一种适用于高纯电子化学品生产的模组式电解槽框的制作方法

本实用新型属于电解槽技术领域，具体涉及一种适用于高纯电子化学品生产的模组式电解槽框。

背景技术：

电解/电渗析手段主要采用组合式的电解槽结构，通常的电解槽由多个板框和一个统一的支架组成，采用聚合物材料在各个板框之间进行衬垫，然后通过支架一端的液压、螺纹或其他紧固措施进行紧固密封。这种密封模式中不同的板框之间所夹填的密封材料厚度不均一，单一一点或多点的紧固密封措施不能坚固多个板框之间的空隙问题，从而导致漏液；不同的板框材料在进行电解/电渗析反应的过程中容易产生各种气体，从而短时间内积聚的气体将会产生板框之间的震动，这些震动会加剧密封材料与板框之间的相互磨损，产生位移，最终导致漏液；通常板框会通过多个长螺杆固定在支架上，如果需要替换其中某一块板框材料，则可能需要在检修过程中将整组材料中最多一半的板框全部从一端移走，大大浪费了人力物力之外，还有可能在原本完整密封的板框材料之间产生新的非密封点，从而导致渗漏。

针对上述问题，多年来行业内相关工作人员对传统板框式电解槽的密封状况进行了诸多方面的改进。cn1399689a提供了一种电解装置，其中循环框架在金属在流体的边缘之外延伸，使得第一电解槽的循环框架和/或垫片由相邻的第二电解槽的循环框架和/或垫片之弹性材料相同的弹性材料形成，从而循环框架可以直接连接到相邻的非金属隔板，但是该发明采用的是两端压紧的密封方式，虽然采用弹性材料，但不可避免存在不同板框之间不同点压力不均匀产生渗漏的情况。cn2466166y提供了一种强密封固定组合式电解槽假底，由其上开有隔膜宽孔的上组合件和其上开有阳极渣孔的下组合键通过竹钉连结而成，该种假底采用普通塑料材料，耐酸碱性和洁净度都不佳，且整体为一体化设计，不易于拆装和维护。us2009/0155671a1提供了一种在两层板框之间的密封形式，这种密封形式包括两个在同一方向上以一定距离分布的接触部分，分别与两个板框紧密接触，这种密封材料采用经过后期压应力处理的具有超塑性的合金材料，在更高的温度状况下提供一个更大的机械压缩阻力用于密封，但是该类密封材料为合金材料，不适用于具有一定浓度酸碱水溶液或对溶液中金属离子杂质有一定要求的密封条件。cn201545918u提供了一种铝电解槽槽盖板结构，它由波形板、端部边框和把手组成，有利于盖板受力性能，减少了制作盖板整体的边框结构，在相互搭接的过程中，有利于盖板之间的配合，增强了电解槽的密封性能，但是该方法仅仅提供了上盖板的密封方式，不具有整体的密封性，且波形结构的密封受力受到波形密封板材料处理均一性的影响，不利于稳定的大规模生产使用。cn102976774a提供了一种惰性阳极铝电解槽用保温与密封材料及其制备方法，该材料依次结为一体地包括为刚玉质浇注料的致密层，为分和浆液配制的浆料作为过度层，为轻质浇注料的保温层，该方法虽然融合了两种材料，解决了高温下膨胀系数不匹配而开裂的问题，然而密封材料为氧化铝材料，不适用于需要耐酸碱材料的电解过程。cn105887139a提供了一种可控铝电解槽阳极覆盖密封结构，包括固定罩射在电解槽上的结构框架，以及铺设在结构框架上的若干密封板，该方案采用整体密封方式，且仅仅存在上盖板，整体密封特性有待考察。

另一方面，适用于显示/半导体芯片集成电路中光刻工艺的制造过程纯度要求极高的湿电子化学品，通常离子杂质要求在ppb等级或者更低；颗粒杂质更是根据不同的应用场景有不同颗粒度的要求，一般要控制0.5μm及以下粒径的颗粒，随着应用领域线宽的要求越来细，应用端将会对颗粒杂质的粒径大小和颗粒数量提出更高的要求，因此当前传统电解/电渗析过程中可能产生的渗漏现象无疑将会对产品质量产生影响，如何消除这种影响将是保证产品质量的关键之一。cn102828198a提供一种氯碱用全氟离子交换膜法电解有机铵盐制备高纯季铵碱的方法，通过使用在电极间设置全氟离子交换膜且主要由阳极室、阳极、全氟离子交换膜、阴极、阴极室构成的电解槽，该方法使用的电解槽形式与传统氯碱行业电解槽形式无二，仅采用塑料密封材质作为改善产品质量的措施，不一定能解决电解过程中的渗漏问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可单片拆装，无需整体压紧密封且密封性好，电解过程中不发生渗漏现象的适用于高纯电子化学品生产的模组式电解槽框。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种适用于高纯电子化学品生产的模组式电解槽框，所述模组式电解槽框由等高的自锁紧模块可拆卸组合而成，所述自锁紧模块与电解液体的接触面均涂覆有膨胀密封材料。

进一步地，所述自锁紧模块为板框结构，包括位于所述模组式电解槽框中间的自锁紧模块一、自锁紧模块二和位于所述模组式电解槽框两侧的自锁紧模块三、自锁紧模块四；所述自锁紧模块一和自锁紧模块二、所述自锁紧模块三和自锁紧模块一、所述自锁紧模块二和自锁紧模块四两两之间分别通过榫卯结构连接形成板框式结构的模组式电解槽框。

进一步地，所述模组式电解槽框组装时可根据生产需要增加自锁紧模块一和自锁紧模块二的数量。

进一步地，所述自锁紧模块一和自锁紧模块二的内壁边缘上通过密封垫固定有离子交换膜，所述密封垫和所述自锁紧模块一和自锁紧模块二的内壁的间隙可调。

进一步地，所述自锁紧模块一的板框结构前后两侧边缘和所述自锁紧模块四的板框结构内侧边缘均设有突出的榫头，所述榫头上端的厚度略大于下端的厚度，形成倾斜的结构；所述自锁紧模块二的板框结构前后两侧边缘和所述自锁紧模块三的板框结构内侧边缘均设有与所述榫头相配合的榫槽。

进一步地，所述榫头的倾斜角度为5°。

进一步地，所述自锁紧模块一和所述自锁紧模块四的榫头上方边缘均设有向外突出的平台，所述平台左右两端设有卡扣固定槽一；所述自锁紧模块二和所述自锁紧模块三的榫槽顶端均低于其板框结构顶端，与所述板框结构顶端形成分别与所述突出的平台配合的台阶状结构，且所述自锁紧模块二和所述自锁紧模块三的板框结构左右两侧表面靠近上端位置均设有与所述卡扣固定槽一对应的卡扣固定槽二；自锁紧模块组合时所述卡扣固定槽一和卡扣固定槽二通过内部设置有弹簧的紧固卡扣固定。

进一步地，所述膨胀密封材料为多层密封材料，其截面结构从应用面到贴合面依次为微孔膜渗透层、支撑网层、水溶胀材料层、支撑网层、隔水密封材料层。

进一步地，所述微孔膜渗透层采用聚四氟乙烯，或可溶性聚四氟乙烯材料制成，其厚度为50-500μm，微孔孔径范围为0.1-5μm；所述支撑网层采用聚丙烯纤维编织材料形成，其厚度为50-500μm；所述水溶胀材料层采用多糖或高吸水性合成聚合物制成，其厚度为50-500μm；所述隔水密封材料层为聚丙烯或聚乙烯薄膜层，其厚度为50-500μm。

本实用新型的有益效果有：

1、本实用新型的模组式电解槽框由等高的自锁紧模块可拆卸组合而成，模块间由重力作用自行锁紧，无需整体压紧密封，极大改善传统电解槽压紧式无法单片拆装的情况；且自锁紧模块与电解液体的接触面均涂覆有膨胀密封材料，在进行电解反应生产产品的过程中，由于相邻模块内部都会有大量液体存在，两者之间的密闭结构将随其中所含有液体质量的增加而更加密封，在保证产品洁净度的前提下，防止渗漏情况发生。

2、本实用新型的自锁紧模块组合时，自锁紧模块上的卡扣固定槽一和卡扣固定槽二通过内部设置有弹簧的紧固卡扣固定，弹簧紧固能够提供一定的震动缓冲，将两种自锁紧模块固定在一起，从而避免由于反应过程产生气体引起瞬间体积变化而导致的震动，以及由此种震动产生的可能的板框之间的空隙所导致的渗漏的情况发生。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的爆炸图。

图3为本实用新型自锁紧模块一的结构示意图。

图4为本实用新型自锁紧模块二的结构示意图。

图5为本实用新型自锁紧模块三的结构示意图。

图6为本实用新型自锁紧模块四的结构示意图。

图7为本实用新型的膨胀密封材料的截面结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种适用于高纯电子化学品生产的模组式电解槽框，所述模组式电解槽框由等高的自锁紧模块可拆卸组合而成，所述自锁紧模块与电解液体的接触面均涂覆有膨胀密封材料。所述自锁紧模块为板框结构，采用不锈钢材料或其他满足生产洁净度的材料作为基础框架，包括位于所述模组式电解槽框中间的自锁紧模块一1、自锁紧模块二2和位于所述模组式电解槽框两侧的自锁紧模块三3、自锁紧模块四4；所述自锁紧模块一1和自锁紧模块二2、所述自锁紧模块三3和自锁紧模块一1、所述自锁紧模块二2和自锁紧模块四4两两之间分别通过榫卯结构连接形成板框式结构的模组式电解槽框。所述模组式电解槽框组装时可根据生产需要增加自锁紧模块一1和自锁紧模块二2的数量，如在整体模组式电解槽框的两端采用具用自锁紧模块三3与自锁紧模块一1进行匹配，或采用自锁紧模块四4与自锁紧模块二2进行匹配。

所述自锁紧模块一1和自锁紧模块二2的内壁边缘上通过密封垫固定有离子交换膜，所述密封垫和所述自锁紧模块一和自锁紧模块二的内壁的间隙可调，满足大部分当前所用的具有支撑结构的离子交换膜和没有支撑结构的离子交换膜的安装和电解/电渗析过程的应用。

结合图3-图6，所述自锁紧模块一1的板框结构前后两侧边缘和所述自锁紧模块四4的板框结构内侧边缘均设有突出的榫头5，所述榫头上端的厚度略大于下端的厚度，形成倾斜的结构，倾斜角度为5°；所述自锁紧模块二2的板框结构前后两侧边缘和所述自锁紧模块三3的板框结构内侧边缘均设有与所述榫头5相配合的榫槽6。所述自锁紧模块一1和所述自锁紧模块四4的榫头上方边缘均设有向外突出的平台7，所述平台7左右两端设有卡扣固定槽一8；所述自锁紧模块二2和所述自锁紧模块三3的榫槽5顶端均低于其板框结构顶端，与所述板框结构顶端形成分别与所述突出的平台5配合的台阶状结构，且所述自锁紧模块二2和所述自锁紧模块三3的板框结构左右两侧表面靠近上端位置均设有与所述卡扣固定槽一8对应的卡扣固定槽二9；自锁紧模块组合时所述卡扣固定槽一8和卡扣固定槽二9通过内部设置有弹簧的紧固卡扣10固定。

如图7所示，所述膨胀密封材料为多层密封材料，其截面结构从应用面（暴露在电解产品中并与之接触的面）即与电解液的接触面11到贴合面（与自锁紧模块一、二、三、四表面相贴合的面）即与板框及卡槽接触面12依次为微孔膜渗透层13、支撑网层一14、水溶胀材料层15、支撑网层二16、隔水密封材料层17。所述微孔膜渗透层13采用聚四氟乙烯，或可溶性聚四氟乙烯材料制成，其厚度为50-500μm，微孔孔径范围为0.1-5μm；所述支撑网层一14和支撑网层二16采用聚丙烯纤维编织材料形成，其厚度为50-500μm；所述水溶胀材料层15采用多糖或高吸水性合成聚合物制成，其厚度为50-500μm；所述隔水密封材料层17为聚丙烯或聚乙烯薄膜层，其厚度为50-500μm。其中各层材料不会在一定温度范围（20-80℃）条件下产生水溶液中ppb等级（<100ppb）以上的阴阳离子溶出。

实施例1

采用单膜两室的电解工艺进行四甲基氢氧化铵的生产

采用自锁紧模块一1、自锁紧模块二2、自锁紧模块三3、自锁紧模块四4各一块，将四个自锁紧模块按照自锁紧模块三3-自锁紧模块一1-自锁紧模块二2-自锁紧模块四4的组合顺序进行组合，其中自锁紧模块一1和自锁紧模块二2之间添加一张阳离子交换膜。自锁紧模块一1和自锁紧模块二2中各根据生产需求分别搭配一对电解电极的阴极和阳极，典型的可以在自锁紧模块一1中插入阳极电解电极，在自锁紧模块二2中插入阴极电解电极。根据所采用的四甲基铵盐的种类不同，阴极可以采用以镍/钛等材料，阳极可采用不锈钢/钛等材料，开孔位置及密封形式根据不同电极材料及功率需求进行分配。

按照组合顺序进行组装，并安装紧固卡扣10，得到模组式电解槽框，其中所有密封区域及板框内部区域均采用图7所示的密封材料，并按接触面覆于板框材料表面。

在自锁紧模块一1中加入循环的10-30wt%的四甲基铵盐的水溶液，在自锁紧模块二2中加入循环的5-20wt%的四甲基氢氧化铵的水溶液，以5-30v范围内的电压和1000-5000a恒定电流进行循环电解，一定时间后不断从自锁紧模块二2中循环得到的液体中取得产品为15-30wt%的四甲基氢氧化铵的水溶液，同时向自锁紧模块一1中不断补充所需的原料四甲基铵盐的水溶液。

实施例2

采用多膜多室的电解工艺进行四甲基氢氧化铵的生产

采用自锁紧模块一1、自锁紧模块二2、自锁紧模块三3、自锁紧模块四4各若干块，四种模块可以按照以下三种顺序组合：

顺序一：自锁紧模块三3-自锁紧模块一1-自锁紧模块二2-[(自锁紧模块一1-自锁紧模块二2)]n-自锁紧模块四4

顺序二：自锁紧模块三3-自锁紧模块一1–[(自锁紧模块二2-自锁紧模块一1)]n-自锁紧模块三3的组合模式进行组合。

顺序三：自锁紧模块四4-自锁紧模块一2–[(自锁紧模块二1-自锁紧模块一2)]n-自锁紧模块四4的组合模式进行组合。

在一对自锁紧模块一1和自锁紧模块二2之间添加一张阳离子交换膜，在另一对与之对应的自锁紧模块二2和自锁紧模块一1之间添加一张阴离子交换膜。自锁紧模块中根据生产需求分别搭配一对或多对电解电极的阴极和阳极，典型的可以在自锁紧模块一1中插入阳极电解电极，在自锁紧模块二2中插入阴极电解电极。根据所采用的四甲基铵盐的种类不同，阴极可以采用以镍/钛等材料，阳极可采用不锈钢/钛等材料，开孔位置及密封形式根据不同电极材料及功率需求进行分配。

按照组合顺序进行组装，并安装紧固卡扣10，得到多一组或多组的自锁紧模块一1和自锁紧模块二2组合的电解槽框或多一组或多组自锁紧模块一1的电解槽框，其中所有密封区域及板框内部区域均采用如图7所示的密封材料，并按接触面覆于板框材料表面。

在某一自锁紧模块（阳极）中加入循环的10-30wt%的四甲基铵盐的水溶液，在另一自锁紧模块（阴极）中加入循环的5-20wt%的四甲基氢氧化铵的水溶液，以5-30v范围内的电压和1000-5000a恒定电流进行循环电解，一定时间后不断从自锁紧模块（阴极）中循环得到的液体中取得产品为15-40wt%的四甲基氢氧化铵的水溶液，同时向自锁紧模块（阳极）中不断补充所需的原料四甲基铵盐的水溶液。

本实用新型的模组式电解槽框由等高的自锁紧模块可拆卸组合而成，模块间由重力作用自行锁紧，无需整体压紧密封，极大改善传统电解槽压紧式无法单片拆装的情况；且自锁紧模块与电解液体的接触面均涂覆有膨胀密封材料，在进行电解反应生产产品的过程中，由于相邻模块内部都会有大量液体存在，两者之间的密闭结构将随其中所含有液体质量的增加而更加密封，在保证产品洁净度的前提下，防止渗漏情况发生。

本实用新型的自锁紧模块组合时，自锁紧模块上的卡扣固定槽一8和卡扣固定槽二9通过内部设置有弹簧的紧固卡扣固定，弹簧紧固能够提供一定的震动缓冲，将两种自锁紧模块固定在一起，从而避免由于反应过程产生气体引起瞬间体积变化而导致的震动，以及由此种震动产生的可能的板框之间的空隙所导致的渗漏的情况发生。

上述说明是示例性而非限制性的。本实用新型专利所包含电解槽框模块数量不限于所举例的数量。通过上述说明本领域技术人员可以意识到本实用新型的许多种改变和变形，其也将落在本实用新型的实质和范围之内。