電解槽的主體結構和分類

陽極

陽極和陰極的（de）作用不同，對材質要求也各異（yì）。

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煉的（de）粗銅。它在電解過程中溶入溶液，以補充在陰極（jí）上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食（shí）鹽水溶液）用的電解槽中（zhōng），陽極為不溶性的（de），它們在電解過程基本不發生變（biàn）化，但對在（zài）電極表麵上所進（jìn）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（cuī）化活性強度、加工（gōng）、來源、價格）外，還需能在強陽極極化和較高（gāo）溫（wēn）度的陽極（jí）液中不溶解（jiě）、不鈍化，具有很高的穩定性。長期以來（lái），石墨是使用廣泛的（de）陽極材料。但石墨多孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解（jiě）過程中不斷地（dì）被腐蝕剝（bāo）落，使電（diàn）極間距逐漸（jiàn）增大，槽電壓升高。用於（yú）電解食鹽（yán）水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較（jiào）高（gāo）。

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（yǎng）化物電極是陽極材料的一個重大（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（huó）性，能在高電流密度下工（gōng）作而槽電壓比較低。比（bǐ）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（dé）多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年（nián）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（zài）塗層中添（tiān）加其他組（zǔ）分，如加入錫、銥可提高氧的（de）過（guò）電位，完善陽極的（de）選擇性，又如加入鉑可提高（gāo）電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學工業（yè）中已做到普遍推（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（duō），對陽極材料要求（qiú）更（gèng）嚴，電解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其（qí）合金。電解熔融（róng）氯（lǜ）化（huà）物，隻能用石墨。

陰極

以金屬或合金（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護作用，腐蝕性小,所（suǒ）以陰（yīn）極材料比較容易選擇。在水（shuǐ）溶液電解槽中，陰極一（yī）般產生析（xī）氫反應，過（guò）電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降（jiàng）低析氫過電（diàn）位。除用硫酸作為電解液時必要采用鉛或石墨作陰極外（wài），低碳鋼（gāng）是常用的陰極材（cái）料。為降（jiàng）低電耗，目（mù）前采用各種方（fāng）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（yīn）極（jí）。

為了提高產品質量，也（yě）可采（cǎi）用特殊的陰極材料，如在水銀法（fǎ）電解（jiě）食鹽水溶液製取燒堿的汞陰極中（zhōng），利用汞析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然後在專用的設備中，用水瓦解鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為了節約（yuē）電能也可采用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反（fǎn）應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發生的有害（hài）反應，在電（diàn）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（kǒng）隙率（lǜ），能使離子通過，而不（bú）使分子或氣（qì）泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐（ōu）姆電壓（yā）降要（yào）低。這些性（xìng）能要求在使用過程（chéng）中基本不變，並（bìng）且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩定性（xìng）和機械強度。電解水（shuǐ）時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需（xū）將陰、陽極室隔（gé）開，以保證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的（de）情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這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，如氯堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可（kě）以（yǐ）增大陰極室氫氧（yǎng）離（lí）子向陽極室擴散和遷移的阻力（lì）。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的石棉隔（gé）膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中（zhōng）含有（yǒu）鈣、鎂雜質時，容（róng）易在隔膜中生成（chéng）氫氧化物沉澱，降低（dī）透過率（lǜ）；在比較高的溫度和在電（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（zēng）強材料，或以樹脂（zhī）為主體做成微（wēi）孔（kǒng）隔膜，在穩定性和（hé）機械強度方麵（miàn）都有很大改進。近年來氯堿生產開發的陽（yáng）離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇（zé）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（dī）的（de）堿液。

按電解液的不同分（fèn）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。隔膜電解槽又可分為均向膜(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（yòu）分為水銀電（diàn）解槽和氧化電解（jiě）槽等。

采用不（bú）同的電解液時，電解槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般（bān）多用隔膜電解槽（cáo）。在（zài）氯酸鹽生產和水銀（yín）法生產氯氣和燒堿時，采用無隔膜電解槽（cáo）。盡量增大單位體（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。電解槽因內部部件材質（zhì）、結構、安裝等不同表現出不同的性能與特點（diǎn）。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔（róng）點金屬，其（qí）特點是在高溫下運轉（zhuǎn），並應盡量（liàng）防止水分進入，避免氫離子在陰（yīn）極上還原（yuán）。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子的陰極（jí）還原電（diàn）位很負，還原很困難，必要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔（róng）融的氫氧化物（wù），以（yǐ）免陰（yīn）極析出氫。為此電解過程需在高溫下進行（háng），例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解（jiě）槽的（de）高溫可以通（tōng）過（guò）改（gǎi）變電極間距，將歐姆電（diàn）壓降所消耗的電能轉變為熱量來（lái）達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電（diàn）解含有（yǒu）氯化物的（de）熔融電解質時常由於原料中不可避（bì）免地帶入少量水分，會使（shǐ）陽極生成（chéng）潮濕的氯氣（qì），對電解槽的腐蝕作用很強，因（yīn）此電解熔融氯化物（wù）的電解槽，一般用陶瓷或磷酸（suān）鹽材料，而不受氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥（tuǒ）善隔開，而且應盡快由槽中引出，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（chǎn）物或空氣中的（de）氧起作（zuò）用。

非水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機產品或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化（huà）學反（fǎn）應,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（yīng）速度也（yě）小。因此，必要采用較低的（de）電流密度，極間（jiān）距盡量縮小（xiǎo）。采用（yòng）固定床或（huò）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。

按電極的連接方式分類

電解槽按電極的連接方式，可（kě）分為單（dān）極式和複極（jí）式兩類電解槽。單極式電解槽中同（tóng）極（jí）性的電極與直流電源並聯連接，電極兩麵的極性相同，即同時為（wéi）陽極或同時為陰極。複極式電解（jiě）槽兩端的電極分（fèn）別與直流電源的正負極相連，成為陽極或陰極（jí）。電流通過串聯的電極流過電解槽時，中間（jiān）各電極的一麵為陽極，另（lìng）一麵為陰極,因此具有雙極性。當電極總麵積相同時,複極（jí）式電解槽的電（diàn）流較小，電壓（yā）較高，所需直流電源的投（tóu）資比單極式者省（shěng）。複極式一般采用壓濾機結構形式，比較緊（jǐn）湊。但易漏電和短路，槽結構和操作管理比單（dān）極式複雜。單極式電（diàn）解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒（tǒng）形占地大，空間利用率低，采用較少。