專利名稱：用于隔膜電解槽的可擴張陽極的制作方法
發(fā)明描述氯氣和苛性鈉從氯化鈉溶液的生產，鋁從熔鹽和電冶金的生產現在是具有工業(yè)相關性的主要電化學工藝。特別地，氯-苛性鈉(或通常氯-堿)電解根據三種類型技術，即汞陰極、隔膜和膜技術進行。后面類型的電解是最先進的和考慮到更低的電能成本和接近零的環(huán)境影響，從幾年來成為新裝置建造的唯一選擇，而汞陰極和隔膜技術在已經還清債務的裝置中應用，其中更高的變量成本至少部分由更低的固定成本平衡。為使這些裝置的操作在增加的電能價格和對人健康和環(huán)境的關注增加的狀況下是可接受的，在最近一些年來觀察到持續(xù)的技術改進，它在隔膜技術的情況下導致作為先前使用的石棉替代物的惰性纖維基隔膜的開發(fā)和導致陰極和陽極設計的改進，目的在于降低電能消耗。
集中注意力于陽極設計，特別觀察到所謂″箱″陽極由可擴張類型陽極的替代，該可擴張類型陽極具有非必要受控作用的強制擴張設備。
作為舊石墨陽極的替代物出現的″箱″陽極由具有開口，折迭以形成空箱(名稱的來處)形作為矩形基礎棱柱，該舊石墨陽極基本保持外部形狀(參見例如US 3,591,483)。在電解槽組裝期間，陽極，它在多個平行排中固定到支持和電流分布基底，在對應的陰極排之間插入，也成形為由穿孔片或金屬絲網形成的平箱，該穿孔片或金屬絲網由多孔隔膜涂覆，該隔膜如先前所述由聚合物粘結劑穩(wěn)定化的惰性纖維組成。此插入操作是相當精致的，為避免隔膜由行程損害或對陽極摩擦，相同的陽極比在帶隔膜的陰極排之間的現有間隙具有可感知較低的寬度。因此在操作期間，在陽極和隔膜之間存在的可感知間隙(指標性地6-8mm)需要高電壓，與其對應的是高電能消耗。
為克服不方便，特別地增長的電能價格的重負擔，引入形狀還為平箱，但具有兩個固定到擴張設備(擴張器)的主要表面的可擴張陽極，該擴張設備由具有彈性的鈦片組成。采用此方式表面具有某些移動性，這樣允許它們在擴張器的推動下精確地接近或遠離同時相互保持平行(參見例如US 3,674,676)。特別地，當組裝電解池時，由合適的保持器將陽極保持在限定的位置，因此呈現出降低的寬度，能防止對隔膜的損害。一旦在陰極排之間布置好陽極，取出保持器，留下陽極表面在結構的固有彈性作用下自由擴張。由于在陰極排之間組裝陽極的階段中，電解池沒有覆蓋物，和因此對陽極的接近是完全自由的，保持器取出并沒有任何特定的難度。
盡管可以調節(jié)此類陽極的擴張以將由具有小孔和催化涂料的片組成的主要表面與隔膜表面直接接觸，但在工業(yè)實踐中優(yōu)選保持約3mm的間隙，以基本防止可能由片和隔膜之間的不可避免粗糙產生的損害，片的開口便宜地由機械擴張獲得，和隔膜的硬度相當適當。指標性地，使用1mm厚鈦片作為開始材料獲得擴張片，調節(jié)擴張以產生典型長菱形形狀的開口，該開口的對角線是約10-15mm長。需要1mm的開始片的厚度以保證足夠的導電，和因此均勻的電流分布這樣的1mm厚度又對于機械擴張，施加長菱形開口對角線的以上看到的尺寸。采用這些尺寸，不能避免陽極表面進入隔膜的部分滲透，導致對它們整體性的進一步損害。通常在陽極的可移動表面和隔膜之間以塑料棒或按鈕的形式引入定距片保證約3毫米的安全距離。
陽極進一步具有鹽水再循環(huán)機構，該機構的目的在于使氯化物到陽極表面催化涂料的質量傳遞順利以促進氯氣釋放同時抑制氧氣的釋放，氧氣是反應的典型副產物。這些再循環(huán)機構由合適的內部導管組成，該導管由″箱″-類型陽極中引入的片產生，如在US 4,138,295中公開的那樣，或由擴張器的適當成形產生，如在US 5,593,555中提出精確用于可擴張類型陽極提出的那樣。在US 5,066,378中，提出特別有效的再循環(huán)設備，該設備包括在可擴張陽極頂部上安裝和連接到位于陽極自身內部的下行管的擋板該擋板，它產生在催化涂料上產生的氯氣泡的快速聚并，允許達到快速脫氣而不產生泡沫和因此增強鹽水再循環(huán)的強度。
由于在正好位于隔膜表面和陽極表面之間的鹽水膜內部的電阻位降，在擴張之后在隔膜表面和陽極表面之間的有限距離需要更高的槽電壓假定這樣膜中的氣體含量不實質上影響鹽水的電阻率，可以確定3mm的間隙(如以上所述由通常用于工業(yè)實踐的定距片施加)對應于約0.1伏的電阻位降。當隔膜是仍然大量使用的基于由全氟化類型聚合物粘結劑機械穩(wěn)定的石棉纖維的類型時，真實電阻位降結果相當高和接近0.3伏。當將它們與水溶液，特別是溫度為約80-100℃的工藝鹽水接觸放置時，此嚴重的負面狀況由這些類型隔膜進行的顯著溶脹產生隔膜實際上占據陽極-隔膜間隙的一致部分并因此通過其而發(fā)生離子遷移的鹽水體積大大降低，因此對于施加給定電流電阻位降會增加。盡管仍然存在，在更現代的隔膜情況下現象更低，其中如上所述，石棉纖維由惰性纖維，例如由全氟化聚合物材料和無機氧化物如氧化鋯組成的惰性纖維替代。
為消除或在任何情況下降低以上所示的電阻位降，優(yōu)選是適于壓縮隔膜以強制它保持它的初始厚度實際未改變的設備。特別地，US5,534,122公開了另外的彈性組件，提供該組件以在可擴張陽極中插入發(fā)現的目的是對可移動的陽極表面賦予壓縮力以足夠補償在溶脹階段中由隔膜施加的推動，因此防止厚度增加。如上看到的那樣，在由擴張片組成的表面，不可避免相當粗糙的表面施加的壓縮作用下?lián)p害精致隔膜的問題通過采取復合結構解決，該復合結構包括低厚度，例如0.3-0.5mm的擴張壓扁片，對于該壓扁片用于它擴張的機械加工允許容易地產生具有降低的對角線長度，例如3和5mm，并固定到現有技術更高厚度和更寬開口的片的長菱形開口。將催化涂料施加到擴張片或至少施加到薄片兩者。采用復合結構，對兩個組件片分配特定的功用，特別地具有小尺寸開口的薄片的目的是通過施加更分布的壓縮力阻斷隔膜溶脹此特征，與表面的規(guī)則性一起，由于壓扁處理而基本沒有粗糙一起保證不對隔膜產生顯著的損害。向未壓扁的更厚片指定的任務是最優(yōu)分布電流同時防止單獨采用薄片不可避免的變形。在2000A/m2的電流密度下操作和裝配具有剛剛所述復合結構的陽極和裝配用于鹽水再循環(huán)的機構，例如根據US 5,534,122的機構的隔膜氯-堿電解槽的特征為比具有根據現有技術的陽極和定距片的槽電壓低0.1-0.15伏的電壓。這樣確定的有趣結果然而劣于約0.3伏的先前所示的希望數值。
在US 4,013,525中描述由寬度為7mm，相互間隔4mm的垂直板組成的陽極裝配此類型陽極和在2000A/m2下工作的隔膜氯-堿電解槽的電壓結果是比基于目前技術的槽電壓好約0.3伏。由該隔膜維持了1.5-3mm的間隙，顯然防止了由與板邊緣接觸產生的機械損害。在板之間的這種間隙和相當相關的距離不阻礙操作中隔膜的溶脹因此，至少原則上合理的是可以進一步改進US 4,013,525的電壓。
具有由多個平行板組成的表面的垂直陽極的結構優(yōu)化的例子在US 4,642,173和EP 0203 224中給出。
US 4,642,173公開了通常沒有隔板特定用于電冶金槽的陽極，特別考慮了由電解表面放大產生的正面效應，該表面放大由給定外部體積的催化劑涂覆板的表面產生特別是，聲稱每單位外部體積面積的這種放大為4-20，和優(yōu)選6-14。
在EP 0 203 224中描述了由垂直平行板組成的等同電極結構，提出其優(yōu)化涉及催化劑涂覆表面的放大和涉及操作中釋放的氣體的抽出兩者為達到后面的目的，指示在板寬度及其距離之間的比例必須分別保持為0.8-0.6和0.2-0.7。特別是，提供1-2mm厚度和3-5mm寬度的板的使用。電極可用于許多電化學應用和特別是在隔膜電解槽中作為陽極(和可選地作為陰極)，及如已經看到的那樣，板邊緣距隔膜一定的距離布置以防止機械損害。
適于作為膜氯-堿電解槽中陽極工作的相似結構(它然而也可用于隔膜電解槽)在US 5,290,410中呈現在此情況下結構包括多個具有催化涂料和在導電載體上焊接的垂直條，該載體具有鹽水的自由通路在優(yōu)選的實施方案中條是直徑為0.1-3mm，間隔距離為直徑0.5-2倍的棒。在文本中具體指示陽極可以與離子交換膜直接接觸放置。
在US 4,469,577中提出由水平布置和從由結構自身確定的垂直平面傾斜的合適輪廓的板組成的結構，該結構具有催化涂料。此特定種類的電極允許離子交換膜的適當擴張，采用該交換膜可以在膜氯-堿電解槽中接觸。顯然的是此電極，不象剛剛所述的類型，不能與隔膜直接接觸放置，否則會在擴張設備推動下它會穿透該隔膜，產生與它邊緣之間的機械損害。
從現有技術的以上報導的分析可以清楚的是，當范圍是將能量消耗(kWh/噸氯氣)最小化時，目的在于放大具有催化涂料的表面和促進產物氣體的抽出和電解溶液的再循環(huán)開發(fā)的已知類型電極結構并不適于作為陽極在隔膜氯-堿電解槽中安裝。
此目的是在本發(fā)明的基礎，本發(fā)明的第一方面涉及具有隔板和特別地，盡管不僅限于，用于隔膜氯-堿電解槽的電解槽電極和更特別地涉及具有至少一個可移動表面的陽極結構，該表面適于在隔膜氯-堿電解槽中與隔膜自身直接接觸安裝而沒有任何機械損害的危險。
在本發(fā)明的第二方面，可移動表面具有能夠產生鹽水有效局部再循環(huán)的元件。
在本發(fā)明的第三方面公開了具有隔板，特別地用于隔膜氯-堿電解槽，能夠保證電解電壓實質降低的電解槽用陽極。
在第四方面本發(fā)明的陽極的特征為產生具有更低氧含量的氯氣。
在最后的方面本發(fā)明的陽極的特征為降低每噸產物氯氣的電能消耗。
因此，根據本權利要求1，本發(fā)明涉及用于由隔板分成陽極室和陰極室的電解槽的電極結構，該電極結構包括至少一個適于與隔板接觸放置和具有對其重疊的更厚組件和更薄組件的可移動表面，更厚組件通常是平面的和更薄組件是具有開口的薄片或薄絲網。本發(fā)明的電極結構的特征在于僅更厚組件具有催化涂料。與現有技術相反，僅下面的更厚組件是催化劑涂覆的而更薄組件，即直接面對隔板的最外組件保持未涂覆。
本發(fā)明的電極結構其它優(yōu)選實施方案在從屬權利要求中定義。
本發(fā)明也涉及包括至少一個本發(fā)明的電極結構的氯-堿膜或隔膜電解槽。
最后，本發(fā)明涉及在這樣電解槽中進行的氯-堿電解方法，方法的特征為在2500A/m2的電流密度下電壓不高于3伏和氯氣中的氧含量不高于2％。
在如下描述中討論本發(fā)明的這些和其它特別方面。
附圖描述參考以下列出的附圖描述本發(fā)明-

圖1a根據本發(fā)明的陽極的三維視圖，其所具有的兩個主要可移動表面之每個由更高厚度的組件組成和基本由來自多個水平板的平面展開，該水平板關于垂直平面傾斜和由進一步薄的多孔層，例如形式為穿孔片、擴張片、絲網、燒結材料層，施加在多個板的外邊緣上。
-圖1b沿圖1a的X-X線的截面的側視圖。
-圖1c沿圖1a的Y-Y線的截面的頂視圖。
-圖1d具有擴張器的集流桿單獨的三維視圖。
-圖2a圖1a板結構的特定實施方案的前視圖。
-圖2b沿圖2a的W-W線的截面的側視圖。
-圖3a根據本發(fā)明的陽極的三維視圖，及兩個主要可移動表面之一由更高厚度的組件組成和基本由來自多個水平板的平面展開和由進一步薄的多孔層，例如形式為穿孔片、擴張片、絲網、燒結材料層，施加在多個板的外邊緣上。
-圖3b沿圖3a的K-K線的截面的側視圖。
-圖3c沿圖3a的Z-Z線的截面的頂視圖。
-圖4a本發(fā)明的陽極進一步實施方案的三維視圖，及兩個可移動表面之一由更厚的多孔片，例如穿孔片、擴張片、絲網、燒結材料與對其施加，形式也為穿孔片、擴張片、絲網、燒結材料層的第二薄多孔片組成。
-圖4b沿圖4a的S-S線的截面的側視圖。
-圖4c沿圖4a的T-T線的截面的頂視圖。
發(fā)明詳述盡管本發(fā)明最有代表之處為在各種具有隔板的電解槽上適于作為陽極和/或陰極安裝的電極結構，為了描述上的簡便但不希望由此限制本發(fā)明的范圍，在如下內容中參考使用此結構作為隔膜氯-堿電解槽中的陽極進行說明，它構成了有顯著工業(yè)興趣的應用領域。
本發(fā)明人在他們尋找適于在隔膜氯-堿電解槽中在低電壓下起作用的陽極結構，氯氣中的降低氧含量和每噸產物低能量消耗，和沒有隔膜損害危險，測試了在如下內容中描述的新穎類型陽極結構。
第一種類型的結構在圖1a中的三維視圖中呈現，其中(1)指示由具有耐腐蝕金屬外部層如鈦、鈮、鉭的高度導電金屬如銅的芯構成的集流桿，(2)指示具有螺紋部分以允許在支撐陽極片(未表示)上固定的桿根部，(3)指示由彈性元件構成的擴張器，它允許在電解槽組裝期間將兩個主要表面保持在附著于集流桿的受限位置和在操作期間將兩個主要表面帶到擴張位置，即與集流桿分開和與隔膜表面(未顯示)直接接觸，如本領域專家所已知的那樣，(4)指出多個平行水平板，它固定到支撐條(6)，該支撐條又固定到形成兩個主表面之一的擴張器的邊緣，另一個主表面由輪廓(10)示意，(5)指示由擴張壓扁片構成的薄多孔層，該壓扁片例如由焊接連接到板(4)的邊緣。在圖1b和1c的詳細情況中描繪了圖1a的陽極分別沿線X-X和Y-Y作為側視圖和頂視圖的兩個截面。為了更好的理解，在圖1d中在三維中呈現具有末端部件(2)和擴張器(3)而沒有它們的主要表面的集流桿(1)。為了更好起作用，圖1的陽極優(yōu)選具有在US 5,534,122中公開的另外擴張元件。
在圖2a和2b分別作為前視圖和作為沿W-W線的截面的側視圖，顯示了圖1a的多個板的具體實施方案。在此實施方案中，這些水平板由如下方式獲得在片(7)上以平行和偏移水平排的方式產生合適長度的切口，隨后在與切口相對應處變形片(7)以形成稱為″百葉窗幾何形狀″的多個板。此結構的優(yōu)點由非?？焖俚闹圃爝^程給出，該過程不需要各單獨板的組裝。在設置開口的片上固定擴張壓扁薄片(5)，如已經針對圖1a的陽極看到的那樣。片(7)和薄片(5)的組合體又固定到擴張器(未表示)，如在圖1a的陽極情況下看到的那樣。
圖3d再現陽極結構實施方案的三維視圖，其中(1)指示如已經看到的具有螺紋根部(2)用于固定到陽極支撐片(未表示)的集流桿，(3)指示擴張器，(8)指示多個由水平條(9)支撐，并固定到支撐條(6)的垂直板，支撐條(6)又固定到擴張器(3)；再次，另一主要表面由輪廓(10)示意。多個垂直板(8)最終支撐著擴張壓扁的薄片(5)。圖3b和3c分別顯示圖3a沿K-K和Z-Z線的兩個截面的側視圖和頂視圖。
最后，圖4a示出了陽極結構另一個實施方案的三維視圖，其中采用相同的識別數字指示先前實施方案的共同部件更高厚度的組件由具有開口(11)的片構成，該片，例如由焊接連接到以上示出的薄片(5)。圖4b和4c分別顯示圖4a沿S-S和T-T線的兩個截面的側視圖和頂視圖。
以上公開的陽極結構在實驗室隔膜電解槽中安裝，該電解槽具有13厘米寬度和100厘米長度的活性區(qū)域，裝配基于由聚四氟乙烯作為粘結劑穩(wěn)定的石棉纖維的隔膜，該隔膜沉積在由US 5,534,122的實施例中公開的碳鋼絲網組成的陰極上。電解槽在2500A/m2的電流密度下，在90-95℃下操作，采用包含315g/l氯化鈉和0.5mg/l鈣+鎂的精制的鹽水進料和采用包含約125g/l苛性鈉和約190g/l殘余氯化鈉的出口電解質操作。采用的陽極結構具有如下幾何特征-類型A圖2a所示類型，由如下方式獲得的一些水平板在1毫米厚的片上，以平行和錯開的水平排各水平排間隔2.5毫米產生15毫米長的切口，然后在每個切口相應處變形這樣的預切割片而形成所謂的″百葉窗″幾何形狀的多個板，這些板關于垂直平面傾斜30°。從0.5毫米厚的片獲得、擴張和壓扁及形成對角線為3和5毫米的長菱形開口的薄片。
-類型B圖3a中所示類型，4毫米寬，1毫米厚，間隔4毫米的垂直板。等同于用于類型A的陽極結構的薄片。
-用作參考結構的類型C，根據US 5,534,122的公開內容構成，由等同于用于以上類型A和B的一種薄片重疊在，由擴張獲得而無壓扁的變形且具有對角線分別為10和15毫米的長菱形開口的1毫米厚片材上(圖4a)。
將采用的催化涂料，該催化涂料基于通常用于隔膜氯-堿電解槽陽極的配制劑和由釕和鈦氧化物的混合物組成，僅施加到薄片(陽極A1，B1)，施加到薄片和板兩者(陽極A2，B2)，僅施加到板(陽極A3，B3)。涉及類型C時，將涂料至少施加到薄片(C1)或施加兩個片，薄片和更厚片(C2)上。
獲得的結果可以總結如下-陽極A1。槽電壓在250小時操作之后2.9伏緩慢及時升高到3.2伏，及沒有進一步的變化直到測試結束(780小時)，氯氣中的氧含量幾乎恒定在約3.5％。
-陽極A2。槽電壓在200小時操作之后2.9伏緩慢及時升高到3.0伏，及沒有進一步的變化直到測試結束(850小時)，氯氣中的氧含量平均值為3.2％波動-陽極A3.槽電壓3.0伏在測試過程中實際恒定(990小時)，氯氣中的氧含量約2％-陽極B1。槽電壓在操作的最初200小時內2.8伏恒定升高到3.1伏，及沒有進一步的變化直到拆卸電解槽(770小時)，氯氣中的氧含量約3.3％，及小量的波動。
-陽極B2。槽電壓2.8伏升高到3.0伏，數值幾乎不變化直到測試結束(770小時)，氯氣中的氧含量約3.1％-陽極B3。槽電壓2.9伏實際在測試過程中不變化(1050小時)，氯氣中的氧含量1.8％-陽極C1e C2。槽電壓2.9伏及在150小時之后增加到3.3伏及沒有進一步可感覺變化直到測試結束(750小時)，氯氣中的氧含量3.7％，在時間中相當恒定。
來自測試的狀況原則上是令人驚奇的，這是由于關于電壓，更好的結果應當采用類型A2和B2的陽極獲得，該陽極明顯具有更高總體表面積與催化涂料。事實上，這地于初始電壓是發(fā)生了，它然而隨時間增加到基本相似于裝配類型A3和B3的陽極的電解槽的榻壓。如果在由擴張設備施加的壓力的影響下，盡管發(fā)生薄片進入隔膜表面的適當穿透也許可以解釋相似的行為采用此方式，會遮蔽含有相關催化涂料的表面的一部分。此外，在涂料和隔膜之間的接觸可以在隔膜內部引入一此氧氣泡(氯氣應當由從陰極側擴散的堿度吸收)，能夠至少部分阻礙電流的通過。進一步的負面因素可能由電流分布中的不均勻性表現，當薄片網孔與隔膜接觸或甚至部分穿透它內部時，電流分布傾向于在隔膜內部對應于薄片網孔處聚焦。實際上在一定時間之后，依賴于隔膜的加工條件和性質，類型A2和B2陽極的行為最終與陽極A3和B3的行為一致，該陽極A3和B3僅在板上施加催化涂料。
以上所述的內容也能幫助理解陽極A1和B1的功能，很顯然它是最差的在此情況下，由于僅對薄片施加催化涂料，必然引起電流傳輸的遮蔽和部分妨礙的負面效果最大化，催化涂料的補償作用在所述板上沒有時不能起作用。
關于陽極A3和B3，由于催化劑涂覆的板表面距離隔膜的位置對應于薄片厚度的一個距離，顯然能預料到由于鹽水中更高的電阻位降而獲得相對高的電壓。事實上，電流沿所述板的側表面再分布使得當距離隔膜的距離隨電阻位降的平行降低而增加時它的密度急劇降低，它因此導致基本低于希望的數值。
與族A的等同物相比族B的陽極的更好行為可能是相對于采用水平板，采用垂直板結構能有更好鹽水再循環(huán)更好的再循環(huán)事實上也在更遮蔽的區(qū)域中確定更快的鹽水替代，對總體操作電壓有有利影響。
除電壓數值以外，氯氣中的氧含量具有極大的實際利益氧氣事實上是副產物，它的形成是能量的無用浪費，因此每噸氯氣的能量消耗增加。此外，過度的氧氣水平可以在使用氯氣的下游工藝中引起問題。
所有陽極A1，A2，B1，B2的氯氣中更高氧含量特性也許可以通過如下情況解釋一部分的苛性鈉遷移回陽極室，在隔膜中建立堿性pH情況，可能能夠也延伸到附著于相同隔膜表面的鹽水膜。具有催化涂料和由擴張設備與隔膜保持接觸的薄片實際上與堿性鹽水直接接觸導致在測試期間記錄到氧氣釋放甚至會達到相對高的水平。如果所述薄片穿透(即使是部分)隔膜表面，氧氣產生會進一步增加。
在陽極A3和B3的情形薄片，或等同結構例如相同厚度的絲網沒有催化涂料，它僅施加到其中堿度不能達到的板，被局部湍流分散。與采用A3類型陽極相比采用B3類型陽極更低的氯氣中氧含量結果也可以由更高的局部湍流證明，該湍流由相對于水平板的垂直板支撐。
如前所述，氯氣中的氧含量有特定的重要性，這是由于它直接影響每噸產物氯氣的氧氣消耗。特別地，不考慮收率損失的其它因素，對于陽極B3的2300kWh的這樣消耗結果，與涉及陽極B2的2450kWh消耗相比在采用的那些類型中是較好的類型，陽極B2為第二好的性能。
關于陽極C1和C2(現有技術)，相關行為(能量消耗2650kWh)明顯地為分別比由類型A1，A2，A3，B1，B2和B3顯示的那些小的數值?？紤]到先前提出的工作假設，特別地考慮到與水平和垂直板的一個特性相比由更厚片網支撐的較少有效局部再循環(huán)，可以較好解釋此結果。較不有效的再循環(huán)導致結構的更遮蔽區(qū)域中更低的鹽水替代與氯化物的因此耗減，它是更高電壓和氯氣中更高氧含量的原因。
為了測試完成起見，本發(fā)明人也證實指示為C3，等同于C1和C2的陽極結構的起功能，及差異在于催化涂料的施加限于僅更厚的片。記錄3.1伏的槽電壓及在測試過程(800小時)中隨著從初始2.4％到最終2.5％緩慢升高氯氣中氧含量沒有可感覺的變化。因此此陽極，即使特征為不特別輝煌的表現，但也高于現有技術的陽極Cl和C2，對于所有的目的可以考慮為本發(fā)明的實施方案，盡管較不是優(yōu)選的。
最后，根據本發(fā)明的陽極，由薄多孔層，例如具有開口和壓扁且結合到能夠促進鹽水局部再循環(huán)的更高厚度的多孔組件，如多個水平或垂直板的片，與僅施加到這樣組件的催化涂料組成，以令人滿意的方式達到以下初始提出的目的低槽電壓，氯氣中的低氧含量，與氯-堿電解槽的隔膜接觸而機械損害的危險可忽略不計。
本發(fā)明的幾個變化是可能的，如對本領域專家清楚的確定結果。用于例示的目的列出這些結果的一些-當隔膜是無石棉和由惰性纖維，例如氟化聚合物如聚四氟乙烯和/或無機材料如氧化鋯組成，由化學耐隔膜氯-堿電解槽操作條件的粘結劑穩(wěn)定的惰性纖維組成時，表征由薄擴張壓扁片(或同等平面結構例如絲網)和涉及有利于鹽水局部再循環(huán)的結構組成的陽極的優(yōu)點，也可采用剛剛邊緣的變化獲得。
-薄片或同等結構可以由金屬或聚合物組成，優(yōu)選親水化以防止氣泡的粘合。
-薄片或同等結構的厚度可以為0.1-1毫米，優(yōu)選0.3-0.5毫米。
-薄片在開口間隙和由構造材料占據的表面之間的比例可以為至少50％，優(yōu)選至少70％，甚至更優(yōu)選至少90％。高的比例數據允許避免采用過度的電阻位降增加產生電流的局部集中。典型的尺寸，盡管不是限制性的，是構造材料部分的寬度0.2-0.8毫米，例如0.5毫米，主和次對角線分別為1-5和3-7毫米長，例如3和5毫米的長菱形開口。
-薄片可以直接位于隔膜上而不是固定到陽極結構。在此情況下在擴張設備推動下由陽極結構施加的壓力確定本發(fā)明的陽極起作用要求的在結構自身和薄片之間的緊密接觸。
-涉及促進鹽水局部再循環(huán)的結構優(yōu)選由水平或垂直板組成，該板的厚度，間距和寬度必須根據操作條件，特別地采用的電流密度，和根據隔膜類型優(yōu)化。原則上，也考慮獲得最高可能涂覆表面和最好電流分配的方便，由低厚度和低間距板組成的結構結果是有利的。為促進構造可假定最小厚度應當為約0.3毫米，和最小間距約1毫米，而寬度由陽極可允許的寬度限制，它盡管在限制的部分必須可以容易地在槽陰極指之間插入。在實施例中，公開了包括15毫米水平板的結構，該水平板由1毫米厚片的變形獲得，但同樣可以采用不同的寬度，例如對于從厚度為0.3-2毫米的片獲得的板，5-30毫米。也已經公開了2.5毫米的最優(yōu)間距，但1-5毫米的數值也允許有利地實施本發(fā)明。關于采用垂直板的結構，公開了1毫米厚板，與4毫米的寬度和間距，但對于寬度和間距為2-10毫米的板也可以采用0.3-2毫米的厚度。
-采用每側約0.7-1m2的工業(yè)尺寸陽極，可能難以在隔膜上施加均勻的壓力，該隔膜的表面可呈現平面性缺陷。為排除此問題，將陽極有利地細分成單獨的區(qū)段，每個區(qū)段固定到擴張器擴張器的彈性允許較少的傾斜，它促進更均勻的接觸，和因此改進的壓縮分配，甚至采用由可感覺的平面性的不勻度表征的隔膜。
由于優(yōu)選由垂直或水平板屏組成的結構也可以容易地安裝在先前使用的陽極上，本發(fā)明不僅僅涉及僅新構造的陽極相關的過程提供舊擴張片的分離，該擴張片的催化涂料耗盡，擴張器的末端部件從先前焊接片殘渣的清潔，由固定到支撐條組成和具有催化涂料的屏的構造，屏到擴張器末端部件的焊接，及在薄片由金屬制成的情況下最終的步驟例如由焊接表示。
當新構造的陽極在延長的操作之后損失它們的催化活性之后遵循完全同等的過程。作為替代選擇，可以設想通過僅分離薄片和在它的位置固定具有催化涂料的高厚度的擴張片和在其上，在面對隔膜的位置，薄片或沒有催化涂料的同等網恢復催化活性。此復合結構對應于先前確定為C3的電極類型然而在此情況下，性能應當證明由板結構的存在改進，在該板結構后面，甚至采用耗盡的催化涂料，仍然促進有效的局部再循環(huán)，如以上所見對于保持槽電壓和氯氣中氧含量在低水平是決定性的。
本描述不應當理解為限制本發(fā)明，本發(fā)明可以根據進一步不同的實施方案實施而不背離其范圍，和其程度僅由所附的權利要求定義。
在本發(fā)明的描述和權利要求中，詞語″包括(comprise)″和它的變化如″包括(comprising)″和″包括(comprises)″不希望排除其它元件或另外元件的存在。
權利要求
1.用于由隔板分成陽極室和陰極室的電解槽的電極結構，包括至少一個適于與隔板接觸放置并具有一較厚組件和與較厚組件重疊的較薄組件的可移動表面，較厚組件通常是平面的而較薄組件是具有開口的薄片或薄絲網，其特征在于僅該較厚組件具有催化涂料。
2.如權利要求1的結構，其特征為是陽極結構，其中隔板是用于氯-堿電解槽的隔膜或膜，該催化涂料包括用于氯氣放出的催化劑。
3.如權利要求1或2的結構，其中該較高厚度的組件由多個垂直和平行板組成。
4.如權利要求3的結構，其中該垂直板的寬度為2-10毫米，厚度為0.3-2毫米和間距為2-10毫米。
5.如權利要求1或2的結構，其中該較高厚度的組件由多個水平和平行板組成。
6.如權利要求5的結構，其中所述板的厚度為至少0.3毫米和相互間隔至少1毫米。
7.如權利要求5的結構，其中該水平板以間隔1-5毫米的平行和偏置排布置，每個該板是5-30毫米長，該板由0.3-2毫米厚的片變形而獲得。
8.如權利要求1或2的結構，其中該更高厚度的組件由具有開口的片組成。
9.如權利要求8的結構，其中該具有開口的片是未壓扁的擴張片。
10.如先前權利要求的結構，其中該具有開口的薄片是未壓扁的擴張片或穿孔片或燒結的多孔層。
11.如權利要求10的結構，其中該未壓扁的擴張片是0.2-0.8毫米厚，并具有主對角線為3-7毫米和次對角線為1-5毫米的長菱形開口。
12.如先前權利要求的結構，其中該具有開口的薄片在開口間隙和總幾何區(qū)域之間的比例至少等于0.5。
13.如權利要求12的結構，其中在開口間隙和總幾何區(qū)域之間的該比例至少等于0.9。
14.如先前權利要求的結構，其中該具有開口的薄片由耐腐蝕金屬或在該電解槽操作條件下穩(wěn)定的聚合物材料制成。
15.如權利要求14的結構，其中該耐腐蝕金屬由鈦或鈦合金組成。
16.如權利要求14的結構，其中該聚合物材料由非必要親水化的氟化聚合物組成。
17.如先前權利要求的結構，其中將該具有開口或薄絲網的薄片固定到該較高厚度的組件。
18.如先前權利要求的結構，其中將該具有開口或薄絲網的薄片與隔板接觸放置。
19.一種氯-堿膜或隔膜電解槽，至少包括先前權利要求的結構。
20.在權利要求19的電解槽中進行氯-堿電解方法，其特征為在2500A/m2的電流密度下電壓不高于3伏，氯氣中的氧含量不高于2％。
21.在此基本參考附圖描述的用于電解槽的電極結構。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于具有隔板的電解槽，特別地用于隔膜氯－堿電解槽的陽極結構，該結構由至少一個適于與隔板接觸放置的可移動表面組成?？梢苿颖砻姘ㄅc更低厚度的多孔層(5)，例如具有開口的薄片接觸的更高厚度的組件(4)，和特征為如下事實僅將催化涂料施加到更低厚度的多孔層。更高厚度的組件具有基本平面的展開和包括能夠促進電解質局部再循環(huán)的組件。
文檔編號C25B11/03GK1813082SQ200480017682
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權日2003年6月24日
發(fā)明者G·梅內吉尼, C·莫加納 申請人:德·諾拉電極股份公司