[发明专利]配备有同轴电极对的电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及双极型电化学槽并且涉及在其中进行电解工艺的方法。

背景技术

本发明涉及适合于伴随周期性的极性反转而进行的电化学工艺的双极电解槽。电化学槽的周期性极性反转(由此每个电极交替地作为阳极和作为阴极工作持续预设定的时间间隔)是本领域中已知的特别是用于防止在电极之一(通常为阴极)的表面上形成各种类型的结垢的措施。上述例如是用于电解稀释的碱性盐水以在阳极处制备活性氯的槽的典型情况(即，次氯酸盐和次氯酸与可能的痕量的溶解游离氯和平衡的其它物质的混合物)：特别是在由含有碳酸根离子和类似行为的其它阴离子的自来水获得盐水的情况下，阴极变成碳酸盐和其它不可溶性盐的优先沉积位点，这受到附近的过程诱发的碱化的支持。这样的沉积物不利地影响通过电极的电流输送，电极的电效率可最终不可逆地劣化。电流方向并且因此电极极性的周期性反转使得表面阴极性地工作半个循环以在反转时开始充当阳极，经受有利于先前形成的沉淀物的溶解的局部酸化。有时经受周期性电流反转的其它电解工艺例如为含有有机物质的废水的处理，在阳极处降解所述有机物质而在阴极处倾向于形成各种类型的沉积物；或者由电解浴阴极沉积金属并且同时阳极降解有机物，用于处理其中两种类型的物质作为杂质存在的水。在这样的情况下，阳极还经常经受污染膜的沉积，在这种情况下，该污染膜由有机残余物组成，该有机残余物倾向于在电极表面上低聚合，并且有时可通过随后的阴极循环中的初生氢的机械和化学作用被移除。为了保护操作的规则性和维持所需的工艺的操作参数恒定，指定交替作为阳极和作为阴极工作的安装在槽中电极，除了以恒定间隙隔开以外，还必须优选具有相同的尺寸，使得可以保持供应的电流和操作电压两者恒定(除了符号的变化)。这意味着用于这种类型的工艺的槽设计主要限于平坦型几何形状，换句话说考虑面向的平坦电极对的使用。然而，在许多情况下，这可构成不需要的限制，包括一些负面的结果。在许多情况下，事实上在小尺寸装置中进行这种类型的工艺，例如将要用于医院、旅馆或家庭领域的水的消毒或在珠宝废物中贵金属的回收的情况。对于这样类型的应用，尽可能多地限制体积，选择共轴同轴型的槽设计(例如具有外阴极壁和中央阳极的柱形槽)可为重要的。除了较好地利用可用体积以外，这还可具有改进电流输送最小化边缘效应的优点，已知该电流输送最小化边缘效应在平坦几何形状中较重并且在小尺寸的总体积电极面积的情况下是非常相关的。然而共轴同轴型的槽(圆柱形或棱柱形两者)的特征在于具有比内部电极大的尺寸的外部电极，使得采用周期性电流反转的操作更加困难。事实上保持一次循环和下一次循环之间的电流密度恒定并且因此制备所需的物质，相应的电极面积的变化会引起电流密度的相应变化以及因此工艺电压的相应变化；另一方面，应该决定在恒定电压下操作，电流密度以及因此生产率会在对应于两个不同电极面积的两个值之间振荡，几乎不与工业工艺的正常要求一致。

因此确定了对于提供同轴电极几何形状的电解槽的需求，该电解槽具有恒定的电极间间隙并且具有与阳极面积相同的阴极面积。

发明内容

在一个方面，本发明涉及双极电解槽，该双极电解槽由外部体壳体限定，在其内部具有：

－划分成两个电极的外部电极对，该两个电极通过隔离元件在边缘处分隔，指定以交替地操作一个电极作为阴极并且另一个电极作为阳极，并且反之亦然；

－与其同轴的至少一个中间电极对，从而在其间限定大体上恒定的宽度的第一间隙，该至少一个中间电极对也划分成两个电极，两个电极通过隔离元件在边缘处分隔，不直接供应电流并且旨在作为双极元件操作；

－与前两者同轴的内部电极对，从而限定与该中间电极对的大体上恒定的宽度的第二间隙；该内部电极对也划分成两个电极，两个电极通过隔离元件在边缘处分离，指定以交替操作一个电极作为阴极并且另一个电极作为阳极，并且反之亦然，该对的两个电极的每个面向该中间对的两个电极之一；

－将该外部对的电极之一和不面向该中间对的电极的进而面向其的该内部对的相应电极与槽极之一电连接的装置；

－将两个内部和外部对的剩余电极与槽的另一个极电连接的装置。

在一个实施方案中，外部槽体具有狭长形形状并且电极对具有棱柱形或圆柱形形状。

在另一个实施方案中，外部槽体和该电极对具有类球形形状。

在一个实施方案中，存在适应于作为双极元件操作的更多的中间电极对，以便增加槽的产率。

在以这样的方式构造的槽中，阳极面积和阴极面积对应于外部电极对的一半和内部电极对的一半的面积总和：通过使电极极性反转，阳极和阴极面积的值没有改变。