專利名稱：擴(kuò)大活性隔膜表面的電解池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從含水堿性卣化物溶液產(chǎn)生氯氣的電解池， 主要由兩個(gè)半容器殼體、陽(yáng)極、陰極和離子交換隔膜(在下文中稱為 "隔膜")組成上述電解池。各個(gè)半容器殼體的內(nèi)側(cè)裝有一些用導(dǎo)電材 料制成，支撐各個(gè)電極和傳遞來(lái)自外側(cè)的夾緊作用力的細(xì)長(zhǎng)條以及安 裝在離子交換隔膜和電極之間，用于把隔膜固定在適當(dāng)位置和分布機(jī) 械力的墊片元件。在離子交換隔膜的至少一個(gè)側(cè)面上設(shè)置墊片而且用 既導(dǎo)電又耐腐蝕的材料制作墊片。
背景技術(shù)：
在技術(shù)上大家知道用于產(chǎn)生卣素氣體的單電解池類型電解裝置。
在單電解池類型結(jié)構(gòu)中，最多到40個(gè)獨(dú)立的電解池并行地懸桂在吊架 上而且相鄰電解池對(duì)的相應(yīng)圍壁例如通過(guò)合適接觸細(xì)長(zhǎng)條互相電連 接。在這種方法中，離子交換隔膜承受由外部施加的夾緊力引起的很 大機(jī)械負(fù)載，必須通過(guò)細(xì)長(zhǎng)條來(lái)傳遞外部施加的夾緊力。
在目前技術(shù)狀態(tài)下大家知道把這些電極焊接到在垂直于電極和半 容器殼體后壁放置而因此對(duì)準(zhǔn)在夾緊力方向上的一些細(xì)長(zhǎng)條上的相應(yīng) 半容器殼體上。把多個(gè)墊片安裝在隔膜和電極之間的間隔中以便用墊
片夾緊承受外部機(jī)械力的隔膜而因此把隔膜固定在適當(dāng)位置上。把這 些墊片配置成確定一個(gè)接觸面積的對(duì)向?qū)Χ鸭?xì)長(zhǎng)條安置在相應(yīng)的上 述接觸面積內(nèi)電極的對(duì)向側(cè)上。
在DE19641125和EP0189535是^^開(kāi)這種類型的電解池。如 DE2538414所述，用電絕緣材料制作這些墊片元件。EP 1073780和 EP0189535也講授了不用金屬元件和導(dǎo)電元件組成墊片。這源于對(duì)向 墊片對(duì)引起隔膜在有關(guān)接觸面積內(nèi)厚度降低的實(shí)際情況。如果用導(dǎo)電
材料制作墊片元件，則在機(jī)械負(fù)載影響下和減小隔膜厚度的影響下在 隔膜中可能引起短路。
根據(jù)電流輸送的觀點(diǎn)來(lái)看，被墊片元件屏蔽的隔膜區(qū)域成為非活 性的。在電解池組裝期間，保證有效地達(dá)到墊片對(duì)完美匹配實(shí)際上是 不可能的。最后得出的隔膜表面所以比根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的理論表面 稍大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種所設(shè)計(jì)的克服以上所舉例說(shuō)明的 不足之處，尤其是便于更好地使用隔膜活性表面面積的電解池。
通過(guò)提供一種用于從含水堿性卣化物溶液產(chǎn)生氯氣的電解池來(lái)達(dá) 到不僅以上所陳述的目的而且進(jìn)一步的一些目的和優(yōu)點(diǎn)以及其他一些 目的和優(yōu)點(diǎn)，這種電解池包括兩個(gè)半容器殼體和裝有配置在其間的離 子交換隔膜的兩個(gè)電極、陽(yáng)極和陰極。每半容器殼體的內(nèi)側(cè)裝有支撐 各個(gè)電極而且從外側(cè)傳遞夾緊作用力的增大導(dǎo)電裝置。此外墊片元件 配置在離子交換隔膜和一些電極之間以便把隔膜固定在適當(dāng)位置而且 分布機(jī)械力，其中在離子交換隔膜適宜的一側(cè)，上述墊片元件是用既 導(dǎo)電又耐腐蝕的材料制作的。
在本發(fā)明的 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在相當(dāng)于隔膜陽(yáng)極側(cè)的電流輸入 側(cè)的一些墊片元件是用既導(dǎo)電又耐腐蝕的材料制作的，而在陰極側(cè)安 裝用電絕緣材料制作的一些墊片元件。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，與隔膜接觸的而且用電絕緣材料制
作的墊片元件表面的直徑小于6mm，更優(yōu)選的是小于5mm。本發(fā)明 人驚奇地觀察到使用具有6mm以下或者更小直徑的墊片元件對(duì)隔膜 的所有電流輸送性質(zhì)上沒(méi)有影響。
如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的電解池的情況中，在電解池組裝期間很 難保證對(duì)向墊片元件對(duì)完美匹配；本發(fā)明在這方面提供了相當(dāng)大的方 便，由于使第一窄墊片和第二稍寬墊片面對(duì)面耦接是可以實(shí)現(xiàn)的，第 失去活性。用一種替換方法，使用具有適宜開(kāi)口結(jié)構(gòu)的寬墊片元件，
只要對(duì)向表面的直徑在實(shí)際接觸上完全保持在6mm以下也是可以實(shí) 現(xiàn)的。在這種方法中電解池的組裝是相當(dāng)簡(jiǎn)便的。
通過(guò)在細(xì)長(zhǎng)條接觸區(qū)域上使電極取成適合的形狀以便在隔膜側(cè)面 形成完整的墊片元件，能夠避免使用分離的墊片元件，能夠獲得進(jìn)一 步的提高。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，用作本發(fā)明電解池墊片零件的既 導(dǎo)電又耐腐蝕的材料選自鈦及其合金、鎳及其合金、鍍鈦材料和鍍鎳 材料。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在與導(dǎo)電的一些墊片元件相應(yīng) 的接觸面積內(nèi)隔膜厚度增加了至少10%,上述在厚度上的增量是通過(guò) 在隔膜其中一個(gè)側(cè)面，優(yōu)選的是陰極側(cè)的側(cè)面上涂敷額外的涂層而得 到的。這樣的隔膜加厚對(duì)由墊片元件中的小橫截面面積傳遞的機(jī)械負(fù) 載能夠負(fù)載補(bǔ)償而不一定增加整個(gè)隔膜的阻力。
在本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施例中，兩個(gè)對(duì)向的墊片元件是金屬的而 且是導(dǎo)電的，并且在與導(dǎo)電墊片元件相應(yīng)的接觸面積內(nèi)隔膜厚度增加 了至少10%。離子交換隔膜厚度上的增量?jī)?yōu)選的是不超過(guò)原有隔膜厚 度的兩倍。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，隔膜厚度遍及整個(gè)表面是均勻的， 而金屬的和導(dǎo)電的墊片元件安裝在兩個(gè)側(cè)面上，上述墊片鍍有相對(duì)于 在相應(yīng)的接觸面積內(nèi)的離子交換隔膜具有基本上相同或者等效的性質(zhì) 的材料。


在下文中借助于由實(shí)施例提供而且將不準(zhǔn)備用作一種其范圍的限 制的一些附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的電解池的透視圖， 圖2a表示在現(xiàn)有技術(shù)的電解池中夾緊力的分布，圖2b表示在本發(fā)明 電解池的優(yōu)選實(shí)施例中電流傳輸線的分布，圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施例的墊片元件。
具體實(shí)施例方式
圖l表示在本發(fā)明電解池的透視圖中的一些內(nèi)部零件。隔膜l被
夾緊在與其直接接觸的墊片2和3之間。用背側(cè)面焊接在細(xì)長(zhǎng)條6上 的墊片元件2緊壓住陽(yáng)極4。把這條細(xì)長(zhǎng)條在其轉(zhuǎn)角處焊接在半容器 殼體壁8上。在半容器殼體壁8上，沿著細(xì)長(zhǎng)條6的高度安置接觸條 10，在這樣的情況下4吏接觸條10成為凹槽形狀而且容納鄰接電解池 (圖中未表示出)的接觸條。
陰極側(cè)的結(jié)構(gòu)是類似的，以致陰極5直接與在背側(cè)面上與細(xì)長(zhǎng)條 7焊接的墊片元件3接觸。墊片元件3裝有如圖3中所詳細(xì)表示的開(kāi) 口。細(xì)長(zhǎng)條7在其轉(zhuǎn)角處內(nèi)與半容器殼體壁8焊接。
圖2a舉例說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的電解池，其中為了便于對(duì)其用圖說(shuō)明而 放大了隔膜厚度。二個(gè)箭頭9表示通過(guò)鄰接電解池傳遞的外部壓縮力 的方向。
隔膜1在相應(yīng)的電流輸入中有在陰極側(cè)的高阻區(qū)la和在陽(yáng)極側(cè)的 低電阻區(qū)lb。這種隔膜分層現(xiàn)象對(duì)在隔膜內(nèi)均勻電流分布有幫助。由 于隔膜被絕緣墊片元件2和3屏蔽，因此如圖2所示，大體上在其附 近使電流流動(dòng)線轉(zhuǎn)變方向，而且在環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)形成電流流動(dòng)不橫穿 的隔膜部分。用有點(diǎn)區(qū)域表示這樣的部分。由于這些非活性部分而增 大在隔膜內(nèi)的電壓降和在這些活性部分內(nèi)的電流密度。
圖2b表示在與本發(fā)明電解池的一個(gè)實(shí)施例有關(guān)的隔膜中的電流 線圖形。在陽(yáng)極側(cè)面上用金屬制作的墊片元件2與陽(yáng)極形成完整的部 件因此電流線能夠平行地進(jìn)入隔膜1的低電阻區(qū)lb而沒(méi)有偏斜。保持 這種平行通過(guò)在陰極側(cè)面上墊片元件3面積內(nèi)的高電阻區(qū)la的平行 性，以致沒(méi)有發(fā)生沒(méi)有被電流線穿過(guò)而形成的一些盲區(qū)。
圖3舉例說(shuō)明墊片元件優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在陽(yáng)極側(cè)面上的條型 墊片部件2具有在與隔膜接觸側(cè)面上仿形表面，在用圖說(shuō)明的實(shí)施例 中的條型墊片部件2具有斜方形突起部11和凹陷處12。在陰極側(cè)面 上由絕緣材料組成的墊片部件3裝有多個(gè)表面凹口因此在安裝時(shí)候墊
片元件2和3不覆蓋任何具有5mm以上直徑的隔膜表面面積。
在一種實(shí)驗(yàn)電解池中研究本發(fā)明墊片元件的電流密度。在一種電 解池中，安裝十七行四個(gè)各含8mm寬度和295mm長(zhǎng)度的墊片。這些 墊片元件裝有如圖3所示的開(kāi)口，結(jié)果是得到用于接觸表面的最大 5mm直徑。這些凹口決定定義為開(kāi)口對(duì)總表面比率的墊片元件表面所 有開(kāi)口比率的大約50%。
用這種方法獲得大約0.08m2 (從2.721 2到2.80m2)在活性隔膜 表面中的增量。因此，電流密度減少了2.9%。
在這樣的方法中，用2.3mV (KA/m2)來(lái)降低裝有顯示80mV (KA/m2) K因子的標(biāo)準(zhǔn)高負(fù)栽N982隔膜的電解池的工作電壓，這 就導(dǎo)致在6KA/m2電流密度時(shí)的14mV電壓降。這相當(dāng)于每噸NaOH 產(chǎn)物節(jié)省lOKWh的能量。
如果把墊片設(shè)計(jì)成使用整個(gè)隔膜表面面積，則電壓降翻一翻，到 28mV，相當(dāng)于每噸產(chǎn)物NaOH節(jié)約20KWh。
權(quán)利要求
1.一種電解池，由兩個(gè)半容器殼體確定，每個(gè)半容器殼體通過(guò)多個(gè)導(dǎo)電細(xì)長(zhǎng)條固定電極，電極由具有被隔膜分開(kāi)的主表面的陽(yáng)極和陰極組成，隔膜和陽(yáng)極裝有安裝在其間的第一組多個(gè)墊片元件，隔膜和陰極裝有安裝在其間與上述第一多個(gè)墊片元件配置成多個(gè)對(duì)向?qū)Φ牡诙M多個(gè)墊片元件，上述對(duì)向?qū)Υ_定一個(gè)在隔膜表面上的接觸面積而且把隔膜固定在適當(dāng)位置上，其特征在于用既導(dǎo)電又耐腐蝕的材料制作上述第一組和第二組多個(gè)墊片元件中的至少一種墊片元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的電解池，其特征在于用既導(dǎo)電又耐腐蝕的材 料制作的上述多個(gè)墊片元件是上述第一組多個(gè)墊片元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的電解池，其特征在于這些電極中的至少 一個(gè)電極在接觸隔膜的區(qū)域中與上述多個(gè)墊片元件形成完整元件。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其特征在 于上述既導(dǎo)電又耐腐蝕的材料選自鈦及其合金、鎳及其合金、鍍鈦和 鍍鎳的一些材料。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其特征在 于由多個(gè)具有直徑不大于5mm的電絕緣墊片元件組成上述第一組和 第二組多個(gè)墊片元件其中一組多個(gè)墊片元件。
6. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其特征在接觸區(qū)域中的隔i厚度增加了至少io%。 '
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的電解池，其特征在于通過(guò)在隔膜的一個(gè)側(cè)面 上涂敷額外的涂層來(lái)獲得在隔膜厚度上的上述增量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的電解池，其特征在于在陽(yáng)極側(cè)的隔膜上涂敷 上述額外涂層。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其 特征在于第一組和第二組兩組多個(gè)墊片元件都是金屬的和導(dǎo)電的而且少10%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6到9中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其特 征在于上述隔膜厚度增加到最后的厚度不超過(guò)原有厚度兩倍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)權(quán)利要求的電解池，其特 征在于第一組和第二組兩組多個(gè)墊片元件都是金屬的和導(dǎo)電的，用一 樣的隔膜材料或用相同性質(zhì)的材料涂敷第 一組和第二組多個(gè)墊片元件 中的至少一組多個(gè)墊片元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從含水堿性鹵化物溶液產(chǎn)生氯氣的電解池，主要由兩個(gè)半容器殼體、陽(yáng)極(4)、陰極(5)和配置在電極之間的離子交換隔膜(1)組成電解池。為了把隔膜固定在適當(dāng)位置上和分布?jí)嚎s力，在隔膜的至少一側(cè)把用既導(dǎo)電又耐腐蝕的材料制作的墊片元件(2、3)安裝在離子交換隔膜和電極之間。
文檔編號(hào)C25B9/08GK101107385SQ200680003106
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
發(fā)明者蘭道夫·基弗, 卡爾-海因茨·杜勒, 彼得·沃爾特林, 羅蘭·貝克曼 申請(qǐng)人:烏德諾拉股份公司