電解槽的主體結構和分類

陽極

陽極和陰極的作用不同，對材質要求也各異。

分可溶性和不（bú）可溶（róng）性兩類。在（zài）精煉（liàn）銅用的電解槽中，陽極材料為可溶（róng）性（xìng）的待精煉（liàn）的粗銅。它在（zài）電解過程中溶入（rù）溶液，以補（bǔ）充在陰極上從溶液中析出（chū）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，它們在電解過程基本不發生變（biàn）化，但對在電極表麵上所進行的陽極反應常具有催化作用。在化學工業中，大多采用不溶（róng）性陽極（jí）。

陽極材料除需（xū）滿（mǎn）足一般電極材料的基本需求（如導電性、催化活性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極極（jí）化和較高溫度的陽極液中（zhōng）不溶解、不鈍化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但（dàn）石墨多孔，機械強度差（chà），且容易氧化成二氧化（huà）碳（tàn），在電解過（guò）程中不斷地被腐蝕剝落，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（mò）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覆氧化釕、氧化鈦而形成（chéng）的金屬氧化物電極是陽極材料的一個重大革（gé）新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很（hěn）好的催化活性，能在高電流密（mì）度下工作而槽電壓（yā）比較低（dī）。比較突出的特點是具有很好的化學穩定性（xìng），工作壽命比石墨陽（yáng）極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，其（qí）壽命可達10年以上。由於（yú）它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱（chēng）為（wéi）形穩性陽極。為（wéi）適應不同要（yào）求（qiú）和用途，可在（zài）塗層中添（tiān）加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過（guò）電位，完善陽極的選擇（zé）性，又如加入鉑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普遍推廣。

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

陰極

以金屬或合金作為陰極時，由於在比較負的電位下工作,往往可以起到陰極保護（hù）作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解（jiě）槽中，陰極一般產生析氫反應，過電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降低析氫過電（diàn）位。除用硫酸作為電解液時必要采用鉛（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（zhǒng）方法（fǎ）製備高比表麵積，並具有（yǒu）催（cuī）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（yòng）特殊的陰極材料（liào），如在水（shuǐ）銀法電解食（shí）鹽水溶液製取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生成（chéng）鈉（nà）汞齊，然後在專用的設備中，用水瓦解（jiě）鈉汞齊製取純度高（gāo）、高濃度堿（jiǎn）液。另外，為了節約電能也可（kě）采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代（dài）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（liǎng）極產物混合，避（bì）免可能發生的有害反應，在（zài）電（diàn）解（jiě）槽中，基本（běn）上（shàng）都用（yòng）隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定（dìng）的孔隙率，能使離子通過，而不使（shǐ）分子或（huò）氣泡通過，當（dāng）有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要（yào）求在使用過程中基本不變，並且要求在陰、陽極室電解（jiě）液的（de）作（zuò）用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解（jiě）水時，陰、陽極室的電解液（yè）相同，電解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保（bǎo）證氫、氧純度，並（bìng）防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況是電（diàn）解槽中陰、陽（yáng）極室的電解液組成不同。這時隔膜還需要阻止（zhǐ）陰、陽極室電解液中電解產物的相互擴散（sàn）和作用，如氯堿生產中隔膜（mó）法電解槽中的（de）隔膜，可以增大陰（yīn）極室氫氧離子（zǐ）向陽極（jí）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（gé）膜。但石棉隔膜性能不穩（wěn）定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容（róng）易在隔膜中生（shēng）成氫氧化物沉（chén）澱，降低透過率；在（zài）比較高的溫度和在電解液（yè）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（qiáng）材料，或以樹脂為主（zhǔ）體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵都有很大改進。近年來氯堿生產開發（fā）的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的（de）選擇性，可使氯離子基（jī）本上不進入陰極室，從而可以製得氯化鈉含量極低的堿液（yè）。

按電解液的不同分類

水溶液電解槽

水溶液電（diàn）解槽（cáo）的形（xíng）式，可分為隔膜（mó）電解槽和無隔膜電（diàn）解槽兩類（lèi）。隔膜電解槽又可分為（wéi）均向膜(石棉絨）、離（lí）子膜及固體（tǐ）電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜（mó）電解槽又分為水（shuǐ）銀電解槽和氧化電解槽等。

采用不同的電解液時，電解槽（cáo）的結（jié）構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜（mó）和無隔膜兩類（lèi）。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，采用無隔（gé）膜（mó）電解槽。盡（jìn）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（cǐ），現代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解槽因內部部件（jiàn）材質、結構、安裝等（děng）不（bú）同表現出不同的性能與特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點是（shì）在高溫下運轉，並應盡量防止水分進入（rù），避免氫離子在陰極上還原（yuán）。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（nán），必要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的氫氧（yǎng）化物（wù），以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫下進（jìn）行（háng），例如電解熔融（róng）氫氧化鈉時為 310℃，如其中含（hán）有氯化鈉成為混合電解（jiě）質時,電解（jiě）溫度為650℃左（zuǒ）右。

電解槽的高溫可（kě）以通過改變（biàn）電極間距，將歐姆電壓（yā）降所（suǒ）消（xiāo）耗的電能轉變為熱量來達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有（yǒu）氯化物的熔融電解質時（shí）常由於原料中不可避免地帶入少量水分，會使（shǐ）陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽的腐蝕（shí）作用很（hěn）強，因此電解熔融氯化物的電（diàn）解槽（cáo），一般用陶瓷或磷酸鹽材料，而不（bú）受氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解（jiě）槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥善隔開，而（ér）且應盡快（kuài）由槽中（zhōng）引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在（zài）電解液表（biǎo）麵，會進一（yī）步與陽極產物（wù）或空氣（qì）中的氧起作用。

非（fēi）水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在（zài）製取有機產品（pǐn）或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應,使其應用受到限製，工業化的不多（duō）。一般采（cǎi）用的有機電解液，電導率低，反應速度也小。因此（cǐ），必（bì）要采用較低的電流密度，極間（jiān）距盡量縮小。采（cǎi）用固定床或流（liú）化床的電極（jí）結構（gòu）有較（jiào）大的電極表麵積，可提高電解槽生產能力。

按電極的連接方式分類

電解槽按電極（jí）的連接方式，可（kě）分（fèn）為單極式和複極式兩類電解槽。單（dān）極式電解槽中同極性的電極與直（zhí）流電源（yuán）並聯連接，電極兩麵的極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複（fù）極（jí）式電解槽（cáo）兩端的電極（jí）分別與直流電源的正負極相連，成（chéng）為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電（diàn）解槽時，中間（jiān）各電極的一麵為（wéi）陽極（jí），另一麵為陰極（jí）,因此具有雙極性。當電極總麵積相同時,複極式電解槽的電流較小，電（diàn）壓較高，所需直流電源的（de）投資比單極式者（zhě）省。複極式一般采用壓濾機結構形式，比較緊湊（còu）。但易漏電和短路，槽結（jié）構和操作管理比（bǐ）單極式複雜。單極式（shì）電解槽截麵一般為長方形或方形，圓（yuán）筒形占地大，空間利用率低，采用較少。