電解槽的主體結構和分類

陽極

陽極和陰（yīn）極的作用不同，對（duì）材質要求也各（gè）異。

分可溶性和不可溶性兩（liǎng）類。在精煉銅用的電解槽中，陽極材料（liào）為（wéi）可溶性的待（dài）精煉的粗銅。它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（róng）液）用的電解槽中，陽極為不溶性（xìng）的，它們在電（diàn）解過程基本不發生變（biàn）化，但對在電極（jí）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（duō）采用不溶性陽極。

陽極（jí）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（jià）格（gé））外，還需能（néng）在強陽極極化和較高溫度的（de）陽極液（yè）中不（bú）溶解、不鈍化（huà），具有很高的穩定性。長期以來，石（shí）墨是使用（yòng）廣泛（fàn）的陽極材料。但（dàn）石墨多孔，機械強度差，且容易氧化（huà）成二（èr）氧化碳，在電解過程中（zhōng）不斷地被腐蝕剝落，使電極間距逐漸增大（dà），槽電壓升高。用於電解食鹽水溶液時，石墨（mò）電（diàn）極上的析氯過（guò）電位也（yě）較高。

60年代H.比（bǐ）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（yáng）極材料的一個重大革新。二氧（yǎng）化釕對某些（xiē）陽極反應如析氯、析氧具有很好的催化（huà）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（hǎo）的化學穩定性，工作（zuò）壽命比石墨（mò）陽極（jí）長得多。例如在氯堿生（shēng）產用的（de）隔膜電（diàn）解槽中，其壽命（mìng）可達10年以（yǐ）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，可在塗層中添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選擇性（xìng），又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前（qián），貴金屬塗層（céng）的金屬陽（yáng）極在化學工業中已做到普（pǔ）遍（biàn）推廣。

在熔融（róng）鹽電解槽中，因電解溫度比水溶（róng）液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電（diàn）解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵（tiě）、鎳（niè）及其合金。電解熔融氯化物，隻能用石墨（mò）。

陰極

以金屬或合金作為陰（yīn）極時，由於在比（bǐ）較負（fù）的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以（yǐ）陰（yīn）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（jìn）方向是降低析氫過電位（wèi）。除用硫酸作為電解液時（shí）必要采用（yòng）鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常（cháng）用的（de）陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法製備高比表麵積，並具有催化活性的陰極，如多（duō）孔鎳鍍層陰極。

為了提高產品質量，也可采用特殊的陰極材料，如（rú）在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰極（jí）中，利用汞析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生成鈉汞（gǒng）齊，然後在專用的設備中，用水瓦解鈉汞（gǒng）齊製取純度（dù）高、高濃度堿液。另外，為了節約電能也可采（cǎi）用耗氧陰極，使氧在陰（yīn）極還原，以代替（tì）析氫（qīng）反應，按理論（lùn）計（jì）算可降低（dī）槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極（jí）產物混（hún）合，避（bì）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（gé）開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而（ér）不使分子或氣（qì）泡通過，當有電流流過時，隔膜的（de）歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本（běn）不變，並且（qiě）要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好（hǎo）的（de）化學穩定性和機械強度（dù）。電解水時，陰、陽極室的電解液（yè）相同，電（diàn）解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保（bǎo）證氫、氧純度，並防止（zhǐ）氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況（kuàng）是電解槽中陰、陽極室的（de）電解液組成不同。這（zhè）時隔膜還需要（yào）阻止陰、陽極室電解液中電解產物的相互（hù）擴散和作用，如氯堿（jiǎn）生（shēng）產中隔膜法電（diàn）解槽中的隔膜，可以增大陰極（jí）室氫氧（yǎng）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。但石棉隔膜性（xìng）能不穩定，當鹽水中（zhōng）含有鈣、鎂雜質時（shí），容易在隔膜中生成氫（qīng）氧化（huà）物沉（chén）澱，降（jiàng）低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發（fā）生膨脹、鬆脫。為此可（kě）以在石棉中加入樹脂作（zuò）為增強材料，或以樹脂為主體做成（chéng）微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵都有很（hěn）大改進。近年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性，可使氯離子（zǐ）基本上（shàng）不進入陰極室，從而可以（yǐ）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

水溶液電解槽的形式，可分為（wéi）隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類（lèi）。隔膜電解槽（cáo）又可分（fèn）為均向膜(石棉絨）、離子膜及固（gù）體電解質膜（如β-Al2O3）等（děng）形式；無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和（hé）氧化電解槽等。

采用不同的電解液（yè）時，電（diàn）解槽的結構也（yě）有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解（jiě）槽。在氯酸鹽生產和水銀法生產氯氣和燒堿時，采用（yòng）無隔膜（mó）電解槽。盡量增大（dà）單位體積內的電極表麵積（jī），可以提高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜電解槽中的電（diàn）極多為直（zhí）立式。電解槽因內（nèi）部（bù）部件材質、結構、安裝（zhuāng）等（děng）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（shǔ），其特點是在高溫下（xià）運轉，並應盡量防止（zhǐ）水分進入，避免氫離子（zǐ）在陰極上（shàng）還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子（zǐ）的陰極還原電位很負，還原很困難，必要用不含氫離子的無水（shuǐ）熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免（miǎn）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）氧化鈉時為 310℃，如其中（zhōng）含有氯化鈉（nà）成為混合電解質時,電解（jiě）溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可以（yǐ）通過改變電極間距，將歐姆電壓降所消耗的電能轉變為熱量（liàng）來（lái）達到。電解熔融（róng）氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融電解質時常由於原料中不可（kě）避免地帶入少量水分，會使陽（yáng）極生成潮濕的氯氣（qì），對（duì）電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融（róng）氯（lǜ）化物的電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料，而不受氯氣作用（yòng）的（de）部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極（jí）產物，同樣要求妥（tuǒ）善隔開，而且應（yīng）盡快由槽中引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電解液表麵，會進一步與陽極產物或空氣中的氧起作用。

非水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有（yǒu）機產品或電解有（yǒu）機物時,常伴隨有（yǒu）各種複雜的（de）化學反（fǎn）應（yīng）,使其應用受到限（xiàn）製，工業化的不多。一般采用的有機電解液，電導率低，反應（yīng）速度也小。因此，必要采用（yòng）較低的電流密度（dù），極（jí）間距盡量縮小。采用固定（dìng）床或（huò）流化床的電極結構有較（jiào）大的電極表麵積，可（kě）提高電解槽生產能力。

按電極的連（lián）接方式分類

電解槽按電（diàn）極的連接方式，可分（fèn）為單極（jí）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連接，電極兩（liǎng）麵的極性相同，即同時為陽極（jí）或同時為陰（yīn）極。複極式（shì）電解（jiě）槽兩（liǎng）端的電極分別與直流電（diàn）源的（de）正負（fù）極（jí）相連（lián），成為陽極或陰極。電流通（tōng）過串聯（lián）的電（diàn）極流過電解槽時，中間各電極的一麵為陽（yáng）極，另一麵為陰極,因此具有雙（shuāng）極性。當電極總（zǒng）麵積相同時（shí）,複極式電解槽的（de）電流較小，電（diàn）壓較高（gāo），所需直流電源的投資比單極式者省。複極式（shì）一（yī）般采用壓濾（lǜ）機結（jié）構形式，比較緊湊（còu）。但易（yì）漏電和短路，槽（cáo）結構和操作管理比單極式複雜。單極式電解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒形占地大，空（kōng）間利用（yòng）率低，采用（yòng）較少。