電解槽的主（zhǔ）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（gè）異。

分可溶性和不可溶性兩類。在（zài）精煉銅用的電解槽中，陽極材（cái）料（liào）為可溶（róng）性的待精煉（liàn）的粗銅。它（tā）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。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極（jí）為不溶性的，它們在電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，還需能在強陽極極化和較高溫（wēn）度的陽（yáng）極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定（dìng）性。長期以來（lái），石墨是使用廣泛的陽極材料（liào）。但石墨多（duō）孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過程中不（bú）斷地被（bèi）腐蝕剝落（luò），使電極間（jiān）距逐漸增大，槽電壓（yā）升高。用於電解食鹽水溶液時，石墨電（diàn）極上的析氯過電（diàn）位也較高。

60年代H.比爾提（tí）出（chū）的在（zài）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（gè）重大革（gé）新。二氧化釕對某些陽極反應如析（xī）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。比較突出的特點是具有很好的（de）化學穩定性，工作壽（shòu）命比石墨（mò）陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，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，可在塗（tú）層中添加其他組分，如加（jiā）入錫、銥可（kě）提（tí）高氧（yǎng）的過電位（wèi），完善陽極的選擇性，又如加入（rù）鉑可提高（gāo）電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金（jīn）屬陽極（jí）在化學（xué）工業中已做（zuò）到普遍推（tuī）廣。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽（cáo）中（zhōng）高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧化鈉（nà），一般可用鋼鐵、鎳及其合金。電（diàn）解熔（róng）融氯（lǜ）化物，隻能用（yòng）石墨（mò）。

陰極

以金屬或合金作（zuò）為陰極時，由於在比較負的電位（wèi）下工作（zuò）,往往可以起到陰極保護作（zuò）用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易（yì）選擇（zé）。在水溶液電解（jiě）槽中（zhōng），陰極一（yī）般產生析氫反（fǎn）應，過電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降低析（xī）氫過電位（wèi）。除用硫酸作為電解液時必要采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼（gāng）是常用的陰極材料（liào）。為降低電耗，目前采用各種（zhǒng）方法製備高比表麵積，並具有催（cuī）化活性的陰（yīn）極，如多孔鎳鍍層陰極。

為（wéi）了提高產品質量，也可采用特殊的陰極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰（yīn）極中，利用汞析（xī）氫過電位高（gāo）的特點（diǎn），使鈉離子放（fàng）電，生成（chéng）鈉汞齊，然後在專用（yòng）的（de）設備中，用水（shuǐ）瓦解（jiě）鈉汞齊（qí）製（zhì）取純度高、高濃度堿液。另外（wài），為了節約電能（néng）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（jiàng）低（dī）槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發生的有害反應，在電（diàn）解槽中，基（jī）本上都用隔膜將陰、陽極室隔（gé）開（kāi）。隔（gé）膜需有一定的孔隙率，能使（shǐ）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（diàn）壓降（jiàng）要低。這些性能要求在使用過程中基本不變（biàn），並且要求在陰、陽極（jí）室電（diàn）解液（yè）的作用下，有（yǒu）良好的化（huà）學穩定性和（hé）機械強度。電解（jiě）水時，陰、陽極室的電解（jiě）液相同，電（diàn）解槽的隔膜隻需將陰、陽（yáng）極室隔開，以保（bǎo）證氫（qīng）、氧純（chún）度（dù），並防止（zhǐ）氫（qīng）氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況是電（diàn）解槽（cáo）中陰、陽極室的（de）電解液（yè）組成不同。這時隔膜還需要阻止陰（yīn）、陽極室電解液中電解產物（wù）的相互擴散和作用，如氯堿生（shēng）產中隔膜法電解槽中的隔膜，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（dàn）石棉隔膜性能（néng）不穩定，當鹽水中（zhōng）含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫（wēn）度和在電解液作用下，還會發生（shēng）膨脹、鬆脫。為此可以在（zài）石棉中加入樹脂作為（wéi）增強材料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在（zài）穩定性和機械強度方麵都有很大改進。近年來氯堿生產（chǎn）開發的陽離子交換膜是新型的隔（gé）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入陰極室，從而可以製得氯化鈉含量極低的堿液。

按電（diàn）解液的不同分類

水溶液電解槽

水溶液電解槽的形式，可分為隔膜電解槽（cáo）和無（wú）隔膜（mó）電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨）、離（lí）子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形式（shì）；無（wú）隔膜電解槽又分為水銀電解（jiě）槽和（hé）氧化電（diàn）解槽等。

采（cǎi）用不同的電解液時，電解槽的結構也有所不同（tóng）。

水溶液電解（jiě）槽分有（yǒu）隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產（chǎn）和水銀法（fǎ）生產（chǎn）氯（lǜ）氣（qì）和燒堿時，采用無隔膜電（diàn）解（jiě）槽。盡量增大（dà）單位體積內的電極表麵積，可以（yǐ）提高電解槽的（de）生產強度。因此，現代隔膜電解槽（cáo）中的電極多為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安（ān）裝等不同表（biǎo）現出不同的性能（néng）與特點。

熔融鹽電（diàn）解（jiě）槽

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，避免氫離子在陰極上還原。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（róng）融鹽或熔融（róng）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，例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其（qí）中含有氯化（huà）鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解（jiě）槽的高溫可以通過改（gǎi）變電極間距，將歐姆電壓降所消耗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（jiě）含有氯化物（wù）的熔融電解質時常由於原（yuán）料中（zhōng）不可避免地帶入少（shǎo）量水分，會使陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽的（de）腐蝕（shí）作用很（hěn）強，因此電解熔融氯（lǜ）化物的電解槽，一般用陶（táo）瓷或磷酸鹽材料，而不受氯氣作用的（de）部位可用鐵。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（yīng）盡快由槽中引出，以免（miǎn）陰極產物金屬鈉（nà）長時間（jiān）飄浮在電解液表麵，會進一步（bù）與陽極產物或空氣中（zhōng）的氧起作（zuò）用。

非水溶液（yè）電解（jiě）槽

由於非水溶液電解槽在製取有機產品或電解有機物（wù）時,常伴隨（suí）有各種複雜的化學反應（yīng）,使其應用受到限製，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。因此，必要采用較低的（de）電流密度，極間距盡（jìn）量縮小。采用固定床或流化床的電極結構有較大（dà）的電極表（biǎo）麵積，可提高電解槽生產能力。

按電極的連接方式分類

電解（jiě）槽按電極的連接方（fāng）式，可分為單極式和複極式兩類（lèi）電解槽（cáo）。單極式電解（jiě）槽中同極性（xìng）的電極與直流電源並聯（lián）連接，電極兩麵的極性（xìng）相（xiàng）同，即同時為陽極或同時為陰極。複極式電解槽兩端（duān）的電（diàn）極分別與直流（liú）電源的正負極相連，成為陽極或陰極（jí）。電流通過串聯的電極流過電解槽時（shí），中間（jiān）各（gè）電極的一麵為陽極，另一麵為陰極,因（yīn）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，電壓較高，所需直流電源的投資比單極式者省。複極式一般（bān）采用壓濾機（jī）結構形式，比較緊湊。但（dàn）易漏電和短路，槽結構和操作管理比單極式複雜。單極（jí）式電解槽截麵一般為長方形（xíng）或（huò）方（fāng）形，圓筒形占地大（dà），空間利用率低，采用較少。