专利名称：活性阴极隔膜法金属阳极电解槽的制作方法
(一)所属领域本发明涉及一种活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，属于化工氯碱行业的设备领域。
本发明所设计的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽主要由槽盖(9)、阴极箱(14)、阳极组件(28)和滴流器(4)等组成，槽盖(9)上带有氯气出口(6)，盐水入口(7)及液面观察口(19)，阴极箱(14)是由阴极箱外壳(27)及带有活性的阴极板网袋(3)组成，阴极箱外壳(27)的上法兰与槽盖(9)法兰密封固定，阴极箱外壳(27)上设有氢气出口(5)及碱液出口(20)，阴极网袋(3)由阴极网(21)及阴极骨架(22)构成，阴极网(21)是由多孔板加工形成网状，其固定于阴极骨架(22)上，阴极网袋(3)固定于阴极箱(14)内，在两个阴极网袋(3)之间放置阳极片(2)，阳极片(2)是由中间的复合棒(25)及两侧的阳极网等组成，复合棒(25)下部带有螺纹；阴极箱(14)的下部设置有钛衬板(16)，钛衬板(16)与槽底板(1)固定，槽底板(1)下部设置有阳极铜板(13)，阳极片(2)的复合棒(25)通过铜螺母(17)与槽底板(1)及下部的阳极铜板(13)固定连接，阴极箱(14)下法兰与钛衬板(16)之间放置橡胶垫片(11)，阴极箱(14)与槽底板(1)由螺栓连接固定，阴极箱(14)的外壳(27)上带有阴极铜板(15)，阴极箱(14)上的碱液出口(20)与滴流器(4)连接。
在本发明中，阴极网(21)是由超低碳不锈钢材料制成的多孔板，其表面经过高浓度、高温度的NaOH溶液浸泡处理，置换出基材中的铬成份使其形成多孔的富Ni活性层。
本发明的阳极片(2)中的复合棒(25)为钛-铜复合棒，其下端通过钛法兰(26)与钛衬板(16)接触。
为减少阳极片(2)中钛法兰(26)下部与钛衬板(16)之间的间隙腐蚀，在钛法兰(26)下部与钛衬板(16)接触的端面上涂有防腐涂层。
上述的防腐涂层是在钉、钛、铱三种组份中加入钽、铌、锆其中之一的第四组份的盐酸水溶液形成的涂覆液，再在500～600℃高温下进行烧付而形成防腐涂层。
本发明的阴极网的开孔率在32％～42％范围内。
本发明的阴极网袋(3)的阴极骨架(22)为“井”字形结构或竹节钢结构。
为防止出现异常现象，如发生氯氢混合比例过大而发生爆炸，在本发明中槽盖(9)顶部设有防爆口(8)，该处安装有防爆膜。
为方便拆装及维修，本发明中槽盖(9)与阴极箱(14)密封连接处两法兰由C型卡子(10)进行固定连接。
为方便每台电解槽之间的联接，本发明中阴极箱外壳(27)上的阴极铜板(15)的形状为“ ”形，连接铜板(12)为“L形。
本发明在工作过程中，在阴极箱(14)内注入温度为70℃左右的饱和NaCI溶液，液面高于阴极箱(14)至槽盖(9)上部以下约3/4处，在阳极铜板(13)接上直流电源的正极，在阴极铜板(15)接上电源的负极，根据不同的电解槽型号确定其电源电流的大小，电解槽槽电压2.9～3.15V左右。通电后，电解槽电解反应后产生的碱液(NaOH)由碱液出口(20)流至滴流器(4)中流出。产生的氢气由氢气出口(5)进入氢气总管，产生的氯气由氯气出口(6)进入氯气总管，由此电解槽完成电解反应过程。
本发明的优点是1.结构合理，电解性能优良，吨NaOH直流电耗低；由于其阴极网采用活化处理形成活性层，并且采用与阴极骨架(22)固定的结构，能够保证平面度，使其极间距均一，电流分布均匀，电耗低。如本电解槽在使用普通盒式阳极的情况下，槽电压比使用普通铁丝网状的阴极网的槽电压可降低200～400mV，吨NaOH的直流电耗比采用普通铁丝编织网的阴极网的电解槽降低140～280kwh；
2.阴极网(21)采用超低碳不锈钢冲孔加工而成，开孔率在32％～42％范围内，其整体本身就是一个带活性的阴极，且其网面的活性层稳定性强，不怕划伤，使用寿命长。由于电解槽所用隔膜的周期比较短，故要定期更换隔膜，在去除隔膜的过程中，是用高压水冲洗的，使用喷涂或电化学法制造的活性阴极网，只在其表面形成一层活性层，用高压水冲洗很容易破坏其活性层，而本电解槽所配用的阴极网(21)是没有这种顾虑的，故其使用周期(寿命)比铁丝编织网的阴极网的使用周期(寿命)要高出3倍以上。
3.本发明采用一定厚度的橡胶垫片密封，性能可靠，不易泄漏。
4.本发明适用于吸附普通石棉隔膜及各种改性隔膜所配用的盒式阳极或扩张阳极电解槽。
图1是本发明活性阴极隔膜法金属阳极电解槽的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是图1中a部局部放大图。
图4是图1中b部局部放大图。
图5是本发明所设计的阴极箱的结构示意图。
图6是图5的侧视图。
图7是阳极组件图。
图8是图1中阴极网袋结构示意图。
图9是图8的侧视图。
图10是图8的俯视图。
图11是图9中I部放大图。
图12是图8中多孔板阴极网孔排列示意图。
图13是另一种结构的阴极网袋结构示意图。
图14是图13的侧视图。
图15是图13的俯视图。
图16是图14中II部放大图。
具体实施方式
实施例1如图1、2所示的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，主要由槽盖9、阴极箱14、阳极组件28和滴流器4等组成，而壳体27上还设有氢气出口5、碱液出口20和吸附口18。阴极箱14如图5、6所示，是由阴极箱壳体27及阴极板网袋3组成，阴极箱壳体27上带有氢气出口5及碱液出口20，阴极箱14的侧面焊接有“ ”形状的阴极铜板15阴极箱14上法兰通过橡胶垫片11及C型卡子10与槽盖9密封固定，如图4所示。槽盖9上带有氯气出口6，盐水入口7及防爆口8，防爆口8处带有防爆膜。为防止腐蚀，槽盖9内衬有6mm左右的防腐层。槽盖9上还设计有液面观察口19等其它常规口。
在该电解槽中主要部分是阴极和阳极，在两个阴极板网袋3之间放置阳极片2。阳极片2是由钛-铜复合棒25和阳极网等组成，复合棒25下部带有螺纹。
而阴极板网袋3由阴极网21及阴极骨架22焊接构成，如图8、9、10、11所示，阴极网21是由超低碳不锈钢多孔板加工形成网状，如图12所示，阴极网板21的开孔率为38％左右，其在高浓度、高温度的NaOH溶液浸泡，置换出基材中的铬成份，使其形成多孔的富Ni活性层，该活性层不易被破坏，有利于延长阴极板网袋3的使用寿命。阴极板网袋3装入阴极箱14内，阴极箱14底部安装有防腐的钛衬板16，钛衬板16的下部为槽底板1，阴极箱14与钛衬板16之间带有橡胶垫片11，通过螺栓将阴极箱14与钛衬板16、槽底板1及位于槽底板1下部的阳极铜板13固定于一体。而阳极中的复合棒25则通过铜螺母17与钛衬板16，槽底板1和阳极铜板13固定连接，如图3、7所示。钛-铜复合棒25的下端通过钛法兰26与钛衬板16接触，为减少间隙腐蚀，在钛法兰26下部与钛衬板16接触的端面上涂有防腐涂层，该防腐涂层是在钉、钛、铱三种组份中加入钽、铌、锆其中之一的第四组份的盐酸水溶液形成的涂覆液，再在500～600℃高温下进行烧付而形成防腐涂层。阴极箱14上的碱液出口20与滴流器4连接，阴极箱14上的连接铜板12用于与另外的电解槽串联，氢气出口5及槽盖9上的氯气出口6外接气体总管。
阴极网袋3的阴极骨架22的结构如图8、9、10、11所示，为“井”字结构的阴极骨架，该骨架是由穿入数毫米厚的筋板条23十数根中圆钢24数件，再与方钢全部满焊焊接而成的。圆钢24与筋板条23连接处用电焊全部满焊焊牢，将不锈钢阴极网21置于筋板条23上，再将不锈钢阴极网21与筋板条23用氩弧焊点焊牢固。这样在阳极片2通电后，通过NaCl溶液将电流导入不锈钢阴极网板21上，再经过圆钢、方钢导入阴极铜板15通过连接铜板12进入下一台电解槽的阳极铜板13，这样就将每台电解槽的电路串联起来，形成一整套有规模的电解装置。
此结构形式的阴极骨架22优点是结构合理，平面度能够达到1mm左右，电流分布均匀，阴极网袋3中的阴极网21在抽真空时不易被吸瘪。
该电解槽在运行之前将阴极网袋3进行真空吸附，使其外层吸附一层隔膜。在其工作时，在阴极箱14内注入温度为70℃左右的饱和NaCl溶液，即在两个阴极网袋3之间是饱和NaCl溶液，液面高于阴极箱14至槽盖9顶部以下约3/4处，在阳极铜板13接上直流电源的正极，在阴极铜板15接上电源的负极，根据不同的电解槽型号确定其电源电流的大小，电解槽槽电压一般在2.9～3.15V左右。通电后，电解槽电解反应后在每个阴极网袋3中间生成的NaOH水溶液，其由碱液出口20流至滴流器4中流出。反应中所产生的氢气由氢气出口5进入外接的氢气总管，产生的氯气由氯气出口6进入外接的氯气总管，由电解槽完成电解反应过程。
由上述可看出该种电解槽的优点是1.结构合理。具体体现在槽盖9顶部设有防爆口8，消除安全隐患；阴极网板21活化处理后形成活性层，该活性层不易损坏，可使阴极网袋3寿命延长；阴极网21由超低碳不锈钢制成多孔状，比现有的其它网袋平面度高，能够达到1mm左右，电流分布均匀，且在隔膜吸附成形时不易被吸瘪。
2.防腐蚀强。在槽盖9的内部带有防腐层；特别在阳极复合棒25下部的钛法兰26与钛衬板的接触端面上涂有防腐涂层，从而减小间隙腐蚀，这些防腐措施延长阳极片钛法兰25的使用寿命。
3.降低能耗，阴极网袋图8采用超低碳不锈钢制成多孔状板的活性阴极配用结构合理的阴极骨架22，使吨NaOH直流电耗降低。
本发明适用于吸附普通石棉隔膜及各种改性隔膜所配用的盒式阳极或扩张阳极电解槽。
实施例2本发明的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽中，阴极板网袋3的阴极骨架22的结构还可以采用如图13、14、15、16所示的竹节钢结构，竹节钢30、扁钢条31与方钢焊接而成，竹节钢30是由圆钢轧制而成。为了在电解反应过程中给气体有足够的上升空间，在扁钢条31上冲数十个圆孔，将阴极网21与竹节钢30的竹节接触的地方用氩弧焊点焊牢。该种结构的阴极骨架的优点是平面的均一性、刚性比较好，焊接简便，不易变形，电流分布均匀，有利于整个电解槽提高电解性能，降低吨NaOH直流耗电量。
权利要求
1.一种活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，主要由槽盖(9)、阴极箱(14)、阳极组件(28)和滴流器(4)等组成，槽盖(9)上带有氯气出口(6)，盐水入口(7)及液面观察口(19)，阴极箱(14)是由阴极箱外壳(27)及带有活性的阴极板网袋(3)组成，阴极箱外壳(27)上法兰、橡胶垫片(11)与槽盖(9)法兰密封固定，阴极箱外壳上带有氢气出口(5)及碱液出口(20)，阴极网袋(3)由阴极网(21)及阴极骨架(22)构成，其特征是阴极网(21)是由多孔板加工形成网状，其固定于阴极骨架(22)上，阴极网袋(3)固定于阴极箱(14)内，在两个阴极网袋(3)之间放置阳极片(2)，阳极片(2)是由中间的复合棒(25)及两侧的阳极网等组成，复合棒(25)下部带有螺纹；阴极箱的下部设置有钛衬板(16)，钛衬板(16)与槽底板(1)固定，槽底板(1)下部设置有阳极铜板(13)，阳极片(2)的复合棒(25)通过铜螺母(17)与槽底板(1)下部的阳极铜板(13)固定连接，阴极箱(14)下法兰与钛衬板(16)之间放置橡胶垫片(11)，阴极箱(14)与槽底板(1)由螺栓连接固定，阴极箱(14)的外壳(27)上带有阴极铜板(15)，阴极箱(14)上的碱液出口(20)与滴流器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于阴极网(21)是由超低碳不锈钢材料制成的多孔板，其表面经过高浓度、高温度的NaOH溶液浸泡处理，置换出基材中的铬成份形成多孔的富Ni活性层。
3.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于阳极片(2)中的复合棒(25)为钛-铜复合棒，其下端通过钛法兰(26)与钛衬板(16)接触。
4.根据权利要求3所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于在钛法兰(26)下部与钛衬板(16)接触的端面上涂有防腐涂层。
5.根据权利要求4所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于上述的防腐涂层是在钉、钛、铱三种组份中加入钽、铌、锆其中之一的第四组份的盐酸水溶液中形成的涂覆液，再在500～600℃高温下进行烧付而形成防腐涂层。
6.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于阴极网(21)的开孔率在32％～42％范围内。
7.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于阴极网袋(3)的阴极骨架(22)为“井”字形结构或竹节钢结构。
8.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于槽盖(9)顶部设有防爆口(8)，该处安装有防爆膜。
9.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于槽盖(9)与阴极箱(14)密封连接处两法兰由C型卡子(10)进行固定连接。
10.根据权利要求1所述的活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，其特征还在于阴极箱外壳(27)上的阴极铜板(15)的形状为 形。
全文摘要
本发明涉及一种活性阴极隔膜法金属阳极电解槽，应用于化工氯碱行业。它主要由槽盖、阴极箱、阳极组件和滴流器等组成。阴极箱是由壳体、阴极网袋和阴极铜板等部件组成。阴极网袋由阴极网及阴极骨架构成，阴极网由多孔板加工形成网状，其固定于阴极骨架上，阴极网袋固定于阴极箱内，在两个阴极网袋之间放置阳极片。阴极箱壳体与槽底板由螺栓连接固定。而阳极组件由阳极片钛衬板槽底板阳极铜板及铜螺母组成。本发明适用于吸附普通石棉隔膜及各种改性隔膜所配用的盒式阳极或扩张阳极电解槽。
文档编号C25B1/46GK1407138SQ0114200
公开日2003年4月2日 申请日期2001年9月6日 优先权日2001年9月6日
发明者邢家悟, 张其林, 张连宝, 李海要, 王玉兰 申请人:北京化工机械厂