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電解槽由槽體、陽極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當(dāng)直流電通過電解槽時(shí),在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),合理選擇電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節(jié)省能耗的關(guān)鍵。
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所謂電解槽就是電解質(zhì)儲(chǔ)存槽。
電解槽材質(zhì)種類:PP/PPN/FRP/CPVC/PVDF.
主體結(jié)構(gòu)
電極
陽極
陽極和陰極的作用不同，對(duì)材質(zhì)要求也各異。
分可溶性和不可溶性兩類。在精煉銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中溶入溶液，以補(bǔ)充在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它們?cè)陔娊膺^程基本不發(fā)生變化，但對(duì)在電極表面上所進(jìn)行的陽極反應(yīng)常具有催化作用。在化學(xué)工業(yè)中，大多采用不溶性陽極。
陽極材料除需滿足一般電極材料的基本需求（如導(dǎo)電性、催化活性強(qiáng)度、加工、來源、價(jià)格）外，還需能在強(qiáng)陽極極化和較高溫度的陽極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩(wěn)定性。長期以來，石墨是使用最廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機(jī)械強(qiáng)度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過程中不斷地被腐蝕剝落，使電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用于電解食鹽水溶液時(shí)，石墨電極上的析氯過電位也較高。
60年代H.比爾提出的在鈦基上涂覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬氧化物電極是陽極材料的一個(gè)重大革新。二氧化釕對(duì)某些陽極反應(yīng)如析氯、析氧具有很好的催化活性，能在高電流密度下工作而槽電壓比較低。最突出特點(diǎn)是具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，工作壽命比石墨陽極長得多。例如在氯堿生產(chǎn)用的隔膜電解槽中，其壽命可達(dá)10年以上。由于它不易腐蝕，尺寸穩(wěn)定，被稱為形穩(wěn)性陽極。為適應(yīng)不同要求和用途，可在涂層中添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，改善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的穩(wěn)定性等。目前，貴金屬涂層的金屬陽極在化學(xué)工業(yè)中已得到普遍推廣。
在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對(duì)陽極材料要求更嚴(yán)，電解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物，只能用石墨。
陰極
以金屬或合金作為陰極時(shí)，由于在比較負(fù)的電位下工作,往往可以起到陰極保護(hù)作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產(chǎn)生析氫反應(yīng)，過電位較高。因此陰極材料的主要改進(jìn)方向是降低析氫過電位。除用硫酸作為電解液時(shí)必須采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法制備高比表面積，并具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。
為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，也可采用特殊的陰極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液制取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的特點(diǎn)，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然后在專用的設(shè)備中，用水分解鈉汞齊制取高純度、高濃度堿液。另外，為了節(jié)約電能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應(yīng)，按理論計(jì)算可降低槽電壓1.23V。
隔膜
為防止陰、陽兩極產(chǎn)物混合，避免可能發(fā)生的有害反應(yīng)，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當(dāng)有電流流過時(shí)，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，并且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。電解水時(shí)，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，并防止氫氧混合發(fā)生爆炸。更多見的比較復(fù)雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這時(shí)隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解產(chǎn)物的相互擴(kuò)散和作用，如氯堿生產(chǎn)中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴(kuò)散和遷移的阻力。
隔膜由惰性材料制作，如氯堿工業(yè)中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩(wěn)定，當(dāng)鹽水中含有鈣、鎂雜質(zhì)時(shí)，容易在隔膜中生成氫氧化物沉淀，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會(huì)發(fā)生膨脹、松脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強(qiáng)材料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面都有很大改進(jìn)。近年來氯堿生產(chǎn)開發(fā)的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對(duì)離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進(jìn)入陰極室，從而可以制得氯化鈉含量極低的堿液。
按電解液的不同分類
水溶液電解槽
水溶液電解槽的形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨）、離子膜及固體電解質(zhì)膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。
采用不同的電解液時(shí)，電解槽的結(jié)構(gòu)也有所不同。
水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產(chǎn)和水銀法生產(chǎn)氯氣和燒堿時(shí)，采用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內(nèi)的電極表面積，可以提高電解槽的生產(chǎn)強(qiáng)度。因此，現(xiàn)代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解槽因內(nèi)部部件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、安裝等不同表現(xiàn)出不同的性能與特點(diǎn)。
熔融鹽電解槽
多用于制取低熔點(diǎn)金屬，其特點(diǎn)是在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，并應(yīng)盡量防止水分進(jìn)入，避免氫離子在陰極上還原。例如制取金屬鈉時(shí)，由于鈉離子的陰極還原電位很負(fù)，還原很困難，必須用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫下進(jìn)行，例如電解熔融氫氧化鈉時(shí)為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混合電解質(zhì)時(shí),電解溫度為650℃左右。
電解槽的高溫可以通過改變電極間距，將歐姆電壓降所消耗的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄磉_(dá)到。電解熔融氫氧化鈉時(shí)，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融電解質(zhì)時(shí)常由于原料中不可避免地帶入少量水分，會(huì)使陽極生成潮濕的氯氣，對(duì)電解槽的腐蝕作用很強(qiáng)，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料，而不受氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極產(chǎn)物，同樣要求妥善隔開，而且應(yīng)盡快由槽中引出，以免陰極產(chǎn)物金屬鈉長時(shí)間飄浮在電解液表面，會(huì)進(jìn)一步與陽極產(chǎn)物或空氣中的氧起作用。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機(jī) 空壓機(jī)修訂日期：2011-08-09
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