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（zhì）要求也各異。

分可（kě）溶性和不（bú）可溶性兩類（lèi）。在（zài）精煉銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中溶入（rù）溶液，以補充（chōng）在陰極（jí）上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（yè）（如食鹽水（shuǐ）溶液）用的電（diàn）解槽中，陽極為不溶（róng）性的，它們在電解過程（chéng）基本（běn）不（bú）發生變化，但對在電極表麵上所進行的陽極反應常具有催化作用。在化（huà）學工業中，大多采用不溶性陽（yáng）極。

陽極材料除需滿（mǎn）足一般電極材料的基本需（xū）求（如導電性、催化活性強度、加工、來源、價格）外（wài），還需能在強陽極極化和較高（gāo）溫度（dù）的陽極液中不溶解（jiě）、不鈍化（huà），具有很高的穩定性。長（zhǎng）期以來，石墨是使（shǐ）用廣泛的（de）陽極材料。但石墨多孔（kǒng），機械強度差，且容（róng）易氧化成二氧化碳，在電解過程中不（bú）斷地被腐蝕剝落，使電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較高。

60年代H.比爾（ěr）提出（chū）的（de）在鈦基上塗（tú）覆氧化釕、氧化鈦而形成的金（jīn）屬氧化物電極是陽極材料的一個（gè）重大革新。二氧化釕對某些陽極反（fǎn）應如析氯、析氧具有很好的催化（huà）活性，能在高電流密度下工作而槽電壓比較低。比較突出的特（tè）點是具有很好的化學穩定性（xìng），工作壽命比石墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年以上。由於它不易腐蝕（shí），尺寸穩（wěn）定，被稱（chēng）為形穩性陽極。為（wéi）適（shì）應不同要求（qiú）和用途，可在塗層中添加其他（tā）組分，如（rú）加入錫、銥可提高氧的過電（diàn）位，完善（shàn）陽極的選擇（zé）性，又如加入鉑可提高電（diàn）極的穩定性等。目前（qián），貴金屬（shǔ）塗層的（de）金屬陽極在化學（xué）工業（yè）中已做到普遍推廣。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比（bǐ）水溶液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧（yǎng）化鈉，一般可用鋼鐵、鎳（niè）及其（qí）合金（jīn）。電解熔融氯化物，隻能用石墨。

陰極

以金屬或合金作為陰（yīn）極時，由於在比較負的電位（wèi）下工作,往往可以（yǐ）起到陰極保護作用，腐（fǔ）蝕性小,所（suǒ）以陰極材料比較容（róng）易選擇。在水溶液（yè）電解（jiě）槽中，陰極一般產生析氫反應，過電（diàn）位較高。因此（cǐ）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用鉛或（huò）石墨作陰極外，低碳鋼是常用（yòng）的陰極材料。為降低電耗，目前（qián）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（rú）多孔鎳鍍層陰極。

為了提高產品質量，也（yě）可采用特殊的陰（yīn）極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰（yīn）極中，利用汞析氫過電位高的特（tè）點，使鈉離（lí）子放電，生成鈉汞齊（qí），然後在專用的（de）設備中，用水瓦解（jiě）鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為了節約電能也可采用耗氧陰（yīn）極，使氧在陰極還原，以代替（tì）析氫（qīng）反應（yīng），按理論計算可降低槽電壓（yā）1.23V。

隔膜

為（wéi）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，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐（ōu）姆（mǔ）電壓降要低。這些性（xìng）能要求在使用過程中（zhōng）基本不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作（zuò）用下，有（yǒu）良好的化學（xué）穩定性和機械強度。電解水時，陰、陽極（jí）室的電解（jiě）液相同，電（diàn）解槽的（de）隔膜隻需將陰、陽（yáng）極室（shì）隔開，以保證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的（de）情況是電解（jiě）槽中陰、陽（yáng）極室的電解液組成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解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，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和（hé）遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當（dāng）鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜（mó）中生成氫氧（yǎng）化物沉澱，降（jiàng）低透過率；在（zài）比較高的溫度和在電解液作（zuò）用下，還會發生膨脹、鬆脫。為此可以在石棉（mián）中加入樹（shù）脂作為增強材料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵都有很大（dà）改進（jìn）。近年來氯堿（jiǎn）生產開發的陽離子交換膜（mó）是新型的隔膜材料。它具有對離（lí）子透過（guò）的選擇性（xìng），可（kě）使氯離子基本上不進入陰極室，從而可以製得氯化鈉含量極低（dī）的（de）堿液。

按電解（jiě）液的不同分類

水溶液電解槽

水溶液電解槽的形式，可分為隔膜（mó）電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電（diàn）解（jiě）槽又（yòu）可分為均向膜(石棉絨）、離子膜及固體（tǐ）電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無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，電解槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法生產氯氣和燒堿時，采（cǎi）用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表麵積，可以提高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜電解槽中（zhōng）的電極（jí）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（bú）同的性能與特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點（diǎn）是在（zài）高溫下運轉，並應盡量（liàng）防止水分進入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的（de）氫氧化物，以免陰極析（xī）出氫。為此電解過程需（xū）在高溫下進（jìn）行，例如電解熔（róng）融氫氧化鈉時為（wéi） 310℃，如其中含有氯化鈉（nà）成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可以通（tōng）過改變電極間距，將歐姆（mǔ）電壓降所消耗的（de）電能轉變為熱量來達（dá）到。電解熔（róng）融氫氧（yǎng）化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融電解質時常由於原料中不可避免（miǎn）地帶入少量水分，會（huì）使陽極生成潮濕的氯氣，對電解（jiě）槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般用陶瓷或（huò）磷酸鹽材料，而不受氯氣作用的（de）部位（wèi）可用鐵。熔融鹽電解槽（cáo）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（miǎn）陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電解液（yè）表麵，會進一步與陽極產物或空氣中的氧起作（zuò）用。

非水（shuǐ）溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有（yǒu）機產品或電解有機物時,常伴隨有各種複雜（zá）的化（huà）學反應,使其應用受到限製，工業化的不多。一般采用的有機電解液，電導率低，反應（yīng）速度也小。因此，必要（yào）采用較低的電流（liú）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（jí）表麵（miàn）積，可提高電（diàn）解槽生產能力。

按（àn）電極的連（lián）接方式（shì）分類

電解（jiě）槽按電極的（de）連接方式，可分為單極式和複極式兩類電解槽。單極式電解槽中同極性（xìng）的電極與直流電源（yuán）並聯連接，電極兩麵的（de）極性相同，即同（tóng）時為陽極或同時為陰（yīn）極。複極式電解槽兩端的電（diàn）極分別與直（zhí）流電源的正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流（liú）過電解槽（cáo）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。當電極總麵積相（xiàng）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單極式者（zhě）省。複極式一般采用（yòng）壓濾機結構形式，比較緊湊。但易漏電和短路，槽結構和操作管理比單極式複雜。單極式（shì）電（diàn）解槽截（jié）麵一般為長方（fāng）形（xíng）或方形，圓筒形占地大，空間利用（yòng）率低，采用較少。