[发明专利]一种改进的单极电解槽、电解槽单元

说明书

本发明涉及一种改进的单极电解槽设计，特别是涉及到这样一种单极电解槽单元，它具有价格低廉、有效的电流传输元件，该元件用来为电解槽的电极提供电流。

氯气和苛性碱是用来生产许多化学制品的基本化学产品。它们几乎是完全利用电解的方法，从碱金属氯化物水溶液中制成，其主要部分用隔膜型电解槽生产，在隔膜型电解槽工艺中，将盐水（氯化钠水溶液）连续送入阳极室。流过通常由石棉制成的隔膜，再通过阴极返回。为了减少氢氧离子的反向迁移，总是保持流速大于转换速率，所以得到的阴极电解液中有碱金属氯化物。在阴极，氢离子以氢气的形式排放出来。然后，含有氢氧化钠，未反应的氯化钠及其它杂质的阴极电解液必须经过浓缩和提纯以期获得可在市场上销售的氢氧化钠和氯化钠，它们可以在氯化物和氢氧化钠电解槽中使用以便进一步生产氢氧化钠。

随着尺寸稳定阳极和为此采用的各种镀层成分技术的发展，允许缩小电极之间的间隙，利用这些电极，电流效率大大增加，因而该电解槽也更为有效。还有，随着不透水薄膜大量用于电解槽，由于各种离子可以有选择性地通过薄膜，所以摒除了合成产品中的杂质因而省去一些造价昂贵的提纯和浓缩处理步骤。

现在，许多氯气和氢氧化物生产者都采用尺寸稳定阳极，但是，迄今为止，还有待实现不透水薄膜的大规模商业应用，这至少部分原因是由于还不能提供良好的、经济的使用平面膜的电解槽。采用膜片的电解槽的几何形状使得它难以在电极之间采用平面薄膜。因此，在氯气、碱金属氢氧化物和氢的生产过程中，人们已提出了压滤式电解槽装置来代替它。

通常，采用两种基本的电解槽电解盐水溶液以生产氯气和氢氧化钠，这两种电解槽即为单极电解槽和双极电解槽，尽管双极电解槽不是本发明之目的，但了解双极电解槽的操作有助于全面了解先有技术。

双极、压滤式电解槽是由数个串联的电化学单元组成的。正如在压滤器中一样，其中的每个单元（除去两端的单元外）在一边作为阳极而在另一边作为阳极，用薄膜将这些双极单元之间的空间分为阳极区和阴极区。在典型操作时，碱金属卤化物溶液被送入阳极区，在这里，阳极处将产生卤素气体。通过薄膜，碱金属离子被选择传送到阴极区，当氢气被释放时，碱金属离子在阴极处和氢氧离子相结合，从而生成碱金属氢氧化物。在这种类型的电解槽中，可得到纯度和浓度很高的碱金属氢氧化物，从而减少蒸发和盐离析等昂贵的后续步骤。这种由双极电极和薄膜被夹嵌成压滤器式结构的电解槽是串联的。其中，一个电解槽的阳极通过某种通用结构件与相邻电解槽的阴极相连。

单极，压滤式电解槽可从美国专利4341604中得到了解，该电解槽单元包括端电解槽单元和多个位于端电解槽单元之间的中间电解槽单元。

隔离体（可以是膜片）或离子交换膜被置于每个相邻的阳极和阴极之间，以便将电解槽组分成数个阳极单元和阴极单元。每个阳极单元都有一入口和出口，电解液通过该入口进入该单元，而通过该出口排出液体和气体、每个阳极电解槽单元同样有一个或多个出口，如果必要，还可有一入口，通过该入口，可将液体（如水）加入该单元，在电解槽单元中的每个阳极还配有接头，电流可以通过它流入电解槽单元;而每个阴极也有接头，通过它，电流可从电解槽单元中流出。在单极电解槽中，电流流入一个电解槽单元并从邻近的反相电解槽单元中流出。它与双极电解槽组一样，电流不是通过电解槽组的一端流向电解槽组的另一端。

为了确保有效的利用单极电解槽电极的整个表面，期望对电极提供相对稳定的电流而且没有过量的阻抗损耗。为达此目的，先有技术中曾经设计了各种装置和机械以便将电流有效地传送给电极。

首先，将电流供给单极电解槽的最显而易见的装置就是通过导线、电缆、棒等把电源和电极连接起来。尽管这种装置减小了配电系统中的阻抗损耗，但由于一些电极不能有效地导电，使得不能为整个电极提供相对平稳的电流，所以不能令人满意。这种情况对于经常用于氯-碱电解槽的钛电极来说尤为显著。因此，经常有必要为电极提供多个接头以确保适当的配电。在美国专利4464242，4464243和4056458中涉及到了各种电接头。

本发明的主要目的是为单极电解槽提供配电装置，这样一种装置具有最少量的部件和电接头，采用造价低廉易于得到的材料，并可使用合理长度和宽度的电极。

尤其是本发明涉及的单极电解槽具有两个端电解槽单元和至少一个置于所述端电解槽单元之间的中间电解槽单元，所述电解槽单元被从坚固的不透水的离子交换膜和不透水的隔板中选择的隔离体所隔离，中间电解槽单元包括：

两个相互之间有一定间隔的平行、平面电极组件。