使用气体扩散电极的电解槽及该电解槽的配电方法

专利名称：使用气体扩散电极的电解槽及该电解槽的配电方法
技术领域：
本发明涉及用于离子交换膜法食盐电解等的采用氧阴极的电解槽，具体涉及在采用气体扩散电极为氧阴极的电解槽中，使用气液透过型气体扩散电极为气体扩散电极，所述气液透过型气体扩散电极能够有效进行苛性液的供给和排出，有效解决苛性液从气体扩散电极流向气室的苛性液泄漏，使成为电解液通道的苛性室厚度变得极薄，能够均匀地向气体扩散电极的气室供给及排出氧气，本发明涉及的电解槽能够以较高的电流效率持续进行稳定的电解作业，或不大幅度改变传统电解槽的结构而能够对采用通电面积较大的气体扩散电极的电解槽改善配电情况。
背景技术：
以往，提出了将使用阳极、离子交换膜和气体扩散电极组成的氧阴极的电解槽用于食盐电解和芒硝电解的方法。
这种传统的使用了气体扩散电极的电解槽，例如，食盐电解槽中，电解槽由阴极元件、阴极集电框架、苛性室框架等要素构成，在这些要素之间夹有垫圈，苛性液从设置在阴极元件内的苛性室的溶液出入口供给和排出。由于该电解槽具备以上构成，所以，其组成中必须要有垫圈。
因此，该电解槽的问题是，结构较复杂，各部件的结合部分，例如，因垫圈密封性能的下降，出现苛性液泄漏的可能性较大。
另外的问题还有，该电解槽中，阴极元件的苛性室有时会出现电腐蚀，由于其结构较复杂，所以，在为防止前述苛性室的腐蚀而进行镀银等具有防NaOH腐蚀性的金属时，操作就较困难。
另外，传统的离子交换膜型食盐电解槽中，用气体扩散电极代替气体发生型阴极，以此为氧阴极时，通常使用无透液性的气体扩散电极，构成3室法。这种情况下，由于实际使用的电解槽高1.2m以上，而液室中充满电解液时，因此由于电解液的关系，在气体扩散电极下部产生较大的液压，这样就造成电解液从阴极液室向气室泄漏。
上述长方型电解槽中装有气体扩散电极，在供给电解液时，如前所述，在气体扩散电极下部产生较大的液压，而相反在其上部基本不产生液压，从而出现液压差。这样，下部就出现电解液从阴极液室向气室的泄漏，而上部则出现气体从气体扩散电极向电解液一侧的泄漏。
另外的问题是，在实际的电解条件下，若电解槽在液压高于气体扩散电极的气压的状态下运行，则在气体扩散电极的耐水性较差、且密封性能不理想的情况下，由于电解液(苛性液)大量流入气室，所以，阻碍了气体供给，造成电极性能和电极寿命的下降。特别是限制使用耐水压较低的气体扩散电极。
此外，如果气室中充满苛性液，则苛性液还要流入排出或供给气体用的下部气室(以往形成于电解槽的框体)。这种情况下，由于下部气室被苛性液腐蚀，所以，必须将银等防止NaOH腐蚀的金属镀在下部气室的内侧面。但传统的电解槽从结构上看，很难在下部气室的内侧面进行防腐蚀镀层处理。此外的问题是，阴极集电框架和下部气室通过垫圈密封，在密封不太理想的情况下，苛性液流入阴极元件内部，元件内部也被腐蚀。另外还有的电解槽从结构上看，在原有的阴极元件中很难设置气室。
上述电解槽用的气体扩散电极中，大多数气体扩散电极一般由两层构成，一层是使液体反应物进行电解反应用的反应层，另一层是可透过气体而不能够透过电解液的气体供给层。
上述反应层由载有催化剂的亲水性炭黑、疏水性炭黑及聚四氟乙烯(PTFE)构成。利用这些材料，改变这些材料的配比，通过分散及自组织可制得有电解液进入的亲水部分和有气体进入的疏水部分构成的反应层。制成后，直接或使亲水性微粒附着在表面上仅使表面发生亲水化反应，再将其装入槽中使用。
另外，为了确保离子交换膜和气体扩散电极反应层间的电解液通路，还可在离子交换膜和气体扩散电极反应层间夹入具有连续孔或气孔率较大的结构体。
其结果是，虽然能够确保电解液的流动，但流入电解液的阴极室即苛性室的厚度增加，这样产生的问题是，必然造成电阻增大，必须提高实际使用时的电压。
另外，关于气体扩散电极的气室，众所周知以往存在下述关系，即，氧气与作为氧阴极的气体扩散电极接触时，氧气的线速度越快，氧气向电极内的扩散速度就越快。
因此，研究了一种设置气室的技术，所述技术是将镍薄板压制成型，在其中央设置与气体扩散电极尺寸相同的凹处，在该凹处和气体扩散电极形成的气室内插入镍制网状物作为确保氧气通路的隔板，构成气体扩散电极的气室，通过这样设置专用的气室，在该气室内设置为使氧气充分向电极扩散而产生必要线速度的间隙，使氧气能够均匀接触气体扩散电极。另外还研究了一种气室构成，是对带有凹凸状槽的金属板的镀银凸面与气体扩散电极的气体供给层形成的气室，使存在于带有前述凹凸槽的金属板凸面的银与前述气体扩散电极热压结合，以前述金属板的凹槽部分作为气体通道。
但是，这些扩散电极的气室都仅考虑加快气室内氧气的扩散速度和扩散的均匀性，完全未考虑均匀地向气室供给及排出氧气，这样的问题仍然未解决。
另外，以往使用气体扩散电极的盐水电解的缺点是，有时会因气体扩散电极的劣化或生成的苛性钠的回收而产生问题，这样就不能够长期工作或因苛性钠进入阳极室而使电流效率下降。
为了解决这些缺点，提出使用气液透过型气体扩散电极的电解槽(例如，日本专利公开公报平7-126880号)。该发明中，生成的较浓的苛性钠水溶液残留在离子交换膜和气体扩散电极的界面附近，为了防止上述水溶液透过离子交换膜进入阳极室，上述气体扩散电极必须采用气液透过型电极。这样，生成的苛性钠通过前述气体扩散电极进入阴极室，就能够容易回收。因此，能够将苛性钠产生的电流效率维持在较高水平，并能够对无耐碱性的阳极室部件进行保护。
但是，上述电解槽中，在从供给口向阴极室供给较稀的苛性钠水溶液及含氧气体的同时，还通过多孔片状物等基材向碳材和PTFE混合物质的气体扩散电极供给水分和氧气，所以，从电流效率和电解作业的稳定性考虑，多少存在不满意的地方，而且，必须对原有的阴极框架进行改造，这样就存在改造费用较高的问题。
再有，就使用气体扩散电极的电解槽的配电方法而言，以往使用气体扩散电极的电解槽的配电方法，即，设置气体扩散电极进行配电的方法大致有以下2种方式。
(1)从气体扩散电极外周部分的导电方式这种方法是使气体扩散电极的外周尺寸形成气体扩散电极的外周部分稍微覆盖阴极元件或阴极集电框架(盘状或板状)的垫圈密封面的尺寸，使气体扩散电极的外周部分与阴极元件或阴极集电框架的垫圈密封面接触，在其上设置垫圈，构成整个电解槽，再固紧，其接触部分也固紧，电流从固紧的接触面流过。
(2)阴极集电框架-气体扩散电极一体型方式这种方法是将片状气体扩散电极的催化剂层设置在阴极集电框架上的气室用金属网上，用压机在高温高压下对催化剂进行烧结，使气室用金属网和催化剂层一体化，由气体扩散电极向阴极集电框架和阴极元件配电。
但是，这种传统的设置气体扩散电极进行配电的方法，因其作用机理而产生以下问题。
(a)从气体扩散电极外周部分的导电方式小型电解槽虽然能够确保适当的导电面积，但反应面积(电极面积)为3m2的实用电解槽中，不能够确保足够的导电面积，该部分的接触电阻较高。另外，大型电解槽中，反应面积的边长至少在1m以上，即使在气体扩散电极中加入导电体，该导电体的电阻也会增大，即，由于结构体的电阻较大，所以，运行成本较高。而且，气体扩散电极的强度较小的情况下，由于垫圈的挤压，其挤压处的气体电极易受损，这样就造成氧气和苛性钠溶液从受损处泄漏。
(b)阴极集电框架-气体扩散电极一体型方式实用电解槽的反应面积为3m2左右，在气体扩散电极和阴极集电框架一体化的情况下，必须使用巨大的压机和压制模具，这样成本就过高。
另外，即使实现了一体化，但3m2大小的气体扩散电极和阴极集电框架构成的整体与其大小相比其厚度也非常薄，处于很“单薄”的状态，所以，强度很低，这样就很难从压制工厂搬运到组装电解槽的地方。这也是上述“从气体扩散电极外周部分的导电”方法具有的共同缺点。
此外，在需要对气体扩散电极进行更新的情况下，也很难从集电框架上将催化剂层拆除，最终导致集电框架需要更新，这又是经济性的问题。
发明的揭示本发明是为解决上述问题而完成的发明。其目的之一是供给结构简单、可直接使用传统的电解槽、使用易于进行防腐蚀镀金属处理的苛性室以完全防止苛性液的泄漏、使用气体扩散电极的电解槽。
本发明的目的之二是供给通过在阴极元件的下方外侧设置下部气室以有效防止苛性液从气体扩散电极向气室泄漏的电解槽。
本发明的目的之三是供给苛性室的厚度尽可能减小、能量损失少、并使用可减少电压的氧阴极的电解槽。
本发明的目的之四是供给通过在阴极集电框架设置为供氧或排氧而开有多个小孔的气室以向气体扩散电极的气室均匀供给或排出氧气的电解槽。
本发明的目的之五是供给结构与传统电解槽一样，并能够向气体扩散电极的气室均匀供给或排出氧气的电解槽。
本发明的目的之六是供给通过向气体扩散电极和阴极集电框架间的气室构成部件即气体扩散电极供电的导电性多孔体中直接引入水分和氧气、能持续以更高的电流效率进行更稳定的电解作业的电解槽。
本发明的目的之七是供给不对原有的阴极元件进行任何改造而能够快速且以低成本进行配电的使用气体扩散电极的电解槽的配电方法。
本发明具体来说通过以下手段实现上述目的。
1．电解槽，该电解槽由阳极、离子交换膜及气体扩散电极构成的氧阴极组成，其中，设置了具有气体扩散电极的氧气出入口的气室，所述气室与阴极元件相邻，并沿阴极集电框架表面与在其中央设置的上下气室的氧气出入口相连，还在气体扩散电极和离子交换膜间送入苛性液的阴极室构成的电解槽的外侧端部设置了通过苛性液通道与作为苛性液排出口的上部气室和作为苛性液送入口的下部气室相通的苛性室框架。
2．前述1记载的电解槽，其中，各气室的苛性液通道在具有狭小间隔的平行板材间形成，为确保苛性液的均匀分散和强度，以10～100mm的间隔设置了隔板。
3．电解槽，该电解槽由阳极、离子交换膜及气体扩散电极构成的氧阴极组成，其中，设置了具有与阴极元件的氧气供给部分相通的气体扩散电极的氧气供给口的气室，在气体扩散电极和离子交换膜间的送入苛性液的阴极室构成的电解槽的气室下部，沿阴极元件的阴极集电框架表面在下方端部设置了作为气体排出部分的下部气室。
4．电解槽，该电解槽由阳极、离子交换膜及气体扩散电极构成的氧阴极组成，其中，在上下框架部分设置了与设置于阴极元件上下部分的苛性室的苛性液出入口相对的苛性液流通孔的厚度较薄的镍框体，将上下框架部分的设有梳状条形孔的厚度较薄的镍框体和在上下框架部分无孔的厚度较薄的镍框体依次靠近离子交换膜配置，构成苛性室框架，构成厚度极薄的苛性室。
5．前述4记载的电解槽，其中，前述各镍框体间利用片材密封，或通过激光焊接使前述各镍框体连为一体。
6．电解槽，使用了气体扩散电极的电解槽中，沿阴极集电框架表面，在阴极元件内侧设置了与气体扩散电极的气室上下两端的气体出入口相连的送入氧气用上部气室和排出氧气用下部气室。
7．电解槽，在使用了气体扩散电极的电解槽中，使用气液透过型气体扩散电极作为气体扩散电极，沿阴极元件的阴极集电框架表面，在上下两端外部设置了与气体扩散电极的气室相通的上部气室作为供给氧气和水分的部分，同时，还设置了与前述气室相通的下部气室，作为气体和苛性液的排出部分。
8．电解槽的配电方法，所述方法为使用了气体扩散电极的电解槽的配电方法，其中，由气体扩散电极、气室、阴极集电框架构成氧阴极，将所述氧阴极的阴极集电框架与阴极元件的阴极室框架导电体的金属网眼加工材料相对设置，利用气压保持必要的表面压力，使各部分接触形成电气连接。
对附图的简单说明

图1是本发明的设置了苛性液的供给·排出用上部气室和下部气室的电解槽的剖面图。图2是本发明的设置了向气体扩散电极排出气体的下部气室的单极式电解槽的剖面图。图3是复极式的剖面图。图4是本发明的将3块较薄的框架叠在一起构成苛性室用框架的电解槽的剖面图。图5是形成苛性室框的镍框体的结构立体图。图6是本发明的在气体扩散电极气室的气体出入口侧面设置了上部气室和下部气室的电解槽的剖面图。图7是设置了具备多个氧气供给孔及排出孔的上下气室的阴极框架主视图。图8是本发明的使用了气液透过型气体扩散电极、且具有上下气室的单极式电解槽的剖面图。图9是复极式电解槽之一侧的剖面图。图10是本发明的使用了气体扩散电极的电解槽配电方法中的单极式电解槽的横截面图。图11是复极式电解槽的横截面图。
实施发明的最佳状态下面，参考附图对本发明的实施状态进行说明，但本发明并不仅限于此。
图1是使用了气体扩散电极的电解槽中，本发明的设置了苛性液供给·排出用上部气室和下部气室的电解槽的剖面图(到图9为止都是纵剖面图)。
与电解槽的阴极元件1相邻，沿阴极集电框架3表面，在中央部分一侧设置了上部气室的氧气入口4和下部气室的氧气出口5。阴极集电框架3具备氧气入口6和出口7与氧气入口4和出口5相连，在阴极集电框架3和气体扩散电极9间填满了波纹网状物构成气室8，气体扩散电极9和离子交换膜10构成装有苛性液的阴极室11。
前述阴极集电框架3和阴极元件1间插入了防止苛性液及氧气泄漏用垫圈，并密封。上述密封用垫圈只要是耐碱性的垫圈即可，对其无特别限度，例如，最好是合成橡胶和塑料垫圈等。
另一方面，在以上构成的电解槽的阴极部分的外侧端部，通过苛性液通道13和12，在阴极室11的上下端部分别设置了作为苛性液排出口的上部气室17和作为苛性液流入口的下部气室16。为了构成狭小的阴极室，各苛性液通道12和13可由以狭小间隔平行配置的框架板的上下框架部分构成。为确保苛性液的分散均匀和强度，以10～100mm的间隔设置隔板。隔板型苛性液通道12及13和阴极集电框架3间插入了垫圈14，在通道12及13和离子交换膜10间插入了垫圈15，以防止苛性液的泄漏而加以密封。另外，垫圈材料只要是前述耐碱性垫圈即可，对其无特别限定。
由于阴极室11的上部气室17和下部气室16预先由镀有可防止苛性钠腐蚀的银等金属的金属板通过板金加工形成，镀金属面为内表面，所以，不仅容易制得，而且，对苛性钠具备良好的耐腐蚀性能，这样就可在上部气室17和下部气室16杜绝电腐蚀的发生。另外，板金加工也可使气室与阴极室框架2形成一体。
如图1所示，本发明的实施状态中，电解液由下部朝上部供给，是上升的形式。即，苛性液由阴极室11的下部气室16供给，通过苛性液通道12流入苛性室11，在苛性室11中向上，然后通过苛性液通道13从上部气室17排出。
图2是本发明的设置了向气体扩散电极排出气体的下部气室的单极式电解槽的剖面图。图3是复极式电解槽的剖面图。
图2中，在由气体扩散电极21、波纹网状物27和阴极集电框架23(该部分不仅包括上方的斜线部分，还包括气体供给口25下方以线表示的延长部分)构成的气室22的阴极集电框架23上开设了与阴极元件24的氧气供给部分相通的气体供给口25。沿填充了波纹网状物27的气室22向下，在阴极元件24的下方外侧端部沿阴极集电框架23表面的气室下部，设置了作为气体排出部分的下部气室26，它由预先镀有可防止苛性钠腐蚀的银等金属的金属板作为内侧面通过板金加工制得。
图2所示实施状态中，氧气由阴极元件24的下部供给，在阴极元件24内部向上，由阴极集电框架23的上部气体供给口25引入气室22，再进入下部气室26。
由于本发明的具有气体扩散电极的电解槽具备上述结构，所以要在液压高于气压的状态下工作，这样即使电解液(苛性液)大量渗入气室，由于漏出的苛性液流向下部气室26，所以也不会阻碍气体供给，更不会造成电极性能等的下降。此外，即使由于气体扩散电极21的垫圈密封不紧，苛性液向下部气室26泄漏，由于下部气室26的内表面预先镀有防止苛性钠腐蚀的金属，所以，内表面不会被腐蚀，这样苛性液就不会流入阴极元件24内部造成阴极元件内部的腐蚀。另外，即使下部气室26被腐蚀，也只要调换阴极集电框架23即可修复。此外，由于不需要对原有阴极元件进行改造，所以，适用于任何一种型式的电解槽。
图4是本发明的苛性室厚度极薄的电解槽的剖面图。图5是形成苛性室框架的镍框体的结构立体图。
本发明中，如图4所示，气体扩散电极41的阴极集电框架34通过插入方式或焊接方式安装在阴极元件35的导电筋上，气体扩散电极41、形成气室的波纹网状物50(图中未显示)、由阴极集电框架34构成的具有气体出入口的上下气室51和52设置在电解槽的阴极部分的上下端部。另一方面，在阴极元件的上下苛性室36和37的凸缘面上开设了苛性液出入口38和39。在前述阴极集电框架34上开设了与苛性液出入口38和39相通的苛性液通过孔40和42。
为了在气体扩散电极41和离子交换膜44间构成苛性室43，如图5所示，按照以下顺序，配置了上下框架部分开设了苛性液通过孔的厚度较薄的镍板(3)33、在上下框架部分设置了梳状条形的厚度较薄的镍板(2)32、在上下框架部分未设置任何孔等使苛性液通过手段的厚度较薄的镍板(1)31，逐步靠近离子交换膜44。图4中，所用镍板为镍框体。
图5是对镍板31、32、33的框架结构、上下框架部分设置了多个苛性液通过孔和梳状条形的结构进行说明的立体图。离子交换膜侧的镍板(1)31的厚度为0.5mm，中间的镍板(2)32的厚度为1mm，阴极元件侧的镍板(3)33的厚度为0.5mm，合计不超过2mm，形成厚度极薄的苛性室43。这些框架板之间最好通过密封材料密封，或通过激光焊接形成一体，构成苛性室框架45。
为了防止苛性钠溶液从镍板间泄漏，只要使用耐碱性密封材料作为密封相邻框体的密封材料即可，对其无特别限定，例如，较好是使用合成橡胶、合成树脂，最好是使用变性聚硅氧烷类和蒂奥科尔(Thiokol)类等高性能密封材料。
另外，为了防止苛性液的泄漏，在前述苛性室框架45前后附设了垫圈46和47。作为防止苛性钠溶液泄漏的垫圈材料只要使用耐碱性垫圈材料即可，对其无特别限定，例如，最好使用合成橡胶和塑料等。
在阴极集电框架34上设置了氧气出入口，所述氧气出入口分别与上下苛性室36和37相邻，沿阴极集电框架34的表面，在其中央部分与上部气室51和下部气室52的氧气出入口48和49相通。
与前述苛性室框架45一样，在氧气出入口48及49和阴极集电框架34的氧气出入口间插入了垫圈。该垫圈的材质可以与附设在苛性室框架45前后的垫圈相同，也可以形成一体。
如图4所示，本发明的这种形式的电解槽中，苛性液(电解液)以上升的形式由下向上供给。即，苛性液由阴极元件35的下部苛性室36的苛性液入口38供给，通过阴极集电框架34、垫圈46的孔和苛性室框架45的镍框体33的苛性液通过孔，到达中央的镍框体32，再经过设置于其上的条形孔流入苛性室43，在苛性室43中向上，经过苛性室43上部的苛性室框架45中间镍框体32的条形孔，再通过垫圈46的孔、阴极集电框架34的苛性液通过孔42，到达上部苛性室37，从苛性液出口39排出。
如上所述，本发明的这种形式的电解槽中，形成苛性室43的苛性室框架45的镍框体的板厚合计不超过2mm，所以，苛性室43的厚度极薄。其结果是，电阻变小，能够降低电解槽工作电压。
图6是本发明的在气体扩散电极气室的气体出入口侧面设置了上部气室和下部气室的电解槽的剖面图。图7是设置了具备多个氧气供给孔及排出孔的上下气室的阴极框架主视图。
下面参考图6和图7进行说明，由气体扩散电极61、波纹网状物62和阴极集电框架63构成气室，该气室的阴极集电框架63以插入方式或焊接方式设置在阴极元件64的导电筋上。在阴极集电框架63的上下部分设置了供给及分配氧气的氧气入口65和出口66。沿阴极集电框架63表面，在阴极元件64内侧，与入口65和出口66相连设置了具备氧气供给孔67的上部气室69以及具备氧气排出孔68的下部气室70。为了防止上下气室69和70与阴极集电框架63的上下两端间的气体泄漏，插入了垫圈72和73并密封。防止氧气泄漏的垫圈材料可使用橡胶、皮、石棉、纸、塑料等低压密封用垫圈材料，对其无特别限定。其中，最好使用弹性恢复率较好的合成橡胶和塑料。
图7是图6的A-A剖面图，用以对设置阴极集电框架71的上部及下部气室、并沿气体扩散电极的横向均匀供给及排出氧气的供给孔及排出孔的排列设置状态进行说明。
本发明中，在气体扩散电极气室的气体出入口侧面设置了上部气室和下部气室，这种形式的电解槽如图6和图7所示，由设置在上部气室69的多个氧气供给孔67，通过设置在阴极集电框架63上部的氧气入口65向气室74供给氧气，在气室74内下降，通过设置在阴极集电框架63下部的多个氧气出口66，经过设置在下部气室70的多个氧气排出孔69排出。
其结果是，由于从多个氧气入口65引入的氧气从多个氧气出口66排出，与传统气室相比，氧气更均匀供给气体扩散电极61的整个气室74，这样氧气就能够均匀地向气体扩散电极扩散。此外，如果采用上下气室69及70与阴极元件64接触的结构，则不需要特别设置复杂的配电机构。为此，上下气室69及70的材质最好与阴极元件64的材质相同。
图8是本发明的使用气液透过型气体扩散电极、且具有上下气室的单极式电解槽的剖面图。图9是复极式电解槽的剖面图。
下面参考图8进行说明，由气液透过型气体扩散电极81、气室构成部件82和阴极集电框架83构成气室87，沿气室87的阴极集电框架83表面，在上下外部设置与气室87相通的上部气室85，形成氧气和水分供给部分，同时，在阴极室框架83下部设置与气室构成部件82相通的下部气室86，形成氧气和苛性液的排出部分。气室85和86用预先在内侧面镀上对苛性钠有耐腐蚀性的银等金属的金属板通过板金加工制得。
本发明所用气体扩散电极必须具有气液透过性能。在这一点上，本发明的电极与传统的气液透过性气体电极有根本的不同。因此，本发明所用的气体电极不能够用以往的制造方法制得，必须通过特殊的方法制造，但对该制造方法没有特别限定，例如可以采用下述的制造方法，使用具有数μm～数10μm的微孔的碳织物、金属纤维和金属烧结体等导电性材料为基材，在该基材的单面或双面涂布碳粉和PTFE等防水性材料的混合物，烧结后形成气体扩散层，然后，通过热分解法等在与离子交换膜接触的面上负载铂或银等催化剂，或形成催化的碳粉和PTFE薄层，制得本发明的气体扩散电极。
此外，气室构成部件中向前述气体电极供电的导电性多孔体由耐碱性材料制得，最好是使用不锈钢和镍等金属，也可使用碳材。其形状最好为拉制网、织造网、冲孔板、金属纤维网、编织型等。金属烧结体和商品名为セルメット(住友电工株式会社制)的市售的金属发泡体也可使用。
在阴极室内与离子交换膜接触，在金属多孔体形成的阴极集电框架83上设置在多孔片状物等气室构成部件82上形成的作为电极物质的碳材和PTFE的混合物构成的气液透过性片状气体扩散电极，在气体扩散电极81的电极物质上生成的苛性钠在气体扩散电极的气液透过性共同作用下能够容易地转移到其背面的阴极室中。
本发明的电解槽具备上述构成，氧气和水分两者都由上部气室85供给，通过气室87由下部气室86排出。
气室86和85中，由于预先在内部镀上了对苛性液具有耐腐蚀性能的金属，所以，可防止腐蚀。这样，在阴极框架84内部流入苛性液也不会出现元件的腐蚀。此外，即使气室被腐蚀，不仅可以通过调换阴极集电框架83来进行修复，由于不需要对已有的元件进行改造，所以，还适用于任何型号的电解槽。
图10是本发明的使用了气体扩散电极的电解槽配电方法中的单极式电解槽的横剖面图。图11是复极式电解槽的横剖面图。
图10中，由气体扩散电极91、气室92、阴极集电框架93构成氧阴极，在氧阴极的阴极集电框架93和阴极元件96的阴极室框架导电体95间不除去金属网眼加工材料94，在电解槽的阴极室框架导电体95上设置气体扩散电极91。
这样，将气体扩散电极91的阴极集电框架93与阴极室框架导电体95的金属网眼加工材料94相对配置，阴极集电框架93和金属网眼加工材料94的各部分略有接触。如果在上述状态下向气室92送入氧气，则因为气压的作用，两者通过表面压力而多处接触，一面保持必须的表面压力，一面利用表面压力而电气连接，使气体扩散电极91和电解槽间通电。
作为本发明所用的导电体用金属网眼加工材料94使用的耐碱性和导电性良好的金属材料包括不锈钢、镍、镍合金等，从成本考虑，最好为不锈钢和镍。
本发明中的“金属网眼加工材料”包括一般的金属网，以及其他形态的拉制金属网和冲孔金属网等。由于最普通的“金属网”并不能非常明确地包括上述全部材料，所以，本说明书中特别使用了上述词汇。
产业上利用的可能性本发明的电解槽是设置了苛性液供给及排出用的上部气室及下部气室的电解槽，该电解槽不仅能够防止苛性液的泄漏，还能够容易地完成上部气室和下部气室的防腐蚀处理，因此不会出现苛性室的电腐蚀。另外，在与阴极室及上部气室、下部气室相通的苛性液通道设置隔板，使苛性液能够均匀分配并顺利流动。由于上部气室和下部气室设置在电解槽外侧，所以，能够不改变以往电解槽的内部结构而进行改造。
本发明的电解槽是设置了向气体扩散电极排出气体用的下部气室的电解槽，由于在气体扩散电极气室下部，沿阴极元件的阴极集电框架表面，在下方外部设置了作为气体排出部分的下部气室，所以，即使苛性液大量泄漏到气室中，也流向下部气室，所以，不会阻碍气体供给，电极性能不会下降。此外，即使下部气室被腐蚀，也可通过仅调换阴极集电框架而进行修复。另外，由于不需要对已有的元件进行改造，所以，还适用于单极式和复极式等任何型式的电解槽。
本发明的电解槽是将3块极薄框体重叠构成苛性室用框体的电解槽，由于电解槽苛性室的厚度极薄，且能够均匀顺利地向苛性室供给溶液，所以，能够降低工作时的电压。另外，从下部苛性室的苛性液入口供给苛性液，强制苛性液在苛性室内上升，采用这种形式的情况下，即使苛性室极薄，也不用设置特别的苛性液通道，就能够经过多个梳状条形孔向苛性室均匀供给苛性液，这样苛性液在苛性室内均匀分散并上升，使电解能够均匀进行。
本发明的电解槽是在气体扩散电极气室的气体出入口侧面设置了上部气室和下部气室的电解槽，与气体扩散电极气室上下两端的气体出入口相连，沿阴极元件的阴极集电框架表面，在内侧设置具有多个氧气供给孔和排出孔的气室，所以，与以往仅利用气体扩散电极气室的结构而使氧气均匀扩散的方式相比，本发明能够使氧气更均匀一地与气体扩散电极接触，这样就能够在气体扩散电极上产生极好的氧还原反应，使阴极电位下降，从而导致电解电压显著降低。另外，本发明是不改变以往电解槽的结构，就能够供给可均匀一地向气体扩散电极供给或排出氧气的构成。
本发明的电解槽是使用了气液透过性气体扩散电极，且具有上下气室的电解槽，由于从上部气室可直接向导电性多孔体形成的气室构成部件送入水分和氧气，所以，能够以更高的电流效率连续进行稳定性良好的电解作业。另外，即使气室被腐蚀，可通过仅调换阴极集电框架而进行修复，还具备适用于单极式和复极式等任何型式电解槽的优点。
本发明的电解槽是气体扩散电解、气室、阴极集电框架构成的氧阴极通电相连的电解槽，在阴极集电框架上设置了导电筋，不需要除去附设在阴极元件上的原有的金属网眼等金属网眼加工材料，也不需要对原有的元件进行任何改造就可用于单极式电解槽或复极式电解槽。此外，由于阴极集电框架在多处与金属网眼加工材料接触，所以，阴极集电框架和阴极室框架导电体间的通电距离很短，电阻下降，因而使电能效率提高。
权利要求
1．一种电解槽，所述电解槽具备阳极、离子交换膜和气体扩散电极构成的氧阴极，其中，设置了具有气体扩散电极的氧气出入口的气室，所述气室与阴极元件相邻，并沿阴极集电框架表面与在其中央设置的上下气室的氧气出入口相连，还在气体扩散电极和离子交换膜间送入苛性液的阴极室构成的电解槽的外侧端部设置了通过苛性液通道与作为苛性液排出口的上部气室和作为苛性液送入口的下部气室相通的苛性室框架。
2．如权利要求1所述的电解槽，其中，各气室的苛性液通道在具有狭小间隔的平行板材间形成，为确保苛性液均匀分散和强度，以10～100mm间隔设置了隔板。
3．一种电解槽，所述电解槽具备阳极、离子交换膜及气体扩散电极构成的氧阴极，其中，设置了具有与阴极元件的氧气供给部分相通的气体扩散电极的氧气供给口的气室，在气体扩散电极和离子交换膜间送入苛性液的阴极室构成的电解槽的气室下部，沿阴极元件的阴极集电框架表面在下方端部设置了作为气体排出部分的下部气室。
4．一种电解槽，该电解槽具备阳极、离子交换膜及气体扩散电极构成的氧阴极，其中，在上下框架部分设置了与设置于阴极元件上下部分的苛性室的苛性液出入口相对的苛性液通过孔的厚度较薄的镍框体，将上下框架部分的设有梳状条形孔的厚度较薄的镍框体和在上下框架部分无孔的厚度较薄的镍框体依次靠近离子交换膜配置，构成苛性室框架，构成厚度极薄的苛性室。
5．如权利要求4所述的电解槽，其中，前述各镍框体间利用片材密封，或通过激光焊接使前述各镍框体连为一体。
6．一种电解槽，所述电解槽使用了气体扩散电极，其中，沿阴极集电框架表面，在阴极元件内侧设置了与气体扩散电极的气室上下两端的气体出入口相连的送入氧气用上部气室和排出氧气用下部气室。
7．一种电解槽，所述电解槽使用了气体扩散电极，其中，使用气液透过型气体扩散电极作为气体扩散电极，沿阴极元件的阴极集电框架表面，在上下两端外部设置了与气体扩散电极的气室相通的上部气室作为供给氧气和水分的部分，同时，还设置了与前述气室相通的下部气室，作为气体和苛性液的排出部分。
8．电解槽的配电方法，所述方法为使用了气体扩散电极的电解槽的配电方法，其特征在于，由气体扩散电极、气室、阴极集电框架构成氧阴极，将所述氧阴极的阴极集电框架与阴极元件的阴极室框架导电体的金属网眼加工材料相对设置，利用气压保持必要的表面压力，使各部分接触形成电气连接。
全文摘要
本发明是用于离子交换膜法食盐电解等的使用了氧阴极的电解槽,其中,为了能够有效地进行苛性液的供给和排出,并可有效防止苛性液的泄漏,在电解槽的外侧端部设置了通过苛性液通道与作为苛性液排出口的上部气室和作为苛性液送入口的下部气室相通的苛性室框架,以减少苛性液的泄漏。另外,通过在阴极元件的下方端部设置下部气室,防止苛性液从气体扩散电极向气室泄漏。或者使用气液透过型气体扩散电极,由与气室相通的上部气室供给氧气和水分,再由下部气室排出气体和苛性液。
文档编号C25B9/04GK1297493SQ00800453
公开日2001年5月30日 申请日期2000年3月28日 优先权日1999年3月31日
发明者坂田昭博, 齐木幸治, 相川洋明, 片山真二, 山口健三 申请人:东亚合成株式会社, 三井化学株式会社, 钟渊化学工业株式会社, 氯工程公司