電解槽的主體結構和分類

陽極

陽極（jí）和陰極的作用不同，對材質要求也各異。

分可溶性和不可溶（róng）性（xìng）兩類。在精煉銅用的電解槽中（zhōng），陽極（jí）材料為（wéi）可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中溶入溶（róng）液（yè），以補充在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（yè）（如食鹽水溶液（yè））用的電解（jiě）槽中，陽極為不溶性的，它們（men）在電解過程基本不發生變化，但對在電極表麵上所進行的陽極反（fǎn）應（yīng）常（cháng）具有催化作用。在化學（xué）工業中，大多采用不溶性陽極。

陽極材料除需滿（mǎn）足（zú）一般電極材料的基本需求（如導電性、催（cuī）化活性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極（jí）極化（huà）和較高（gāo）溫度的陽極液（yè）中不溶解、不鈍（dùn）化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨是使用（yòng）廣泛的陽極材（cái）料。但石墨多孔，機械強度差，且（qiě）容易氧化成二氧化碳，在電解過程（chéng）中不斷地被腐蝕剝落，使電極間距逐漸（jiàn）增大，槽電壓升高（gāo）。用（yòng）於電（diàn）解食鹽水溶（róng）液（yè）時，石墨電極上的析氯過電位也（yě）較高。

60年代H.比爾提出的在鈦基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬（shǔ）氧化物電極是陽極材料的（de）一個重大革新。二氧（yǎng）化（huà）釕（liǎo）對某些陽極反應如析氯（lǜ）、析氧具（jù）有很好的催（cuī）化活性，能在高電流密度下工作而槽電壓比較低。比較突出的特點是具有很好的化學穩定性，工作（zuò）壽命比（bǐ）石墨陽極長得多。例如在（zài）氯（lǜ）堿生產用的隔膜電解（jiě）槽中，其壽命可達10年以（yǐ）上。由於它不（bú）易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同要求和用途，可在塗層中添加其他組分，如（rú）加入錫、銥可（kě）提高氧的過（guò）電位，完善陽極的選擇性，又如加入鉑可（kě）提高電極的穩定（dìng）性等。目前，貴（guì）金屬塗層的金屬陽極在化學工業中已做到普遍推廣。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融（róng）氫（qīng）氧化鈉（nà），一般可用鋼鐵（tiě）、鎳（niè）及其合金。電解熔融氯化物，隻能（néng）用石墨。

陰極

以金屬或合（hé）金作為陰（yīn）極時（shí），由於在（zài）比較負的電位下工作,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（zài）水溶液電解槽中，陰極一般產生析氫反應，過（guò）電位較高。因此陰極材料的主要（yào）改進方向是降（jiàng）低析氫過電位。除用硫酸作為電解液時必（bì）要采用鉛（qiān）或石墨作陰極（jí）外，低碳鋼是常用的陰極（jí）材（cái）料（liào）。為降低電耗，目前采用各種方法製備（bèi）高比（bǐ）表麵積，並（bìng）具有催化（huà）活性的陰極，如（rú）多孔鎳鍍（dù）層陰極。

為了提高產品質量，也可采用特（tè）殊的陰極材料（liào），如在水（shuǐ）銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫過電（diàn）位高的特點，使鈉（nà）離子放電，生成鈉汞齊（qí），然後在專用的（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（wéi）了節約電（diàn）能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極還原（yuán），以（yǐ）代替析（xī）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（chǎn）物混合，避免（miǎn）可能發生的有（yǒu）害反應，在（zài）電（diàn）解槽中，基本上都用隔膜將（jiāng）陰、陽（yáng）極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通（tōng）過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降（jiàng）要低。這些性能要求在使用過程（chéng）中基本（běn）不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有（yǒu）良好（hǎo）的化學穩定性和機械強度。電（diàn）解水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將（jiāng）陰（yīn）、陽極室隔開，以保證（zhèng）氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸（zhà）。更多見的比較複雜的（de）情況（kuàng）是電解槽中陰（yīn）、陽極室的電解（jiě）液組成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電（diàn）解產物的相互（hù）擴（kuò）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（lí）子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的石（shí）棉隔（gé）膜（mó）。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易（yì）在隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，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（yǐ）樹脂為主體做成微（wēi）孔隔膜，在（zài）穩定性和機械強度方（fāng）麵都有很大改進。近年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型（xíng）的隔膜材（cái）料。它具（jù）有（yǒu）對離子透過（guò）的選擇性，可使氯離子（zǐ）基本上不進入陰極（jí）室，從而可以製得氯化鈉含量極低的（de）堿液。

按電解液的不同分類

水溶液電解槽

水溶（róng）液電解槽的（de）形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石（shí）棉絨（róng））、離子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又分（fèn）為水銀電解槽和氧化電（diàn）解槽等。

采用不同的電解液時（shí），電（diàn）解槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和（hé）無隔膜兩類。一般多用隔膜電解（jiě）槽。在氯酸鹽生（shēng）產和水銀法生產氯氣和（hé）燒堿（jiǎn）時，采用無隔膜電解槽。盡量增（zēng）大單（dān）位體積內的（de）電極（jí）表麵積，可以提高電解槽的生產強度。因此，現（xiàn）代隔（gé）膜電解槽中的電極多（duō）為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安裝（zhuāng）等不同表現出不同（tóng）的性能與特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉，並應盡量防止水分進入，避免氫離（lí）子在陰極上還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子的（de）陰極還（hái）原電位很負，還（hái）原很困難，必要用不（bú）含氫離子（zǐ）的無水熔融鹽或熔融（róng）的氫氧化物，以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫下（xià）進行，例如電解熔融（róng）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（zuǒ）右。

電解槽的高溫可以通過改變電極間距，將歐姆電壓降所消耗的（de）電能轉變為（wéi）熱量來達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融（róng）電解質（zhì）時常（cháng）由於原料中不可避免地帶入少量水分，會使陽極生成潮濕的氯氣，對（duì）電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融（róng）氯化物的（de）電解槽，一般用陶瓷或磷（lín）酸鹽材料，而不受氯氣作用的部（bù）位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥善隔開（kāi），而且應盡快由槽中引（yǐn）出，以免陰極（jí）產物金屬鈉長時間飄浮在（zài）電（diàn）解液表麵，會進一步與陽極產物或空氣中的（de）氧起作用。

非水溶液電解槽

由於非水溶（róng）液電（diàn）解槽在製取有機產品或電解有（yǒu）機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應（yīng）,使其應用受到限製，工業化的不多。一般采用的有（yǒu）機電解液，電導率低，反應速度（dù）也小。因此，必（bì）要采用較低的電流密度（dù），極間距（jù）盡量縮小。采用固定（dìng）床或流化床的電極結（jié）構有（yǒu）較大的電極表麵積，可（kě）提高電解槽生產能力。

按電極的連接方式分類

電（diàn）解槽按電極的（de）連接方式，可分為單極式和複（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並聯連（lián）接，電極（jí）兩麵的（de）極性相同，即（jí）同時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電源的正（zhèng）負極相（xiàng）連，成為陽極或陰極（jí）。電流通過串聯的電極（jí）流過（guò）電解槽時，中間各電極的一麵為陽（yáng）極，另一麵為陰極,因（yīn）此具有（yǒu）雙（shuāng）極性。當電極總麵積相同時,複極式電解槽的電流較小，電壓較高，所需直流電源的（de）投資比單極式者省。複極式（shì）一般采用壓濾（lǜ）機結構形式，比較緊湊。但易漏電和短路（lù），槽結構和操作管理比單極式複雜（zá）。單極式電解槽截麵（miàn）一般為長方形或方形（xíng），圓筒形占地（dì）大，空間利用率低，采用較少。