專利名稱：電極水平放置式氯酸鹽電解槽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電解槽，具體地說是提供一種用于制備氯酸鹽的電解槽。
工業(yè)生產(chǎn)中，氯酸鹽(主要是NaClO3)是由飽和食鹽水在無隔膜電解槽中電解制得，其生產(chǎn)設備中的核心部件是電解槽。先進的氯酸鹽電解槽其陽極廣為采用性能穩(wěn)定的金屬陽極，如Ru-Ti，Ru-Ti-Sn，Ru-Ti-Ir等，其陰極采用活性陰極以及空氣陰極。從電解槽本身看，也已由傳統(tǒng)的一體式發(fā)展為帶外反應的兩體或三體式電解槽。如八十年代工業(yè)上采用的單極式帶外反應器電解槽技術。這類電解槽雖然電耗低，電流效率高，但尚存在以下不足之處1.電解槽制作費用高，技術要求嚴，陽極氬弧焊的方式焊接于殼體，均勻的極間距及精確的位置不好控制;2.電解槽運行時所需電解液要經(jīng)嚴格處理，特別是對鹽水中Ca2+，Mg2+敏感，易沉積于陰極，從而影響了電解槽運行性能，平均2～3個月需以酸清洗一次電解槽;3.電解槽的陽極使用失效后再生困難，失效的陽極須一片片割下來重新定型定尺寸，殼體也需要重新整型，增加修復成本。
本發(fā)明的目的是提供一種新型氯酸鹽電解槽，使用這種電解槽能克服目前采用電解槽的上述缺點，它不但具有電耗低、電流效率高的優(yōu)點，并具有結構簡單，組裝方便，電極易更換等特點;同時，電解槽運行中可有效避免Ca2+、Mg2+的沉積，提高了電解槽的使用率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明對公知的電解槽技術進行了較大的改進，其特征在于它改變了普通電解槽中的平板電極垂直放置的傳統(tǒng)結構形式，而采用水平放置電極的電極結構，且電極采用帶穿孔或拉伸網(wǎng)狀平板式電極。這種結構的電解槽在運行時，電解液(鹽水)是自下而上穿過電極平面。上述各電極間加有絕緣墊圈，電極間的距離可由絕緣墊圈的厚度來決定，只要選擇絕緣墊圈的厚度就可調整極間距。因此易于實現(xiàn)1mm以下的極間距結構，有利于提高電解槽的性能和時空產(chǎn)率。上述本發(fā)明的電解槽，其絕緣墊圈可制成絕緣密封框，電極板和密封框復合組裝即可制成一密閉槽體，而不需要傳統(tǒng)的槽體。附

圖1為本發(fā)明電解槽的結構示意圖，圖中1.陽極;2.陰極;3.絕緣密封框;4.導電銅排;5.上、下夾板。A方向為電解槽運行時，電解液流動方向。按附圖所示的結構，可以很方便地組裝本發(fā)明電解槽，即將穿孔或拉伸網(wǎng)電極板(1，2)與絕緣密封框3依次迭加成一組電槽，并在其上、下各加一夾板5，然后用緊固螺栓將其固定(同時應保證槽內密封)，密封框外部分的極板(1，2)分兩組，并且導電銅排4將極板緊密連成一體構成陽極1和陰極2組裝成電解槽。電解槽運行時，電解液從下夾板5入口通入，穿過電極板的穿孔或網(wǎng)孔于上夾板5出口流出。本發(fā)明電解槽的電極材料，其陽極可采用金屬陽極，例如釕鈦系及鍍鉑鈦、二氧化鉛或二氧化錳等材料，陰極可采用不銹鋼、銅、鐵、鈦、鎳及鐵鍍鎳等材料，這些金屬材料制成平板再加工成穿孔板或拉伸網(wǎng)板。要求穿孔板的開孔率應在20～60%，其開孔的形狀對電極性能無影響，通?？稍跇O板上均勻的加工成φ1～10mm園孔;要求拉伸板的拉伸比在1.30～1.60之間，電極板的厚度可視電解槽的大小選擇，一般為0.5～3mm，常用的單極式電槽可選1.0～1.5mm厚的平板制作電極板。電解槽使用的絕緣密封框3應采用絕緣和密封性能好，并對電解液及電解產(chǎn)物具有抗腐蝕的有機、無機材料制成，例如橡膠、塑料、石棉等材料制成，其厚度將決定電極的極間距，一般可選擇厚度為0.1～5mm。下面通過實例對本發(fā)明的技術給予進一步詳細地說明。
實例1 電極水平放置式氯酸鹽電解槽及使用按附圖2所示電極板選用不同材料，制成穿孔板電極或拉伸網(wǎng)電極，其電極有效工作面積a為10×10×2cm2/片。絕緣密封框采用橡膠制成，橡膠密封框為框內10×10cm2，框寬b1.5cm的一墊框。導電銅排厚度根據(jù)電極和密封框厚度定，上、下夾板用有機樹脂PVC材料制成。按附圖1所示電解槽結構，利用d孔可將上述部件組裝成本發(fā)明的電解槽。其電極材料、規(guī)格、用途、開孔率如表1所示。
表1不同電極板材料、規(guī)格及開孔率 按公知的單槽帶外反應器式氯酸鹽生產(chǎn)工藝及設備，并采用上述制備的本發(fā)明的電解槽可用于制備NaClO3。為控制電解液在電解槽內的流速，可外加一臺循環(huán)泵。實驗方法是，量取一定量的鹽水，用1∶1HCl緩慢調整PH值至6左右，加入Na2Cr2O73g/L，加熱至70～75℃倒入反應器中，立即開泵，送電電解，記錄時間(t)、反應器中電解液溫度(T)、電流(I)、電量(Q)、電壓(E)、PH值，尾氣氧含量(O2%)及運行中1N酸鹽水的加入量，運行中維持PH值在6.3～6.7之間，反應器溶液溫度在70±5℃。運行至終槽(100g/l NaCl左右)停槽，放出槽液，用去離子水清洗系統(tǒng)，量取室溫下終槽液和洗槽液的體積，分析其中NaClO3和NaCl含量。
實例2極間距對電解槽的性能影響采用4片A陽極及5片C陰極組成4A5C電解槽，當極間距不同時，電壓(E)隨電量(Q)的變化如表2、3。
表2 2.8mm極間距E隨Q的變化
其它運行條件6L鹽水;PH6.3～6.7;反應溫度70±5℃;150A(187mA/cm2;終槽濃度NaCl 86.21g/L，NaClO3448.7g/L，電流效率93.7%。
表3 0.8mm極間距E隨Q的變化
其它運行條件5.5L鹽水;PH6.3～6.7;反應溫度70±5℃，160A(200mA/cm2);終槽濃度NaCl 107.7g/L，NaClO3441.9g/L，電流效率94.1%。
由表2、3可知，極間距由2.8mm降至0.8mm，單槽平均槽電壓(E)下降100mV左右。一般來講，極間距越小越好，有利于降低溶液的歐姆壓降，降低電耗。另外，還減小了電解槽體積，提高了時空產(chǎn)率。但是由于電解槽運行時，電解液的沖擊，為避免電極短路極間距又不可過小，應大于0.1mm。隨電解槽體積變化極間距可在0.1～5mm之間選擇，當極間距控制在1mm以內時，可有效地提高電槽性能和提高時空產(chǎn)率。
實例3 電極材料對電解槽的性能影響采用表1的陽極材料與C1(Fe)，C2(TA2)及C2(Ni/Fe)陰極材料組成測試電解槽，在150ml 310g/L NaCl+3g/L Na2Cr2O7溶液中，PH6～6.5，60℃，工作面積1.76cm2，無攪拌下的電流i與陰極電極電位φc值如表4。
表4 不同陰極在鹽水溶液中i-φc關系 由表4可知，不同陰極材料的φc相差很大，以Ni/Fe性能最好。
實例4 開孔率對電解槽性能的影響采用表1的A為陽極，C1及C2為陰極組成的極間距為2.8mm的電解槽，運行方法及條件如實例1，其這行初期槽壓(E)與電流(I)的關系如表5、表6。
表5 1AlC1槽，100cm2工作面積，3L鹽水 表6 1A21C2槽，100cm2工作面積，3L鹽水
由表5可見，陰極C1位上和位下對E影響很大，以250mA/cm2運行為例，位上時比位下時E高出1V左右。而由表6知，陰極C2位上或位下對E值影響不大。開孔率過低使槽壓被動，且槽壓升高。因此本發(fā)明的電極開孔率應大于20%，但開孔率過大相應減少電極表面積，一般以小于60%為宜，且較佳的開孔率為35～45%。
實例5 本發(fā)明電解槽用于NaClO3生產(chǎn)采用本發(fā)明電解槽(如實例1)，陽極為1mm整平后的鐵拉伸網(wǎng)，雙面涂Ru-Sn-Ti;陰極為1mm整平后的鐵拉伸網(wǎng)鍍暗鎳，組裝極間距為0.7～0.8mm的電解槽用于NaClO3電化生產(chǎn)，運行條件電流密度250mA/cm2，電流濃度30A/L，70℃，PH6.3～6.7，泵強制循環(huán)，其他條件如實例1，運行結果為1.槽電壓V在2.9(初始)～3.1(終)V之間;2.電流效率CE為94±2%;3.電能消耗W為4800～5000Kwh/t NaClO3;4.電槽電解尾氣組成為2～3%O2，0.5%Cl2，其余為H2和少量水蒸汽。
由上述實例，本發(fā)明的水平放置電極式氯酸鹽電解槽與公知技術相比具有下述優(yōu)點1.電解槽制作、組裝、拆卸等十分簡單，大大降低了制作成本。
2.電極更換方便，便于陽極再生，提高了電解槽使用壽命。
3.電極間距易控制，易實現(xiàn)1mm以下的極間距結構，有利于提高電槽性能和時空產(chǎn)率。
4.由于電極水平放置，運行中氣液混合體在槽內湍動、沖刷，有效地防止了Ca2+、Mg2+的沉積。
同時，這種電解槽為單極式，便于對目前工業(yè)大量采用的單極氯酸鹽電解槽進行替換，適于工業(yè)推廣應用。
權利要求
1.一種采用單極式的帶外反應器型氯酸鹽電解槽，其特征在于電解槽的電極是水平放置的，且電極采用帶穿孔或拉伸網(wǎng)狀平板式電極，電解槽運行時，電解液是自下而上穿過電極平面。
2.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于電極板間加有絕緣墊圈，電極間的距離可由絕緣墊圈的厚度來決定。
3.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于絕緣墊圈可制成絕緣密封框，電極板和密封框復含組裝，可制成密閉槽體，即電解槽，這種電解槽不需要傳統(tǒng)的電解槽槽體。
4.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于帶穿孔電極的開孔率為20～60%，其開孔的形狀對電極性能無影響，通?？稍跇O板上均勻的加工成φ1～10mm園孔;拉伸網(wǎng)電極的拉伸比在1.30～1.60之間;電極板的厚度一般為0.5～3mm。
5.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于陽極電極可采用金屬陽極，如釕鈦系，鍍鉑鈦，二氧化鉛，二氧化錳等材料制成;陰極可采用不銹鋼、鐵、鈦、鎳、銅及鐵鍍鎳等材料制成。
6.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于絕緣密封框可采用橡膠、塑料、石棉等材料制成，其厚度一般可選擇為0.1～5mm。
7.按照權利要求1所述的電解槽，其特征在于電極的極間距最好控制在1mm以內。
全文摘要
一種氯酸鹽電解槽，其特征在于它采用帶穿孔或拉伸網(wǎng)狀平板式電極，且電極是水平放置，電解槽運行時，電解液是自下而上穿過電極平面。該電極間加有絕緣密封墊圈，電極間的距離可由絕緣墊圈的厚度來調整，因而很易實現(xiàn)1mm以下的極間距結構，可有效的減少電耗，改善了電解槽的性能，提高了時空產(chǎn)率。同時，該電解槽結構簡單，組裝方便，電極易于更新再生，電解槽使用壽命長。
文檔編號C25B1/26GK1103901SQ9311597
公開日1995年6月21日 申請日期1993年12月16日 優(yōu)先權日1993年12月16日
發(fā)明者衣寶廉, 張新革, 吳麗娟, 張恩浚 申請人:中國科學院大連化學物理研究所