電解（jiě）槽的主體結構和分類（lèi）

陽極

陽極和陰極的作用不同，對（duì）材質要求也各異。

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

陽極材料除需滿足一般電極材料的基本需求（如（rú）導電性、催化活（huó）性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽（yáng）極極化和較高溫（wēn）度的（de）陽極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定性。長期（qī）以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解（jiě）過程中不斷地被腐蝕剝落（luò），使電極間距逐漸增大，槽電壓升（shēng）高。用（yòng）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.比爾提出的在鈦基上塗（tú）覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬氧化物電極（jí）是（shì）陽極材（cái）料（liào）的一個重大革新。二氧化釕對某些陽（yáng）極反應（yīng）如析氯、析氧具有很好的催化活性，能（néng）在高電流密度下工作而槽電壓比較低（dī）。比較突出的特點是具有很好的化學穩定性，工作壽（shòu）命比石墨陽極（jí）長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽（cáo）中，其壽（shòu）命可達10年以上。由於它不易腐蝕，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，如加（jiā）入錫、銥（yī）可提高氧（yǎng）的過電位，完善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前（qián），貴金屬塗層的金（jīn）屬陽極在化學工業中已做到普遍推廣。

在（zài）熔融鹽電解槽中，因電（diàn）解溫度比水溶液電解槽中高得多，對陽極材料（liào）要求更嚴，電解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其合金（jīn）。電解熔融（róng）氯化物，隻能用石（shí）墨。

陰（yīn）極

以金屬（shǔ）或合金作（zuò）為陰極時，由於在比較負的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕（shí）性小,所以陰極材料比較（jiào）容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產生（shēng）析氫反應（yīng），過電位較高。因此（cǐ）陰極材料的主要改進方向是降低析氫過（guò）電位。除用硫酸作為電解液時必要（yào）采用鉛（qiān）或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法製備高（gāo）比表麵積，並具有催化活性的陰（yīn）極，如多孔鎳鍍（dù）層陰極。

為了（le）提高產品質量（liàng），也可采用特殊的陰極材料，如（rú）在水銀法（fǎ）電解食鹽水溶液製取燒堿的（de）汞陰極中，利用汞析氫過（guò）電位高的特點（diǎn），使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然後（hòu）在專用的設備中，用水瓦（wǎ）解鈉汞齊（qí）製取純度（dù）高、高濃度堿液。另外（wài），為了節約電能也（yě）可采用耗（hào）氧陰極，使氧在（zài）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（hé），避免可能（néng）發（fā）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（gé）膜需有一定的孔隙率，能使離（lí）子通過，而不使分子或氣（qì）泡通過，當有電（diàn）流流過時，隔（gé）膜的歐姆電壓降要低（dī）。這些性能要求在使用過程中基本不變，並且要（yào）求在陰、陽極室電解（jiě）液的作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解（jiě）水時，陰、陽極室的（de）電解液（yè）相同，電解槽的隔（gé）膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多（duō）見的比較複雜的情況是電解槽中陰（yīn）、陽極室的電解液組成不同（tóng）。這時隔膜還（hái）需要阻止（zhǐ）陰、陽極室（shì）電解液中電解產物的相互擴散和作用，如氯堿（jiǎn）生產中隔（gé）膜法（fǎ）電（diàn）解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性（xìng）能不穩定，當（dāng）鹽水中含有（yǒu）鈣、鎂雜質時（shí），容易在隔膜（mó）中生成氫（qīng）氧化物沉澱，降低透過率；在比（bǐ）較（jiào）高的溫度和在電（diàn）解液作用下，還會發生膨脹、鬆脫。為此（cǐ）可以（yǐ）在石棉中加入樹脂作（zuò）為增強材料（liào），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（hěn）大改進。近年來氯（lǜ）堿生產開發的陽離子（zǐ）交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進（jìn）入（rù）陰極室，從而可以製（zhì）得（dé）氯化鈉含量（liàng）極低（dī）的堿液（yè）。

按電解液的不同（tóng）分類

水溶液電解（jiě）槽

水溶液電解槽的形式，可分（fèn）為隔膜電解槽（cáo）和無隔（gé）膜電解槽兩類。隔膜電解槽又（yòu）可分為均向膜(石（shí）棉絨）、離子膜及固體（tǐ）電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解（jiě）槽又分為水銀（yín）電解（jiě）槽和氧化電解槽等。

采（cǎi）用不同的電解（jiě）液時，電解槽的結構也有所不同。

水溶（róng）液電（diàn）解槽分有隔膜和無隔膜兩類（lèi）。一般多用（yòng）隔膜電（diàn）解槽。在（zài）氯酸鹽生產和水銀法生產氯氣和燒堿時，采用無隔膜電解槽。盡量增大單（dān）位體（tǐ）積內（nèi）的電極表麵積，可以提（tí）高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜電解槽中的電極多（duō）為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安（ān）裝等不同表現出不同的性能與特點。

熔融鹽（yán）電解槽（cáo）

多用於製取低（dī）熔點（diǎn）金（jīn）屬，其特點是在高溫下運轉，並（bìng）應盡（jìn）量防（fáng）止水（shuǐ）分進（jìn）入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬鈉（nà）時，由於鈉離子的陰極還原（yuán）電位很負，還原很困難，必要用不含氫離（lí）子的（de）無（wú）水熔融鹽或熔融的氫氧化（huà）物，以免陰極析出氫。為（wéi）此電解（jiě）過程需在高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混合電（diàn）解質時,電解溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可以通過改變電極間距，將歐（ōu）姆電壓降所消耗（hào）的電能轉變為熱量來達（dá）到。電（diàn）解（jiě）熔融氫氧化鈉（nà）時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化（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，會使陽極生成潮濕的氯氣，對（duì）電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般用陶瓷或磷酸（suān）鹽材料，而不受氯氣作用（yòng）的部位（wèi）可用鐵。熔融鹽（yán）電解槽中的陰、陽極產物，同樣要（yào）求妥善隔開，而且應盡快由槽中引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電解液表麵，會進一步（bù）與陽極產物或空氣中的氧起作用。

非水溶液電解槽

由於非（fēi）水溶液電解槽在製（zhì）取有機產品或電解有機物時,常伴隨有各（gè）種複雜的化（huà）學（xué）反應,使其應用受到限製，工業化的（de）不多。一般采用的有機電解液，電導率低，反應速度也小。因此，必要采用較低（dī）的電流密度，極間距盡量縮小。采用固定床或流化床的電極（jí）結構有較大的電極表麵積，可提高電解槽生產能力。

按電極的（de）連接方式分類（lèi）

電解槽按電極（jí）的連接方式（shì），可（kě）分（fèn）為單極式和複極式兩類電解槽（cáo）。單極式電（diàn）解槽中同極性的電極（jí）與直流電源並（bìng）聯連接，電極兩麵的極（jí）性相同，即同時為陽（yáng）極或同時（shí）為陰極。複極式電解槽兩端的電極分別與直流電（diàn）源的正負極相連，成為陽極（jí）或陰極。電流通過（guò）串聯的電極（jí）流過電解槽時，中間各電極的一麵為陽極，另一麵為陰（yīn）極,因此具有雙極性。當電極總麵積相同（tóng）時,複極式電解槽的電（diàn）流較小，電（diàn）壓（yā）較高，所需直（zhí）流電源的投資比（bǐ）單極式者省。複（fù）極式一般采用壓濾機結構形（xíng）式，比較緊湊。但易漏電和短（duǎn）路，槽結構和操作管理比單極式複雜。單極式電解槽截麵（miàn）一般為長方形或方形，圓筒形占地（dì）大，空間利用率（lǜ）低，采用較少。