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电解槽知识

电解槽就是电解质储存槽,是有色湿法冶炼的主要设备,按照适用金属种类和生产工艺的不同,分为铜电解槽、铜电积槽、锌电积槽、镍电解槽、钴电解槽、铅电解槽、锰电解槽、脱铜槽、镍造液槽等。

电解槽优点
1、使用寿命长
乙烯基树脂整体浇注电解槽采用乙烯基树脂和石英砂骨料,所有材料均防腐,故使用寿命长;生产工艺采用整体浇注,有效地解决了拼装槽等的应力收缩、线膨胀问题; 使用寿命达20年以上,是国内传统电解槽寿命的3~5倍。
2、强度高
电解槽采用乙烯基酯树脂和石英沙做基料,在特定温度下整体浇注而成, 抗压强度>80MPa,是传统水泥+FRP电解槽强度的2.5倍以上,能有效解决电解槽在使用中阴阳极碰撞等原因而造成的损坏。
3、减小占地面积,节约厂房和支撑梁的投资
标准电解铜槽:内尺寸5840*1170*1400/1600mm
乙烯基树脂整体浇注电解槽具有较高的强度,可以将电解槽槽壁从现在的115~150mm减小到70~100mm,除此之外,由于乙烯基树脂电解槽结构尺寸精确、热膨胀系数低,可以将电解槽的槽间距从30mm缩小到20mm以下,因此可以在相同的生产面积情况下,多排布6~10%的电解槽,或节约6~10%的厂房面积,电解槽支撑梁厚度比传统电解槽支撑梁厚度至少可以减少20%。
4、免维护,提高电解槽的利用率
乙烯基树脂整体浇注电解槽由于其可靠的质量、超强的耐腐蚀性能、较高的强度成就了它的免维护性能,可以使企业避免因频繁维护、解决槽子变形、渗漏、无休止地修补、更换槽体等令人头痛的问题而造成的人力、物力、时间的浪费。
5、尺寸精度好、易安装、易调整
标准1.6㎡极板电解锌槽:内尺寸4030*940*1650mm
乙烯基树脂整体浇注电解槽采用模具一次性整体浇注而成,整体性好、尺寸精度高、预埋件准确,吊装到位垫平即可,安装简单,易调整,安装工期大大缩短,安装环境好,无传统玻璃钢衬里现场打磨所带来的有毒粉尘。
6、提高产品品质
乙烯基树脂整体浇注电解槽整体都是防腐蚀的,解决了其它材质电解槽损伤未发现造成电解液浸透产生CaSO4(硫酸钙)污染而影响阴极板质量等问题,可减少因电解槽漏液导致的电解槽附件的腐蚀。
7、净化环境 ,减少清洗用水量
乙烯基树脂整体浇注电解槽使用寿命长,免维护,传统的FRP衬里在几年后需更换重做,更换下来的FRP不会降解,且会粘附电解液,造成环境污染和有价金属的流失,经过优化设计的电解槽边角都是圆弧设计,在清洗槽子时用水少、清洗时间短。
成品超级电解槽群8、可提高电流效率
乙烯基树脂整体浇注电解槽结构层加强筋(采用专利技术)不采用钢制钢筋,没有强电流电解的条件下在槽壁上产生的涡流电流,再加之其良好的绝缘性,其电流效率也会得到提高。
9、维修时间短,易操作无需专业人员处理
电解槽在非正常使用情况下(例如:阴阳极板坠落等)造成的槽体划痕、裂纹等维修时用清水冲洗干净,再用热风机或红外线烤灯烘干,在用尖钻或小锤将裂缝处凿出V型剖口用乙烯基树脂材料填充,常温固化2小时干燥后即可投入再生产。

电解槽分类
按电解液的不同分类:1.水溶液电解槽 2.熔融盐电解槽 3.非水溶液电解槽
水溶液电解槽
水溶液电解槽的形式,可分为隔膜电解槽和无隔膜电解槽两类。隔膜电解槽又可分为均向膜(石棉绒)、离子膜及固体电解质膜(如β-Al2O3)等形式;无隔膜电解槽又分为水银电解槽和氧化电解槽等。采用不同的电解液时,电解槽的结构也有所不同。水溶液电解槽分有隔膜和无隔膜两类。一般多用隔膜电解槽。在氯酸盐生产和水银法生产氯气和烧碱时,采用无隔膜电解槽。尽量增大单位体积内的电极表面积,可以提高电解槽的生产强度。因此,现代隔膜电解槽中的电极多为直立式。电解槽因内部部件材质、结构、安装等不同表现出不同的性能与特点。
熔融盐电解槽
多用于制取低熔点金属,其特点是在高温下运转,并应尽量防止水分进入,避免氢离子在阴极上还原。例如制取金属钠时,由于钠离子的阴极还原电位很负,还原很困难,必须用不含氢离子的无水熔融盐或熔融的氢氧化物,以免阴极析出氢。为此电解过程需在高温下进行,例如电解熔融氢氧化钠时为 310℃,如其中含有氯化钠成为混合电解质时,电解温度为650℃左右。电解槽的高温可以通过改变电极间距,将欧姆电压降所消耗的电能转变为热能来达到。电解熔融氢氧化钠时,槽体可用铁或镍,电解含有氯化物的熔融电解质时常由于原料中不可避免地带入少量水分,会使阳极生成潮湿的氯气,对电解槽的腐蚀作用很强,因此电解熔融氯化物的电解槽,一般用陶瓷或磷酸盐材料,而不受氯气作用的部位可用铁。熔融盐电解槽中的阴、阳极产物,同样要求妥善隔开,而且应尽快由槽中引出,以免阴极产物金属钠长时间飘浮在电解液表面,会进一步与阳极产物或空气中的氧起作用。
非水溶液电解槽
由于非水溶液电解槽在制取有机产品或电解有机物时,常伴随有各种复杂的化学反应,使其应用受到限制,工业化的不多。一般采用的有机电解液,电导率低,反应速度也小。因此,必须采用较低的电流密度,极间距尽量缩小。采用固定床或流化床的电极结构有较大的电极表面积,可提高电解槽生产能力。
按电极的连接方式分类
电解槽按电极的连接方式,可分为单极式和复极式两类电解槽。单极式电解槽中同极性的电极与直流电源并联连接,电极两面的极性相同,即同时为阳极或同时为阴极。复极式电解槽两端的电极分别与直流电源的正负极相连,成为阳极或阴极。电流通过串联的电极流过电解槽时,中间各电极的一面为阳极,另一面为阴极,因此具有双极性。当电极总面积相同时,复极式电解槽的电流较小,电压较高,所需直流电源的投资比单极式者省。复极式一般采用压滤机结构形式,比较紧凑。但易漏电和短路,槽结构和操作管理比单极式复杂。单极式电解槽截面一般为长方形或方形,圆筒形占地大,空间利用率低,采用较少。

电解槽发展
阴、阳两极间距是影响槽电压的重要因素之一。随极间距增大,槽内欧姆电压降增大,槽电压升高。尤其是在大电流工作时,这种电压损失更为严重。现代电解槽采用各种措施以降低极间距,如采用扩散阳极、改性隔膜制成零极距电解槽结构等。
电解液在电解槽内的停留时间,不仅影响设备的生产能力,而且在某些情况下,会影响电解过程的电流效率,如电解法制氯酸钠,由于中间产物次氯酸(HClO)和次氯酸根离子(ClO3)间的化学反应速度非常缓慢,如长时间留在电解槽内,不仅降低电解槽利用率,而且次氯酸根离子会在阳极表面氧化,或在阴极表面还原,降低电流效率。因此,现代电解槽设计力求减小容积,使电解液沿着电极快速流过。如还需进一步进行反应,则可在电解槽外安装独立的化学反应器。
电解槽内电极以垂直安装较紧凑,导电板连接容易,并利于降低气泡效应。因在有气体析出的电极表面上常附有气泡,会降低电极的工作表面积。另外,在电极附近的溶液中也会充有气泡,增大溶液电阻,这种现象称“气泡效应”。但在垂直电极表面的附近,则可利用溶液中充气度高、溶液密度低与上升速度快的特点,以形成电解液的自然循环,使气泡加速离开电极表面,减轻气泡效应。当垂直电极用作气体电极时,电极形状以网状为多,它除了能增加工作表面积外,也有利于气泡逸出。
电解槽材料可以是钢材、水泥、陶瓷等。钢材耐碱,是应用最广的。对于腐蚀性强的电解液,钢槽内部用铅、合成树脂或橡胶等衬里。
目前电解槽正朝大容量、低能耗方向发展。复极式电解槽适于大型生产,先后为电解水和氯碱工业所采用。
水电解制氢电解槽多采用铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气,阴极出氢气。该方法成本较高,但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。

电解槽的分类
一、根据隔膜
电解槽是电解所用主体设备的形式,可分为隔膜电解槽和无隔膜电解槽两类。隔膜电解槽又可分为均向膜(石棉绒)、离子膜及固体电解质膜(如β-Al2O3)等形式;无隔膜电解槽又分为水银电解槽和氧化电解槽等。
二、根据电解液
工业中使用的电解槽由槽体、电解液、阳极和阴极组成,多数用隔膜将阳极室和阴极室隔开。按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽三类。
1)水溶液电解槽  水溶液电解槽的形式,可分为隔膜电解槽和无隔膜电解槽两类。隔膜电解槽又可分为均向膜(石棉绒)、离子膜及固体电解质膜(如β-Al2O3)等形式;无隔膜电解槽又分为水银电解槽和氧化电解槽等。  采用不同的电解液时,电解槽的结构也有所不同。  水溶液电解槽分有隔膜和无隔膜两类。一般多用隔膜电解槽。在氯酸盐生产和水银法生产氯气和烧碱时,采用无隔膜电解槽。尽量增大单位体积内的电极表面积,可以提高电解槽的生产强度。因此,现代隔膜电解槽中的电极多为直立式。电解槽因内部部件材质、结构、安装等不同表现出不同的性能与特点。
2)熔融盐电解槽  多用于制取低熔点金属,其特点是在高温下运转,并应尽量防止水分进入,避免氢离子在阴极上还原。例如制取金属钠时,由于钠离子的阴极还原电位很负,还原很困难,必须用不含氢离子的无水熔融盐或熔融的氢氧化物,以免阴极析出氢。为此电解过程需在高温下进行,例如电解熔融氢氧化钠时为 310℃,如其中含有氯化钠成为混合电解质时,电解温度为650℃左右。电解槽的高温可以通过改变电极间距,将欧姆电压降所消耗的电能转变为热能来达到。电解熔融氢氧化钠时,槽体可用铁或镍,电解含有氯化物的熔融电解质时常由于原料中不可避免地带入少量水分,会使阳极生成潮湿的氯气,对电解槽的腐蚀作用很强,因此电解熔融氯化物的电解槽,一般用陶瓷或磷酸盐材料,而不受氯气作用的部位可用铁。熔融盐电解槽中的阴、阳极产物,同样要求妥善隔开,而且应尽快由槽中引出,以免阴极产物金属钠长时间飘浮在电解液表面,会进一步与阳极产物或空气中的氧起作用。
3)非水溶液电解槽  由于非水溶液电解槽在制取有机产品或电解有机物时,常伴随有各种复杂的化学反应,使其应用受到限制,工业化的不多。一般采用的有机电解液,电导率低,反应速度也小。因此,必须采用较低的电流密度,极间距尽量缩小。采用固定床或流化床的电极结构有较大的电极表面积,可提高电解槽生产能力。
三、根据电极的连接方式
电解槽按电极的连接方式,可分为单极式和复极式两类电解槽。单极式电解槽中同极性的电极与直流电源电源 的供应商并联连接,电极两面的极性相同,即同时为阳极或同时为阴极。复极式电解槽两端的电极分别与直流电源直流电源 的供应商的正负极相连,成为阳极或阴极。电流通过串联的电极流过电解槽时,中间各电极的一面为阳极,另一面为阴极,因此具有双极性。当电极总面积相同时,复极式电解槽的电流较小,电压较高,所需直流电源的投资比单极式者省。复极式一般采用压滤机结构形式,比较紧凑。但易漏电和短路,槽结构和操作管理比单极式复杂。单极式电解槽截面一般为长方形或方形,圆筒形占地大,空间利用率低,采用较少。

电解槽的原理
电解槽是当直流电通过电解槽时,在阳极与溶液界面处发生氧化反应,在阴极与溶液界面处发生还原反应,以制取所需产品。
1、电解的概念
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。
注意:
①电流必须是直流而不是交流。
②熔融态的电解质也能被电解。
在电解反应中,电能转化为化学能。
2、构成电解池的条件
(1)直流电源。
(2)两个电极。其中与电源的正极相连的电极叫做阳极,与电源的负极相连的电极叫做阴极。
(3)电解质溶液或熔融态电解质。
3、电解质导电的实质
对电解质溶液(或熔融态电解质)通电时,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应;电解质的阴离子移向阳极失去电子(有的是组成阳极的金属原子失去电子)发生氧化反应,电子从电解池的阳极流出,并沿导线流回电源的正极。这样,电流就依靠电解质溶液(或熔融态电解质)里阴、阳离子的定向移动而通过溶液(或熔融态电解质),所以电解质溶液(或熔融态电解质)的导电过程,就是电解质溶液(或熔融态电解质)的电解过程。

电解槽的应用
电解槽广泛应用于冶金、电镀、化工等行业的酸洗磷化,电解,镀铜,镀镍,镀锌,镀钯,镀金等生产工艺。




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