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一、根據(jù)隔膜
電解槽是電解所用主體設(shè)備的形式,可分為隔膜電解槽和無(wú)隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨)、離子膜及固體電解質(zhì)膜(如β-Al2O3)等形式;無(wú)隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。
二、根據(jù)電解液
工業(yè)中使用的電解槽由槽體、電解液、陽(yáng)極和陰極組成,多數(shù)用隔膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。
1)水溶液電解槽
水溶液電解槽的形式,可分為隔膜電解槽和無(wú)隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨)、離子膜及固體電解質(zhì)膜(如β-Al2O3)等形式;無(wú)隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。
采用不同的電解液時(shí),電解槽的結(jié)構(gòu)也有所不同。
水溶液電解槽分有隔膜和無(wú)隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產(chǎn)和水銀法生產(chǎn)氯氣和燒堿時(shí),采用無(wú)隔膜電解槽。盡量增大單位體積內(nèi)的電極表面積,可以提高電解槽的生產(chǎn)強(qiáng)度。因此,現(xiàn)代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解槽因內(nèi)部部件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、安裝等不同表現(xiàn)出不同的性能與特點(diǎn)。
2)熔融鹽電解槽
多用于制取低熔點(diǎn)金屬,其特點(diǎn)是在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn),并應(yīng)盡量防止水分進(jìn)入,避免氫離子在陰極上還原。例如制取金屬鈉時(shí),由于鈉離子的陰極還原電位很負(fù),還原很困難,必須用不含氫離子的無(wú)水熔融鹽或熔融的氫氧化物,以免陰極析出氫。為此電解過(guò)程需在高溫下進(jìn)行,例如電解熔融氫氧化鈉時(shí)為 310℃,如其中含有氯化鈉成為混合電解質(zhì)時(shí),電解溫度為650℃左右。電解槽的高溫可以通過(guò)改變電極間距,將歐姆電壓降所消耗的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄?lái)達(dá)到。電解熔融氫氧化鈉時(shí),槽體可用鐵或鎳,電解含有氯化物的熔融電解質(zhì)時(shí)常由于原料中不可避免地帶入少量水分,會(huì)使陽(yáng)極生成潮濕的氯氣,對(duì)電解槽的腐蝕作用很強(qiáng),因此電解熔融氯化物的電解槽,一般用陶瓷或磷酸鹽材料,而不受氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽(yáng)極產(chǎn)物,同樣要求妥善隔開(kāi),而且應(yīng)盡快由槽中引出,以免陰極產(chǎn)物金屬鈉長(zhǎng)時(shí)間飄浮在電解液表面,會(huì)進(jìn)一步與陽(yáng)極產(chǎn)物或空氣中的氧起作用。
3)非水溶液電解槽
由于非水溶液電解槽在制取有機(jī)產(chǎn)品或電解有機(jī)物時(shí),常伴隨有各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),使其應(yīng)用受到限制,工業(yè)化的不多。一般采用的有機(jī)電解液,電導(dǎo)率低,反應(yīng)速度也小。因此,必須采用較低的電流密度,極間距盡量縮小。采用固定床或流化床的電極結(jié)構(gòu)有較大的電極表面積,可提高電解槽生產(chǎn)能力。
三、根據(jù)電極的連接方式
電解槽按電極的連接方式,可分為單極式和復(fù)極式兩類電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源并聯(lián)連接,電極兩面的極性相同,即同時(shí)為陽(yáng)極或同時(shí)為陰極。復(fù)極式電解槽兩端的電極分別與直流電源的正負(fù)極相連,成為陽(yáng)極或陰極。電流通過(guò)串聯(lián)的電極流過(guò)電解槽時(shí),中間各電極的一面為陽(yáng)極,另一面為陰極,因此具有雙極性。當(dāng)電極總面積相同時(shí),復(fù)極式電解槽的電流較小,電壓較高,所需直流電源的投資比單極式者省。復(fù)極式一般采用壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)形式,比較緊湊。但易漏電和短路,槽結(jié)構(gòu)和操作管理比單極式復(fù)雜。單極式電解槽截面一般為長(zhǎng)方形或方形,圓筒形占地大,空間利用率低,采用較少。
電解槽是當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí),在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng),以制取所需產(chǎn)品。
1、電解的概念
使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。
注意:
①電流必須是直流而不是交流。
?、谌廴趹B(tài)的電解質(zhì)也能被電解。
在電解反應(yīng)中,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。
2、構(gòu)成電解池的條件
?。?)直流電源。
?。?)兩個(gè)電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽(yáng)極,與電源的負(fù)極相連的電極叫做陰極。
?。?)電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)。
3、電解質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)
對(duì)電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))通電時(shí),電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極,電解質(zhì)的陽(yáng)離子移向陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng);電解質(zhì)的陰離子移向陽(yáng)極失去電子(有的是組成陽(yáng)極的金屬原子失去電子)發(fā)生氧化反應(yīng),電子從電解池的陽(yáng)極流出,并沿導(dǎo)線流回電源的正極。這樣,電流就依靠電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))里陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)而通過(guò)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì)),所以電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))的導(dǎo)電過(guò)程,就是電解質(zhì)溶液(或熔融態(tài)電解質(zhì))的電解過(guò)程。
技術(shù)要求:
1、電解槽必須保證流動(dòng)性好,成分均勻;
2、陰極板與陽(yáng)極籃實(shí)現(xiàn)手動(dòng)升降與移動(dòng);
3、電解槽材料為耐酸性材料;
4、在洗脫和再生過(guò)程中,對(duì)應(yīng)溶液可以控制,并流出液分開(kāi)存放;
5、電解液通過(guò)交換樹脂的流量可控;
6、陰極板、陽(yáng)極籃的材質(zhì)為金屬鈦。