電解（jiě）槽（cáo）的主體結構和分類

陽極

陽極和陰極（jí）的作用不同，對材質要求也（yě）各異。

分可溶性和不可溶性兩類。在精煉銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待精（jīng）煉的粗銅。它在電解（jiě）過程中溶入（rù）溶液，以補充在陰極上（shàng）從溶液中析出的銅（tóng）。在電（diàn）解水溶液（如食鹽（yán）水溶液）用的（de）電（diàn）解槽中（zhōng），陽極為不（bú）溶性（xìng）的，它（tā）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（huà）學工業中，大多采用不溶性（xìng）陽極。

陽極材料除需滿足一般電極材料的基本需求（qiú）（如導電性、催（cuī）化活性強度、加（jiā）工、來源（yuán）、價（jià）格）外，還需能在強陽極極化和較高溫度（dù）的陽極液中不溶解、不鈍（dùn）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（chéng）中不斷地被（bèi）腐蝕剝落，使電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食（shí）鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電（diàn）位也較高。

60年代H.比爾提出的（de）在鈦基上塗覆氧化（huà）釕、氧化鈦而形成的金（jīn）屬氧化物電極是陽極（jí）材料的一（yī）個重大（dà）革新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很好的催化活性，能在高電（diàn）流密度（dù）下工作而槽電壓比較低（dī）。比較突出（chū）的特點是具有很好的化學穩定性，工（gōng）作壽命比石（shí）墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜（mó）電解槽中，其（qí）壽命可（kě）達10年以上。由於它不易腐（fǔ）蝕，尺寸（cùn）穩定，被稱為形穩性陽極。為（wéi）適（shì）應不同要求和用途，可在塗層中添加其他組分，如（rú）加入錫、銥（yī）可提（tí）高氧（yǎng）的過電位，完善（shàn）陽極的選（xuǎn）擇性，又如加入鉑可提高電極（jí）的穩定性等。目前，貴（guì）金屬塗層的金屬陽（yáng）極在化學工業中已做到普（pǔ）遍推廣（guǎng）。

在（zài）熔融鹽電（diàn）解槽中，因電解溫度比水（shuǐ）溶液電解槽中高（gāo）得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧化鈉，一般可（kě）用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物（wù），隻（zhī）能用石墨。

陰極

以金屬或合金作為陰極時，由於在比較負（fù）的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產（chǎn）生析氫反應，過（guò）電（diàn）位較高。因此陰極材料的主要改（gǎi）進方向（xiàng）是降低析氫過電位。除用硫酸作為（wéi）電（diàn）解液時（shí）必要采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常（cháng）用（yòng）的陰極材料。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（jí），如多孔鎳鍍層陰極。

為了提高（gāo）產品質量（liàng），也可采用特殊的陰極材料，如在水（shuǐ）銀法電（diàn）解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫（qīng）過電位高的特點，使鈉離子放電，生成鈉（nà）汞齊（qí），然後在專用（yòng）的設備中，用水瓦解鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為了節約電能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極（jí）還原，以代替析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防（fáng）止陰、陽（yáng）兩極產物混合，避免可能發（fā）生的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開（kāi）。隔（gé）膜需有一定的孔隙率（lǜ），能使離子通過（guò），而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時（shí），隔膜的歐姆電壓降要低。這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（de）作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解水時，陰、陽極（jí）室的電解液相同，電解槽的（de）隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以（yǐ）保證氫、氧（yǎng）純度，並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、陽極室的電解液組（zǔ）成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽（yáng）極室電（diàn）解液中電（diàn）解產物的相互（hù）擴散和作用，如氯堿生（shēng）產中（zhōng）隔膜法電解槽（cáo）中的隔（gé）膜，可（kě）以增大陰極（jí）室氫氧離子（zǐ）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。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣（gài）、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉（chén）澱，降低透過率；在比較（jiào）高的溫度和在電解液作用下，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，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定（dìng）性（xìng）和機械強度方麵都有很大（dà）改（gǎi）進。近年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型（xíng）的隔膜材料。它具（jù）有對離子透過的選擇性，可（kě）使氯離子基（jī）本上不進入陰極室，從而可以（yǐ）製得氯化鈉含（hán）量極低的堿液。

按電（diàn）解液的不同分（fèn）類

水溶液電（diàn）解槽

水溶液電解槽（cáo）的形式，可分為隔膜電解（jiě）槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又（yòu）可分為均向膜(石棉（mián）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（fèn）為水銀電（diàn）解（jiě）槽和氧化電解槽（cáo）等。

采用不同的電解液時，電解槽的結構也有所（suǒ）不同。

水溶液（yè）電（diàn）解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水（shuǐ）銀法生產氯氣和燒堿時，采用無隔（gé）膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表麵積，可以（yǐ）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（zhí）立（lì）式。電解槽因內部部件材質、結構、安（ān）裝等不同表現出不同的性能與特點。

熔（róng）融鹽電解槽

多用於製取（qǔ）低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉（zhuǎn），並（bìng）應盡量防止水分（fèn）進（jìn）入，避免氫離子在陰極上還（hái）原。例（lì）如製取（qǔ）金屬鈉時，由於鈉離子的（de）陰極（jí）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化物（wù），以免陰極（jí）析出氫。為此電解過程需在（zài）高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉時為（wéi） 310℃，如（rú）其（qí）中含有氯化（huà）鈉成為（wéi）混合電解質時（shí）,電解溫度為（wéi）650℃左（zuǒ）右。

電解槽的（de）高溫可以（yǐ）通過改變電極（jí）間距，將歐姆電壓降所消耗的電能轉變為（wéi）熱量來（lái）達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體（tǐ）可用鐵或鎳，電解（jiě）含（hán）有氯化物的熔融電解質時常由於原料中不（bú）可避免地帶（dài）入少量水分（fèn），會使陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融（róng）氯化物的電解槽，一般用陶瓷（cí）或磷酸鹽材料，而不受氯氣作用的部位（wèi）可用鐵。熔融鹽（yán）電解槽中的陰、陽極產物，同樣（yàng）要求妥善隔開，而且應盡快（kuài）由槽中（zhōng）引出，以免陰（yīn）極產物金屬鈉長（zhǎng）時間飄浮在電解液表（biǎo）麵，會進一步與陽極產物（wù）或空（kōng）氣中的氧起作用。

非水（shuǐ）溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機（jī）產品或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應,使其應用受到限製，工業化（huà）的不多。一般采用（yòng）的（de）有機電解液（yè），電導率低（dī），反應速度也小。因此，必要采用較低的電（diàn）流密度，極間距盡（jìn）量縮小。采用固定床（chuáng）或流化床的電（diàn）極結構有較大的電極表麵積，可提高電解（jiě）槽（cáo）生產能力。

按電極的連接方式分類

電解槽按電極的連接方式，可分（fèn）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（yǔ）直流電源並聯連接，電極兩麵（miàn）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極分別與直流電源的正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串（chuàn）聯的（de）電極流過電解槽（cáo）時，中間（jiān）各電極的一麵為陽極，另一麵為（wéi）陰極,因（yīn）此具有雙極性。當電極總麵積相同時,複（fù）極式電解槽（cáo）的電流較小，電壓較高，所需直流電源的投資比單極式者省。複極式一般采用壓濾機結（jié）構形式，比較緊湊。但（dàn）易漏（lòu）電和（hé）短路（lù），槽結構和操作管理比單（dān）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，空間利用率低，采（cǎi）用（yòng）較少。