電解槽的主體結構和分類

陽極

陽極和陰極的（de）作用不同，對材質要求也各異。

分可溶性和不可溶性兩類。在精煉銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中（zhōng）溶入溶液，以補充（chōng）在陰極上從溶（róng）液中析出的銅。在電（diàn）解水溶液（如（rú）食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它（tā）們在電解過程基本不發生變化，但對在電（diàn）極表麵上所進行的陽極反應常具有催化作用。在（zài）化學工業中，大多采用（yòng）不溶性陽極（jí）。

陽極材料（liào）除需滿足一般電極材料的基本需求（如導（dǎo）電性、催化活性強度（dù）、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極極化和較高溫度的陽極液中不（bú）溶解、不鈍化，具有（yǒu）很高的穩（wěn）定性。長期以來，石墨（mò）是使用廣泛的陽極材料。但（dàn）石（shí）墨多（duō）孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過（guò）程中不斷（duàn）地被腐蝕剝落，使電（diàn）極（jí）間距逐漸增（zēng）大，槽電壓升高。用於電解食鹽水溶（róng）液時，石（shí）墨電極上的析氯過電位也較高。

60年代H.比爾提（tí）出的在（zài）鈦基上（shàng）塗覆氧化釕、氧化鈦而形成的金（jīn）屬氧化物電（diàn）極是陽極材料的一個重大革新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很好的（de）催化活性，能在高電流密度（dù）下工作而槽電壓比較低（dī）。比較突出的特點是（shì）具有很好的化學穩（wěn）定性，工作（zuò）壽命比（bǐ）石墨陽極長（zhǎng）得多。例如在氯堿生產用（yòng）的隔膜電解槽中，其壽命可達10年（nián）以（yǐ）上。由於（yú）它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱為（wéi）形穩（wěn）性陽極。為適應不同要求（qiú）和用途，可在塗層中添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的（de）過電位（wèi），完善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的（de）穩定性（xìng）等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學工業（yè）中已做到普遍（biàn）推廣。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對（duì）陽極材料要求更嚴，電解熔（róng）融氫氧（yǎng）化鈉，一（yī）般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物，隻能用石墨。

陰（yīn）極

以金（jīn）屬或合金作為陰極時（shí），由於在比較負的電位下工（gōng）作（zuò）,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產生析氫反應，過（guò）電（diàn）位較高（gāo）。因此陰極材料的主要改進方向是降低（dī）析氫過電位。除用硫酸作為電解液時必要采（cǎi）用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼（gāng）是常用的陰極材料。為降低電（diàn）耗，目前采用各種方法製備高比表麵積，並具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。

為了提（tí）高產品質量，也可采用特殊的陰（yīn）極材（cái）料，如在水銀法（fǎ）電解食鹽水溶液製取燒（shāo）堿的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的（de）特點，使鈉（nà）離子放電，生成鈉汞齊，然（rán）後在專用的（de）設備中，用水瓦解鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另（lìng）外，為了節約電能也可采用耗氧陰極，使（shǐ）氧在陰極還原，以代替析氫反（fǎn）應，按理論（lùn）計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發生的有害反應，在電解槽中，基（jī）本上都（dōu）用隔膜將（jiāng）陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔（kǒng）隙率，能使離子通過，而不使（shǐ）分子或氣泡通過（guò），當有電流流過時，隔膜（mó）的歐姆（mǔ）電壓降（jiàng）要低。這些性能要求在使用過程中基（jī）本不（bú）變，並且要求在陰（yīn）、陽極室電解液的作用下，有（yǒu）良好的化學穩定性和機械強（qiáng）度。電解水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將（jiāng）陰、陽極室隔（gé）開，以保證氫、氧純度，並防止（zhǐ）氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這（zhè）時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中（zhōng）電解產物（wù）的相互擴（kuò）散和作用，如氯堿生產中隔膜（mó）法（fǎ）電解槽中的隔膜（mó），可以增大陰極室氫氧離子向陽極室（shì）擴散和遷移的（de）阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的（de）石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含（hán）有鈣、鎂雜質時，容（róng）易在隔（gé）膜中生成氫氧化物沉（chén）澱，降低透過率；在比較高的溫（wēn）度和在電解液作用下，還會發生膨脹、鬆脫。為（wéi）此可以在石棉（mián）中加入樹（shù）脂作為增強材料，或以樹（shù）脂為主體做（zuò）成微孔隔膜（mó），在穩定性和機械強（qiáng）度方麵都有很（hěn）大改進。近年來氯（lǜ）堿生產開發的陽離子交換膜是新型的（de）隔膜材料。它具有對離子透（tòu）過的選擇性，可使（shǐ）氯離子基本上不進（jìn）入陰極（jí）室，從而可（kě）以製得氯化（huà）鈉含量極低的堿液。

按電解液的不同分類（lèi）

水溶液電解（jiě）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（zǐ）膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電（diàn）解槽又分為水銀電解槽和氧化電（diàn）解槽等。

采（cǎi）用不同（tóng）的電解液時（shí），電解槽的結構也（yě）有所不同。

水（shuǐ）溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔（gé）膜電解槽。在氯酸鹽生產和水（shuǐ）銀法生產氯氣和燒堿時，采用無隔膜電（diàn）解槽。盡量增大（dà）單位體積（jī）內的電極表麵積，可以提高電解槽的生產強（qiáng）度。因此，現代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安裝等不同表現出不同的性能與特點。

熔融鹽電解（jiě）槽

多用於製取（qǔ）低熔點金屬，其特點是在（zài）高溫下運（yùn）轉，並應（yīng）盡量防止（zhǐ）水分進（jìn）入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金（jīn）屬鈉時，由於鈉離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必（bì）要用不含氫離子的無水（shuǐ）熔融鹽（yán）或熔融的氫（qīng）氧化（huà）物，以免陰極析出氫。為此電解過程需在（zài）高溫下進行（háng），例如電（diàn）解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如（rú）其中含有氯化鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左（zuǒ）右。

電解槽的高溫可以通（tōng）過改變電極（jí）間距，將歐姆（mǔ）電壓（yā）降所消耗（hào）的電能轉變為熱量來達到。電（diàn）解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵（tiě）或鎳，電解含有氯化物的熔融電解質時常（cháng）由於原料中不可避免地帶入少量（liàng）水分，會使（shǐ）陽極（jí）生（shēng）成潮濕的氯氣，對電解槽的腐（fǔ）蝕作用很強，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料（liào），而（ér）不受氯氣（qì）作用的（de）部位可用鐵。熔融鹽電解（jiě）槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥善隔開，而（ér）且應盡快由槽中引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮（fú）在電解（jiě）液表麵，會進一步與陽（yáng）極產物（wù）或空氣中的氧起作用（yòng）。

非水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽（cáo）在製取有機產品或電解有機物時,常伴隨有各種複（fù）雜的化學反應（yīng）,使其應用受到限製，工業（yè）化的不多。一般采用（yòng）的有機電解液，電導率低，反應速度也小。因（yīn）此（cǐ），必要采用較低的電流密（mì）度，極間距盡量縮小。采用固定床或流化床的電極結構有較大的電極表麵積，可（kě）提高電解（jiě）槽生（shēng）產能力。

按電極的連接方式分（fèn）類（lèi）

電解槽按電極的連接方式（shì），可分為（wéi）單極式和複極式兩類電解槽。單極式電解槽中同極（jí）性的電極與直流（liú）電源並聯連接（jiē），電極（jí）兩麵的（de）極性相（xiàng）同，即同時（shí）為陽極或同時為陰極。複極式電解槽兩端的電極分別與直流（liú）電源（yuán）的正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電解（jiě）槽時，中間各電極的（de）一麵為陽極，另一麵為（wéi）陰極,因此具有雙極性。當電極（jí）總麵積相同時,複（fù）極式電解槽的電流較小（xiǎo），電壓較高，所需直流電源的投資比（bǐ）單極式者省。複極式一般采（cǎi）用壓濾機結構形式（shì），比較緊湊。但易漏電和短路，槽結構（gòu）和操作管理比單極式（shì）複雜。單極式電解槽截麵（miàn）一般為長方形或（huò）方（fāng）形，圓筒形占地（dì）大，空間利用率低，采用較少。