電（diàn）解槽的主體（tǐ）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。

分可溶性和不可（kě）溶性兩類。在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（yè），以補充（chōng）在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它們在電（diàn）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應常具有催化作用。在化學工業中，大多采用不溶性陽極。

陽極材料除需滿足一般電極材料的基本（běn）需求（如導（dǎo）電性、催化活性強度、加工、來源、價（jià）格（gé））外（wài），還需能在強（qiáng）陽極極（jí）化和較高溫度的陽極液（yè）中不溶解、不（bú）鈍化，具有很高的穩（wěn）定性。長期（qī）以來，石墨是使用廣泛的（de）陽極材料。但石墨多孔，機（jī）械強度差，且容易氧化成二氧化碳（tàn），在電（diàn）解過程中不（bú）斷地被（bèi）腐蝕剝落，使（shǐ）電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食鹽水（shuǐ）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覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬氧化物電極是陽極材料的一個重大（dà）革新。二氧（yǎng）化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有（yǒu）很（hěn）好（hǎo）的催化活性，能（néng）在高電流密（mì）度下工作（zuò）而槽電壓比較低。比較突出的（de）特點是具有很好的化學穩定性，工作壽命（mìng）比（bǐ）石墨陽極長得（dé）多。例（lì）如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年以上（shàng）。由於它不易腐蝕，尺寸（cùn）穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同要求和用途（tú），可在塗層中（zhōng）添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選擇性，又（yòu）如加（jiā）入鉑可（kě）提高電極的穩定性等。目前，貴金屬（shǔ）塗層的（de）金屬陽極在化學工業中已做到普遍推廣（guǎng）。

在熔融（róng）鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對陽極（jí）材（cái）料要求更嚴，電解熔融氫（qīng）氧化鈉，一般可用鋼（gāng）鐵、鎳及其（qí）合金。電解熔融氯化物，隻能用石墨。

陰極

以金屬（shǔ）或合金（jīn）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（bǎo）護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易（yì）選擇。在水溶液電解槽中，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（dī）析氫過電位（wèi）。除用硫酸（suān）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（yòng）各種方法製備高比表（biǎo）麵（miàn）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，也可采用特殊的陰（yīn）極材料，如（rú）在水銀法電解食（shí）鹽水溶（róng）液製取（qǔ）燒堿的（de）汞陰極中，利用汞（gǒng）析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生（shēng）成鈉汞齊，然後在專用的設備中，用水瓦（wǎ）解鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為（wéi）了節約電（diàn）能也可（kě）采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應，按理論計算（suàn）可降低（dī）槽電壓1.23V。

隔膜

為防（fáng）止陰、陽兩極產物混合，避（bì）免可能發生的有害反應（yīng），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（shǐ）離子通過，而（ér）不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐姆（mǔ）電壓降要低。這些性能要求在使（shǐ）用過程中基本（běn）不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解（jiě）水時（shí），陰、陽極室（shì）的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度（dù），並防止氫氧混合發生爆炸。更多見（jiàn）的（de）比較複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解（jiě）液組成（chéng）不同。這時隔膜還需要阻止（zhǐ）陰（yīn）、陽極室電解液（yè）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（lí）子向陽極室擴散和遷移的阻（zǔ）力。

隔膜由惰性材料製作（zuò），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（zhì）時（shí），容易在隔膜中生成（chéng）氫氧化物沉澱，降低透過率（lǜ）；在比較高的溫度和在（zài）電解（jiě）液作（zuò）用下，還會發生膨（péng）脹、鬆脫。為此可以（yǐ）在（zài）石棉中加入樹脂作為增（zēng）強材料，或以樹脂為主體做成微（wēi）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的陽離子交換膜是新（xīn）型的隔（gé）膜材料。它具有對離子透過的選（xuǎn）擇性，可使氯離子基本（běn）上（shàng）不進入陰極室，從（cóng）而可以製得氯化（huà）鈉含量極低的堿液。

按電解液（yè）的不同分類（lèi）

水溶液電解槽

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

采用不同的電解液時，電解（jiě）槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和（hé）無隔（gé）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（shāo）堿時，采（cǎi）用無隔膜電解槽。盡量增大單（dān）位體（tǐ）積內的電極表麵積，可以提高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解（jiě）槽因內部部件材（cái）質、結構、安裝等不同表現出不同的性能與特點。

熔（róng）融鹽電（diàn）解槽（cáo）

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（miǎn）氫離（lí）子在陰極上還原。例如製取（qǔ）金屬鈉時，由於鈉離子的陰極（jí）還原電位很負，還原很困難，必（bì）要用不含氫（qīng）離（lí）子的無水熔融（róng）鹽或熔融的氫氧化物，以（yǐ）免陰極析出氫。為此電解（jiě）過程需在高溫下進行，例如電解熔融氫氧化（huà）鈉時為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混（hún）合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可以通過改變電極間距（jù），將歐（ōu）姆電壓降所消耗（hào）的電能轉變為（wéi）熱量來（lái）達到（dào）。電解熔（róng）融氫（qīng）氧化鈉（nà）時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融（róng）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（jí）生成潮（cháo）濕的氯氣（qì），對電解槽的腐蝕作用很強（qiáng），因此電解熔融氯化物的電解（jiě）槽，一般用陶瓷或磷（lín）酸鹽材料，而不受（shòu）氯氣作（zuò）用的部位（wèi）可用（yòng）鐵（tiě）。熔融鹽電解（jiě）槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥善隔開，而且應盡快（kuài）由槽中引出，以免陰極（jí）產物金屬鈉長時間飄浮在電解（jiě）液表麵，會（huì）進一步（bù）與陽極產物或空氣中（zhōng）的氧起作用。

非水溶液電解槽

由於非水溶液（yè）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（fù）雜的化學反應,使其（qí）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，反應速度也小。因（yīn）此，必要采用較低的電流密（mì）度，極間距盡量縮小。采用固定床或流化床的電極結構有較大的電極表麵積，可提（tí）高電解槽生產（chǎn）能力。

按電極（jí）的連接方式分類

電（diàn）解槽按電極的連接方式，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的電極與直流電源並聯（lián）連接，電極兩麵的極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複極式電解槽兩端（duān）的電極分別與直流電源的正（zhèng）負極（jí）相連，成（chéng）為陽極或陰（yīn）極。電流通過串（chuàn）聯的電極流過電解槽時，中間各電極的一麵（miàn）為陽極（jí），另一麵為陰極,因此具有雙（shuāng）極性。當電極總麵積相同（tóng）時,複極（jí）式電（diàn）解槽（cáo）的電流較小（xiǎo），電壓較高，所需直流電源的投資比單極式者省（shěng）。複極式一般采用壓（yā）濾機結構形式，比較緊湊。但易漏電（diàn）和短路，槽結構和操作（zuò）管理比單極式（shì）複雜。單極式電（diàn）解槽截麵一般為長方形或方（fāng）形，圓筒形占地大（dà），空間利用率低，采（cǎi）用較少（shǎo）。