离子膜电解槽的制作方法

本发明涉及一种离子膜电解槽。

背景技术：

离子膜电解槽是随着离子膜应用于烧碱生产而发展的特殊装备，其基本功能是在阳极和阴极之间安装离子选择性交换膜。阳极室通入精制淡盐水，阴极室通入纯水或低浓度碱液，电解槽通电发生电解反应，在阳极室产生氯气，在阴极室产生氢气，钠离子(na+)在电场的推动下穿过离子膜从阳极侧到阴极侧，与阴极的氢氧根离子(oh-)结合生成烧碱(naoh)。因此电解槽从开发之日起，人们就开展了研究和改进，主要集中在电解槽的结构、供电方式、溶液的循环方式、电极有效面积、电极间距离等方面。其目的主要是要能满足生产优质产品，降低副反应，高效节能，安全环保等。所以氯碱工业的发展也是一个从高能耗、高污染、高排放向新能源、绿色化、新环保方向发展的过程。

传统的离子膜电解槽是在一个单一的槽架上将多个电解单元槽组靠近并且连接固定于一体的结构，该种离子膜电解槽局限于槽架的大小，使得整个离子膜电解槽的产量得到限制，而且如果一个电解单元槽组出现故障，需要整机停止工作，换下故障的电解单元槽组进行修理，拆装不变，降低了工作效率。

在此基础上，传统的电解槽的阳极涂层普遍采用钛基钌钛涂层，然而钛基钌钛涂层经过生产实践检验，发现其缺陷是：电极寿命短，所生产的氯气中氧的含量太高，影响了氯气的纯度，并造成电流效率下降。因此，有必要提高其活性涂层的析氧电位，降低析氯电位，并提高电极寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种新型的离子膜电解槽，本公司将其命名为jmh-5膜极距离子膜电解槽。

本发明的目的是这样实现的：

一种离子膜电解槽，它包括槽架，槽架上设置有多个电解单元槽组，多个电解单元槽组的两端分别通过铜排端板进行锁紧，铜排端板为固定在固定座上的铜排端板或者是固定在顶杆座上的移动铜排端板，根据产能的需求，选择不同个数的电解单元槽组以及用于锁紧多个电解单元槽组的铜排端板，铜排端板连接电源。

作为一种优选，每个电解单元槽组上分别设置有进液口和出液口，每个电解单元槽组的下端的进液口分别通过相应位置的进液管连接同一根进液分配管，每个电解单元槽组的上端的出液口分别通过相应位置的出液管连接同一根出液总管。

作为一种优选，进液管和出液管采用氟塑料柔性软管。

作为一种优选，电解单元槽组包括阳极单元、阴极单元以及设置与两者之间的离子膜，阳极单元的边框条和阴极单元的边框条之间通过螺丝组进行连接，阳极单元的边框条与阴极单元的边框条之间设置有绝缘垫片，绝缘垫片分别与两侧的边框条之间设置值有密封条。

作为一种优选，所述阳极单元包括阳极盘，阳极盘弯折而成的凹陷处形成阳极室，阳极室内的上端设置有阳极气液分离盒，阳极气液分离盒下方的阳极室内设置有竖向布置的阳极筋板，阳极盘背面对应阳极筋板的位置设置有钛镍复合板，阳极筋板的顶面设置有阳极网，相邻的阳极筋板之间设置有斜向布置的循环板，阳极室内的下端设置有阳极进液插入管。

作为一种优选，所述阴极单元包括阴极盘，阴极盘弯折而成的凹陷处形成阴极室，阴极室内的上端设置有阴极气液分离盒，阴极气液分离盒下方的阴极室内设置有竖向布置的阴极筋板，阴极筋板的顶面设置有阴极底网，阴极底网的表面设置有阴极弹性网，阴极弹性网的表面设置有阴极面网，阴极室内的下端设置有阴极进液插入管。

作为一种优选，阴极室内还安装有吸收反向电流的牺牲电极。

作为一种优选，阳极网采用钛板扩张网，并且在钛板扩张网上设置活性涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、阴阳极间用于密封和绝缘的都是氟塑料，具有耐高温、耐老化和耐化学品腐蚀的性能优势。组装好的单元槽组运行中不会出现泄漏。

2、每一个单元槽组都是独立的，如果其中之一出现故障，只要停车换下，对别的单元槽组没有影响。

3、因具有独立的单元槽组和简单可靠的电槽架及锁槽结构，特别适合现代氯碱技术提出的并逐步实施的自动开车与安全保护、紧急连锁停车、工业4.0大数据采集以及应用人工智能ai技术的自动化操作的新工艺要求。

4、因电槽组背靠背导电，存在着选用导电材料和保证有足够接触面积的要求，jhm-5电解槽的设计考虑了这些要求，可以避免国外类似电解装置存在的背靠背接触电阻造成电压降的损耗。、

因此本发明离子膜电解槽具有运行稳定性好，根据产能要求可自由组装调配，电损耗少，生产效率高，产能高的优点。

另外采用新的配方工艺的阳极涂层后还具有以下优点：

1、析氧电位高，催化能力强，电导率较高，不易发生析氧副反应；

2、性能稳定，耐腐蚀，寿命长，电极失效后可进行重涂后继续使用；

3、电极成本得到有效控制；

4、提升产品品质，要求氯气纯度高，含氧低(0.8％以下)。

附图说明

图1为本发明的离子膜电解槽总图正视图。

图2为本发明的离子膜电解槽总图侧视图。

图3为电解单元槽组侧视图。

图4为图3的a处局部放大图。

图5为阳极单元正视图。

图6为阳极单元后视图。

图7为图5中的b-b剖视图。

图8为阴极单元正视图。

图9为阴极单元后视图。

图10为图8的c-c剖视图。

其中：

固定座1

顶杆座2

固定铜排端板3

顶杆组4

移动铜排端板5

中间连接铜排6

移动连接铜排7

电解单元槽组8、阳极单元801、阳极盘801.、阳极气液分离盒801.2、阳极筋板801.3、阳极网801.4、循环板801.5、阳极进液插入管801.6、钛镍复合板801.7、阴极单元802、阴极盘802.1、阴极气液分离盒802.2、阴极筋板802.3、阴极底网802.4、阴极弹性网802.5、阴极面网802.6、阴极进液插入管802.7、离子膜803、螺丝组804、绝缘垫片805、密封条806

进液管9

进液分配管10

出液管11

出液总管12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-10，本发明涉及的一种离子膜电解槽，它包括固定座1以及位于固定座1两侧的顶杆座2，所述固定座1的左右两侧通过绝缘板安装设置有固定铜排端板3，两个固定铜排端板3之间通过可拆卸的中间连接铜排6进行连接，两个顶杆座2向固定座1的一侧设置有顶杆组4，所述顶杆组4的自由端设置有移动铜排端板5，移动铜排端板5上引出移动连接铜排7，移动铜排端板5和固定铜排端板3之间设置有多个电解单元槽组8，通过顶杆组4的顶紧，使得多个电解单元槽组8之间紧密贴合，并且多个电解单元槽组8与移动铜排端板5和固定铜排端板3分别紧密贴合。电解单元槽组8的前后两端通过电槽架上的侧杆进行限位。

每个电解单元槽组8上分别设置有进液口和出液口，每个电解单元槽组8的下端的进液口分别通过相应位置的进液管9连接同一根进液分配管10，进液分配管10用于输入精制盐水和低浓度碱液，每个电解单元槽组8的上端的出液口分别通过相应位置的出液管11连接同一根出液总管12，出液总管12用于输出产出物，其中进液管9和出液管11优选采用氟塑料柔性软管。

电解单元槽组8包括阳极单元801、阴极单元802以及设置与两者之间的离子膜803，阳极单元801的边框条和阴极单元802的边框条之间通过螺丝组804进行连接，阳极单元801的边框条与阴极单元802的边框条之间设置有绝缘垫片805，绝缘垫片805分别与两侧的边框条之间设置值有密封条806；

所述阳极单元801包括阳极盘801.1，阳极盘801.1弯折而成的凹陷处形成阳极室，阳极室内的上端设置有阳极气液分离盒801.2，因电解产出的氯气气泡比较大，比较粘，必须要经过破碎、过滤和分离。阳极气液分离盒的设置对氯气的处理，出液的顺畅有很大作用，同时避免出现出液喘流现象造成离子膜的振动和磨损。出液口设置在上端，既使出液顺畅，也避免了国外类似产品内置出液管造成进液管不到底，区域电解液流动差的情况发生。阳极气液分离盒801.2下方的阳极室内设置有竖向布置的阳极筋板801.3，阳极盘801.1背面对应阳极筋板801.3的位置设置有钛镍复合板801.7，使得相邻两个电解单元槽组8背靠背接触处是镍和镍接触，而不是大电阻的钛和镍直接接触，阳极筋板801.3的顶面设置有阳极网801.4，阳极网采用钛板扩张网(菱形孔平网)制作活性涂层，具有低析氯电位和高析氧电位的性能，同时具备保护离子膜、低电耗和低析氧的作用，确保氯气纯度。相邻的阳极筋板801.3之间设置有斜向布置的循环板801.5，电解槽运行时，下部进液，上部气液出去，沿循环板形成环流循环，确保阳极室内介质浓度和温度的均匀性。阳极室内的下端设置有氟塑料材质的阳极进液插入管801.6，阳极进液插入管801.6为插入式氟塑料进液分配管，在阳极室内形成均匀的分流，并且具备最小的泄漏电流和不会积垢造成溢流孔堵塞的现象，进液分流全覆盖。阳极筋板801.3上均布设置有多个孔，2.83m2规格的电解槽至少需要26根或更多的阳极筋板801.3。足够数量的阳极筋板801.3可以保证阳极单元801的刚性和足够的导电面积，阳极筋板801.3上带孔，既能消除焊接应力，又能使阳极室内的介质相互流通，提高介质浓度和温度的均匀性，阳极盘801.1的法兰密封面采用钛钯合金，可防止间隙腐蚀的发生。

所述阴极单元802采用和阳极单元801类似的结构，所述阴极单元802包括阴极盘802.1，阴极盘802.1弯折而成的凹陷处形成阴极室，阴极室内的上端设置有阴极气液分离盒802.2，阴极气液分离盒802.2下方的阴极室内设置有竖向布置的阴极筋板802.3，阴极筋板802.3的顶面设置有阴极底网802.4，阴极底网802.4的表面设置有阴极弹性网802.5，阴极弹性网802.5的表面设置有阴极面网802.6，阴极室内的下端设置有氟塑料材质的阴极进液插入管802.7。阴极室内还安装有吸收反向电流的牺牲电极(图中未示出)，牺牲电极可以有效应对紧急停车时反向电流对阴极的活性涂层的危害。阴极采用膜极距结构(底网+弹性网+面网)，阴极面网802.6采用先进的贵金属活性涂层，尤其是加入了性能优越，长寿命的铂、钯等成分，使jhm-5电解槽的电耗性能和运行稳定性达到国际前沿水平。

上述的一种离子膜电解槽的特点:

1、电槽架是采用型钢焊接加工组装而成，结构简单，制造成本较低，可以满足不同的电解槽面积、数量和产能的需求。既可以做成年产烧碱3万吨/台～4万吨/台的产能，也可以做成年产5千吨/台等小的电解槽。电槽架可以做成上述的一个固定座加两个顶杆座的形式，也可以做成一个固定座加一个带顶杆的固定座；顶杆的配置数量依据电解槽面积大小确定；除氯碱生产外，还可以用于通过电解法来处理煤化工、农药等行业含盐废水的处理。

2、jhm-5电解槽组由阳极单元、离子膜、阴极单元组成的独立电槽组，阴阳极单元间有用于密封的密封条和用于绝缘的改性ptfe绝缘垫片，通过8根分段的边框条和若干螺丝组组装而成。

3、若干组单元槽悬挂在电槽架的侧杆上并和侧杆间是绝缘的，两端配置带导电铜排的端板，端板和电槽架的固定座之间有绝缘板隔开，通过安装在一侧固定座上的顶杆组(顶杆的数量和规格根据电槽面积大小确定)顶紧端板，控制电槽组的距离并能随温度和压力微调。端板上的铜排和电解槽的接触，电槽组之间的背靠背接触，将电流从一端输入至另一端输出完成电解的生产任务。

阳极网采用钛板扩张网(菱形孔平网)制作活性涂层，活性涂层采用全新的离子膜电解槽用阳极涂层，离子膜电解槽用阳极涂层的配方优选一种钌、铱、铂、钛组合配方，其中钌含量(ru35-45mol％),铱含量(ir5-15mol％)，铂含量(pt5-10mol％)，钛含量(ti35-45mol％)，另外可以加入4％摩尔百分比重量的其它添加剂，其它添加剂为氯化锆或者氯化钯，选择合适的配比组成稳定的金红石结构。

上述的配方作为一种优选为钌含量(ru37-43mol％),铱含量(ir9-15mol％)，铂含量(pt6-9mol％)，钛含量(ti35-40mol％)，其它添加剂3-4mol％。

具体的钌的载体为三氯化钌，铱的载体为四氯化铱或氯铱酸，铂的载体为氯铂酸或氯化铂，钛的载体为四氯化钛。

上述的离子膜电解槽用阳极涂层用于活性阳极的制作办法如下：

一、制作阳极钛网(钛网基材预处理)；

采用ta1的钛板扩张网做电极的基材网；钛板厚度1-1.2mm，钛网厚度1-1.2mm，菱形网孔，网孔节距3*6mm、3.5*6mm、4.5*8mm或者5*10mm等，优选厚度1mm，节距3*6mm；

基材网要经过剪切、脱脂、高温退火校平、喷砂、酸洗、清洗等工序，提供平整、清洁、带麻面的基材，保证涂层的结合强度和比表面积最大化；

具体工艺流程如下：

1、钛网剪切；

2、脱脂处理(用工业清洗剂，浸泡去油污后清洗晾干)；

3、用胎具夹紧钛网(60-100张为一批)放入热处理炉进行热处理，所述的胎具包括矩形的上固定板以及下固定板，在上固定板以及下固定板之间堆叠60-100张钛网，然后将上固定板以及下固定板四角的拉杆收紧，从而将胎具和钛网进行夹紧；钛网在热处理炉内加温至450℃-530℃后随炉冷却出炉；

4、自动输送式喷砂机对钛网正反面喷砂处理成毛面；

5、采用温度80℃-85℃,20-25％wt的硫酸水溶液对钛网进行酸洗；

6、对钛网进行纯水清洗；

7、烘干。

二、制作阳极涂层的涂布液；

按配方调配离子膜电解槽用阳极涂层的氯化物水溶液形成涂布液；

使用原料：a、三氯化钌(含钌80-120g/l的三氯化钌盐酸水溶液或含量37％的固体三氯化钌)；b、四氯化钛，化学纯标准试剂；c、四氯化铱(含铱80-120g/l的四氯化铱盐酸水溶液)或氯铱酸；d、氯铂酸或氯化铂；e、小于4％摩尔百分比重量的其它添加剂如氯化锆、氯化钯等(e原料可加可不加)；f、盐酸水溶液、乙二醇--丁醚或者正丁醇中的一种溶剂；

三、制作阳极涂层

将涂布液均匀涂覆在钛网基材上，采用多遍涂布的办法，每涂一遍后先烘干，然后高温烧结，重复多遍(8-12遍)后烧成，使钛网基材表面形成稳定的贵金属氧化物结晶体。

预处理好的钛网基材按涂布量要求进行多次自动静电喷涂、烘干、氧化炉高温烧结，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为25-35g/m²，最后再进行烧成作业和检验，其中烘干温度为80-90℃，氧化炉高温烧结温度为400-500℃，氧化炉高温烧结时间为0.5-1h，最后烧成作业的温度为480-530℃，烧成作业时进行缓慢升温和缓慢降温，烧成时间为8-12h。

具体工艺流程如下：

根据烧结后总增重量的多少可以进行8-12次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在40-60ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加2-4g/m²，

实施例1：

钛网基材：网孔节距3*6mm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：三氯化钌、四氯化铱、氯铂酸、四氯化钛以及盐酸水溶液，按ru43:ir9:pt8:ti40的原子百分比组成配方原料；

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌：四氯化铱：氯铂酸：四氯化钛＝88.3：15.7：16.8：158.7。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在55-60ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加3.5-4g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为35-40g/m²。

产品测试指标：

1、析氯电位检测结果：1.09v-1.10v(指标：电流密度4ka/㎡,饱和盐水，温度90℃±1℃，≤1.13vvssce)；

2、强化失重试验结果：＜4mg(指标：30％wtnaoh溶夜(cp级)，试片10c㎡，温度90℃±1℃，电流密度20ka/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg)；

3、在实验小电解槽装置中试验：得出电解电压低于现有使用的阳极；氯气纯度大于98.8％(不加酸工艺)，氧气含量低于0.6％。

从产品测试指标上看，三项检测指标均获得较好的结果。

实施例2：

钛网基材：网孔节距3.5*6mm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：固体三氯化钌、四氯化钛、四氯化铱、氯化锆、氯化铂以及乙二醇--丁醚，按ru37:ir15:pt6：ti39:zr3:的原子百分比组成配方料，

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌:四氯化铱:氯铂酸：四氯化钛:氯化锆＝76.0：26.1：12.6：154.8：7.7。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在45-50ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加2.8-3.5g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为28-35g/m²。

产品测试指标：

1、析氯电位检测结果：1.10v-1.12v(指标：电流密度4ka/㎡,饱和盐水，温度90℃±1℃，≤1.13vvssce)；

2、强化失重试验结果：＜5.5mg(指标：30％wtnaoh溶夜(cp级)，试片10c㎡，温度90℃±1℃，电流密度20ka/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg)；

3、在实验小电解槽装置中试验：得出电解电压低于现有使用的阳极；氯气纯度大于98.6％(不加酸工艺)，氧气含量低于0.7％。

实施例3：

钛网基材：网孔节距4.5*8mmmm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：固体三氯化钌、氯铱酸、氯铂酸、四氯化钛、氯化钯以及正丁醇，按ru40:ir12:pt9:ti35:pd4的原子百分比组成配方料；

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌:四氯化铱:氯铂酸：四氯化钛:氯化钯＝82.1：20.9：18.9：138.9：26.3。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在40-45ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加3-3.5g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为30-35g/m²。

产品测试指标：

1、析氯电位检测结果：1.10v-1.12v(指标：电流密度4ka/㎡,饱和盐水，温度90℃±1℃，≤1.13vvssce)；

2、强化失重试验结果：＜5mg(指标：30％wtnaoh溶夜(cp级)，试片10c㎡，温度90℃±1℃，电流密度20ka/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg)；

3、在实验小电解槽装置中试验：得出电解电压低于现有使用的阳极；氯气纯度大于98.8％(不加酸工艺)，氧气含量低于0.6％。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。