電解槽的主體（tǐ）結構和分類

陽極

陽極和陰極的作（zuò）用不同，對材質要求也各（gè）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（liàn）的粗銅。它在電解過程中溶入溶（róng）液，以補（bǔ）充在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽（cáo）中，陽極為不溶性的，它們（men）在電（diàn）解過程基本不發生變化（huà），但對在電極（jí）表（biǎo）麵上所進行的陽極反應常具有催化作用。在化（huà）學工業中，大多采（cǎi）用不溶性陽（yáng）極。

陽極材料除需滿足一般電極材料的基本（běn）需求（如導電性、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（yáng）極（jí）液中不溶解（jiě）、不鈍化，具有很高的穩定性（xìng）。長期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但石（shí）墨多（duō）孔，機械強度差，且容易氧化成二（èr）氧化碳，在（zài）電解過程中不斷地被腐蝕剝落（luò），使電極間距逐漸增大（dà），槽電壓升高。用於電解（jiě）食鹽水溶液時，石（shí）墨電極（jí）上的析氯過電位（wèi）也較高（gāo）。

60年代H.比爾提（tí）出的在鈦基（jī）上塗覆氧化釕、氧化鈦（tài）而形成的金屬氧化物（wù）電極（jí）是陽極材料的一（yī）個重大革新。二氧化釕對某些陽極反應如析（xī）氯、析氧具有很好的（de）催（cuī）化活性（xìng），能在高電（diàn）流密度下工作而槽電壓比較低（dī）。比較突出（chū）的特點是具有很好的化（huà）學穩定性，工作壽命（mìng）比（bǐ）石墨陽極長得多。例（lì）如在氯堿生產用的隔膜電解槽（cáo）中，其壽命可達10年以（yǐ）上。由於它不易腐（fǔ）蝕，尺寸穩（wěn）定，被（bèi）稱（chēng）為形穩性陽（yáng）極。為適應不同要求和用途，可在塗層中添加其他組（zǔ）分，如加入錫、銥可提高氧的過電位（wèi），完善陽極的選擇性，又如加入鉑（bó）可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學工業中已做到（dào）普遍推廣（guǎng）。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫（wēn）度比水溶液電解槽中高（gāo）得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧化鈉，一般（bān）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（yǐ）金（jīn）屬或合金作為陰極時，由於在比較負的電位下工作,往往可以起（qǐ）到陰（yīn）極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶（róng）液電解槽中，陰極一（yī）般產生（shēng）析氫反（fǎn）應，過電位較高。因此陰（yīn）極材料的主要（yào）改進方向是降低析氫過電位。除用（yòng）硫酸作為電解（jiě）液時必要采用（yòng）鉛或石墨作（zuò）陰極外，低碳鋼是常用的陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法（fǎ）製備高比（bǐ）表麵積，並具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。

為了提高產（chǎn）品質量，也可采用特殊（shū）的陰極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液（yè）製（zhì）取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫過電位（wèi）高的特點，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然（rán）後在專用的設備（bèi）中，用（yòng）水瓦（wǎ）解鈉汞齊（qí）製取純度高、高濃（nóng）度堿液。另外（wài），為（wéi）了節約電（diàn）能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極產物混合，避免（miǎn）可能發生的有害（hài）反應（yīng），在電解槽（cáo）中，基（jī）本上都用（yòng）隔膜將陰、陽極室（shì）隔開。隔膜需有一（yī）定的（de）孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有（yǒu）電流流（liú）過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，並且（qiě）要求在（zài）陰、陽極室（shì）電解液的作（zuò）用下，有良好的化學穩定性和機械（xiè）強度。電解（jiě）水時（shí），陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將陰、陽（yáng）極（jí）室隔開，以保證氫、氧純度（dù），並防止氫氧混合（hé）發（fā）生爆炸。更多（duō）見的比較複（fù）雜的情況是電解槽中陰、陽極室（shì）的電解液組成不同。這（zhè）時隔膜還（hái）需（xū）要阻止（zhǐ）陰、陽極室電解液中電解（jiě）產物的相互擴散和作用，如氯堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極室（shì）氫（qīng）氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中（zhōng）長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂（měi）雜質時，容易在隔膜（mó）中生成氫氧化物沉澱，降低（dī）透（tòu）過率；在比較高（gāo）的溫度（dù）和在電解液作用下，還會發生膨脹、鬆脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料，或以樹脂（zhī）為主體做（zuò）成微孔（kǒng）隔膜，在穩定性（xìng）和機械強度方麵都有很大改進。近年來氯堿生產開發（fā）的陽（yáng）離子交換（huàn）膜是新型的隔（gé）膜材料。它（tā）具有對離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進入陰極室，從而可以製（zhì）得氯化鈉含量極低（dī）的堿液。

按（àn）電（diàn）解液（yè）的不同分類

水溶液電解槽

水溶液電解槽的形式（shì），可分為隔膜電解槽和無（wú）隔膜電（diàn）解槽兩類。隔膜電解槽（cáo）又（yòu）可分為均向膜(石棉絨（róng））、離子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形（xíng）式（shì）；無隔膜電解槽又分為水銀（yín）電解（jiě）槽和氧化電解槽等。

采用不同的電解液時，電解（jiě）槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜（mó）兩類。一般（bān）多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法（fǎ）生（shēng）產氯氣和燒堿時，采用無隔膜電解槽。盡（jìn）量增大單位體積（jī）內（nèi）的電極表麵積，可以（yǐ）提（tí）高電解槽的生產強度。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

多用於製取低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉，並應盡量（liàng）防（fáng）止水分進入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子（zǐ）的陰極還原電位很負，還原很（hěn）困難，必要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免（miǎn）陰極析出氫。為此（cǐ）電解（jiě）過程需在高溫下（xià）進行，例如電解熔（róng）融氫氧化鈉時為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可（kě）以通（tōng）過改變電極間距，將歐姆電（diàn）壓降所消耗的電（diàn）能轉變（biàn）為熱量來（lái）達到。電（diàn）解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含（hán）有氯化（huà）物的熔融電解質時常由於原料中不可避免地帶入少量水分，會使陽極生成潮（cháo）濕的氯氣，對（duì）電解槽（cáo）的腐蝕作用很強，因此電解（jiě）熔（róng）融氯化物的電解槽，一般（bān）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（yán）電解槽中的陰、陽極（jí）產物，同樣要求妥（tuǒ）善隔開，而且應（yīng）盡快由槽中引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電（diàn）解液表麵，會進一步與陽極產物或空氣中的氧（yǎng）起作用。

非水溶液電解槽

由於非水溶液電解（jiě）槽在製取有機產品或（huò）電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化（huà）學反應,使其應用受到限製，工（gōng）業化的不多。一般采用的有機電（diàn）解液，電導率低（dī），反應速度也小。因此，必要采用較低的（de）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）構有較大（dà）的電極表麵積，可提高電解槽（cáo）生（shēng）產能（néng）力。

按電極的連接方式分類

電解槽（cáo）按電極的連接方（fāng）式（shì），可分為單極式和複極式（shì）兩類（lèi）電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連（lián）接，電極（jí）兩麵的極性（xìng）相同，即（jí）同時為陽極或同時為陰極。複（fù）極式電解槽兩端的電極（jí）分別與直流電源的正負極相連，成為陽極（jí）或陰極。電流通過串聯的電極流過電解槽時，中間各電極的一麵為陽極，另一麵為陰極,因此具有雙極性。當電極（jí）總麵積相同時,複極式電解槽的電流較小，電壓較高，所需直（zhí）流電源的（de）投資比單極式者省。複極式一般采用壓濾機結構形（xíng）式，比較緊湊。但（dàn）易漏電和短路，槽結構和操作管理比單極式複雜。單極式電解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒形占（zhàn）地大，空間利用率低，采用較少。