電解（jiě）槽的主體結構和分類

陽極

陽（yáng）極和陰極的作用不同，對材質要求也各異。

分可溶性和不可溶性兩類。在（zài）精煉銅（tóng）用的電解槽中，陽極材料為可（kě）溶性的待精煉的粗銅（tóng）。它（tā）在電解過程（chéng）中溶入溶液，以補充在陰極上從溶液中（zhōng）析出的銅。在電解水溶液（如食鹽（yán）水溶液）用的電解槽中，陽（yáng）極為不溶性的，它們在電解過程基本不發（fā）生變化，但對在電極表麵（miàn）上所（suǒ）進行的陽極反應常具有催化作用。在化學工業中，大（dà）多采用不溶（róng）性陽極。

陽極（jí）材料除需滿足一般電極材料的基本需求（qiú）（如（rú）導電性、催化活性（xìng）強度、加工（gōng）、來源、價格）外，還（hái）需能在強陽極極化和較高溫度的陽極液（yè）中不溶解（jiě）、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（jí）材料。但石墨多孔，機械強度差，且容易（yì）氧化成二氧化碳，在（zài）電解過程中不斷地被腐蝕剝落，使電（diàn）極間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食鹽水溶（róng）液時（shí），石墨電極上的析氯過（guò）電位也較高。

60年代H.比（bǐ）爾（ěr）提出的在鈦基上塗覆（fù）氧化（huà）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革新。二氧化釕（liǎo）對某些陽極反應如析氯、析氧具（jù）有很好的催化活性，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，工作壽命比石墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電（diàn）解槽中（zhōng），其壽命可達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（kě）在塗層（céng）中添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，完善（shàn）陽極（jí）的選擇性，又如（rú）加入（rù）鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬（shǔ）陽極（jí）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（jiě）溫度比水（shuǐ）溶液（yè）電解槽中高（gāo）得多，對陽極材料要求更嚴，電解（jiě）熔融氫氧化鈉，一般（bān）可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物，隻能用石墨。

陰極

以金（jīn）屬或合金（jīn）作為陰極時（shí），由於（yú）在比較負的電位下工作,往往可以起到陰（yīn）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（bān）產生析氫反（fǎn）應（yīng），過電位較高。因此陰極材料（liào）的主要改（gǎi）進（jìn）方向是降低析氫過電位。除用硫（liú）酸作為電解液（yè）時必要采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的（de）陰極材料（liào）。為降低電耗，目前采用各種方法製備高（gāo）比（bǐ）表麵積，並具（jù）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（shū）的陰極材料，如（rú）在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿（jiǎn）的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的特（tè）點，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然後在專用的（de）設備中，用水瓦解鈉（nà）汞齊製取純（chún）度高、高濃度堿液。另外，為了節約電（diàn）能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜（mó）

為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發生（shēng）的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜（mó）需有一定的（de）孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這（zhè）些性能要求在使用過程中基本不變，並且要求（qiú）在陰、陽極室電解液的作用下，有良好（hǎo）的化學穩定性和（hé）機械強度。電解水時，陰、陽極室的電解液相（xiàng）同（tóng），電解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開（kāi），以保證氫、氧純度，並防止氫氧（yǎng）混合發生爆炸。更多見的比（bǐ）較複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這（zhè）時隔膜還需要阻止陰、陽極（jí）室電解液中電解產物的相互擴散和作用，如氯堿（jiǎn）生產中（zhōng）隔（gé）膜法電解（jiě）槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧（yǎng）離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由（yóu）惰性材料製（zhì）作，如氯堿工業中（zhōng）長期（qī）使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含（hán）有鈣（gài）、鎂（měi）雜質時，容（róng）易在隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比（bǐ）較高的溫度和在電（diàn）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（liào），或以樹脂為（wéi）主體做成微（wēi）孔（kǒng）隔膜，在穩定性和機械強度方麵（miàn）都有很大改進。近年來氯堿生產（chǎn）開（kāi）發的陽離子交換膜是新型的（de）隔膜材料。它具有（yǒu）對離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進入陰極室，從而可以製得氯化鈉含量極低的堿液。

按電解液的不同分類

水溶液電解槽

水（shuǐ）溶液（yè）電解槽的（de）形式，可分為隔膜電解槽和（hé）無隔膜電解槽（cáo）兩類。隔膜（mó）電（diàn）解槽又可（kě）分為均向膜(石棉絨）、離子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。

采用不同的電解液（yè）時（shí），電解槽的結構也有所不同。

水溶液電解（jiě）槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產（chǎn）和水銀（yín）法生產氯氣和燒堿時，采（cǎi）用無（wú）隔膜電解槽。盡量增（zēng）大單（dān）位體積內的（de）電極表麵積，可以提高電解槽的（de）生產強度。因此，現代隔膜電解槽中的（de）電極多為直立式。電解槽因（yīn）內部部件材質、結構、安裝等不同表現出不同（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（zhuǎn），並應盡量（liàng）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（nà）離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必要用不含氫離子的無（wú）水熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫下進行，例如電解熔融氫（qīng）氧（yǎng）化鈉時為 310℃，如其中含（hán）有氯化鈉成為混合電（diàn）解質時,電解溫度（dù）為650℃左右。

電解槽的（de）高溫可（kě）以通過（guò）改變電極間距，將（jiāng）歐姆電壓降所消耗（hào）的電能轉變為熱量來達到。電解熔融氫氧化鈉（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（huì）使陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽的腐蝕（shí）作用（yòng）很強，因（yīn）此電解熔（róng）融氯化物的電解（jiě）槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料（liào），而不受（shòu）氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰（yīn）、陽極產物，同樣要求妥善隔開，而且應盡快由槽中引出，以免（miǎn）陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電解液表麵，會進一（yī）步與陽極產物或空氣中的氧起作用。

非水溶液電解槽

由於（yú）非水溶液電解槽在製取有機產品或電解有機物時,常（cháng）伴隨有各種複雜的化（huà）學反應,使其應用（yòng）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（sù）度也小。因此，必要采用（yòng）較低的電流密度，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，可提高電解槽生產能力。

按電極的連接方式（shì）分類

電解槽按（àn）電極的連接方式，可分為單極式和複極（jí）式兩（liǎng）類電解槽。單極式電解槽（cáo）中同極性的電極與直流電源並聯連接（jiē），電極兩（liǎng）麵的極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複極式電解槽兩端的電（diàn）極分別與直流電源的正負極相連，成為陽極或陰（yīn）極（jí）。電流通過串聯（lián）的電極流（liú）過（guò）電解槽時，中間各電極的一（yī）麵為陽極，另一麵為陰極,因此具有雙極性。當電極總（zǒng）麵積相同時,複極式電（diàn）解槽的電流較小，電壓較高，所需直流電源的投資比單極式者省。複極式（shì）一般采用壓濾機結構（gòu）形式，比較緊湊。但易漏電和短路，槽結構和（hé）操（cāo）作管理比單極式（shì）複雜。單極式電解（jiě）槽截（jié）麵一般為長（zhǎng）方形或方形，圓筒形占地大，空間利用率低，采（cǎi）用（yòng）較少。