃下於電流密度為2千安/平方米下，生產了一種30%至35%濃度的苛性鈉溶液。有關結果總匯於圖5，其中繪出了電解槽電壓相對於電解時間(以日為單位)變化的曲線。在陰極上部高出氣-液界面上且暴露於氣相中的電解槽內(曲線B)，此電解槽的電壓從開始工作後持續增加，逐漸趨近所用普通鐵陰極的水平(曲線A)。另一方面，在陽極已全浸沒於陰極電解液中的另一種電解槽內，此電解槽的電壓增加的很緩慢，如曲線C所示。
附圖的簡要說明圖1是一種離子交換膜電解槽(在其陰極隔室中具有氣-液分離區)的部分剖面圖;圖2是上述同一裝置的平面圖;圖3是經圖2A-A線剖面圖(常規的電解槽);圖4是經圖2A-A線的剖面圖(本發明的電解槽);而圖5則表明電解槽的電壓相對於電解時間(以日為單位)變化的曲線圖。
1.電解槽底板2.離子交換薄膜袋3.陰極罩4.陽極5.全管6.豎直的邊網
7.陽極隔室的上蓋8.隔板9.岐管10.氯氣排出口11.氫氣排出口12.鹽水供應口13.陽極電解液排料口14.陰極電解液溢流孔口15.端緣屏16.陰極隔室
權利要求
1.離子交換膜法的一種立式單極型箱狀的電解槽，在其電解隔室中具有氣-液分離界面，其特徵在於，陰極上方的一個位置上設有一界定陰極電解液高度的溢流口。
2.權利要求
1中規定的離子交換膜法之電解槽，其特徵在於，陰極應用一種可降低氫的超電勢之物質塗層的激活電極。
3.權利要求
1和2中任一項規定的離子交換膜法之電解槽，其特徵在於，所說的電解槽是由石棉隔膜法電解槽改造而成的。
專利摘要
離子交換膜法的一種立式單極型箱狀電解槽，在它的電解隔室中具有氣—液分離界面，於該電解槽中，在以能降低氫之超電勢的一種物質塗層的激活陰極上方一位置處，設有一界定陰極電解液高度的溢流口。大大地減少了此激活陰極表面上鐵的電解沉積，從而在長時間內保持了機械強度與電化學性能，此種電解槽是由石棉隔膜槽改裝而成。
文檔編號C25B9/00GK86105810SQ86105810
公開日1987年2月18日 申請日期1986年7月21日
發明者熊谷勳, 佐藤仁 申請人:克勞林工程師株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan