專利名稱：氧陰極離子膜電解槽及其安裝密封方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧陰極離子膜電解槽及在離子膜電解槽上裝載氧氣擴(kuò)散電極的安裝方式及密封的方法，該方法將機(jī)械密封和粘接密封相結(jié)合，應(yīng)用于在離子膜電解槽框上裝載氧氣擴(kuò)散電極的電解槽改造和新型的氧陰極離子膜電解槽的制造，屬于電解技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為化學(xué)エ業(yè)中的一個基礎(chǔ)支柱行業(yè)，氯堿エ業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。但該エ業(yè)靠電解生產(chǎn)產(chǎn)品，屬高耗能行業(yè)。例如我國氯堿エ業(yè)的總耗電量占整個エ業(yè)用電的5%左右，電能消耗極大，因此該行業(yè)在我國屬于國家強(qiáng)制節(jié)能減排的行業(yè)之一。離子膜電解槽是國內(nèi)外電解制燒堿現(xiàn)有的主流裝備，該種電解槽目前廣泛采用零極距技木，高活性陰、陽極技術(shù)等節(jié)能措施。但離子膜電解槽的節(jié)電技術(shù)已接近其理論節(jié)電能力的極限。因此，要進(jìn)ー步提高食鹽電解制備燒堿的節(jié)能效果，必須采用新技術(shù)代替離子膜電解槽電解制燒堿技木。氧陰極技術(shù)就是近年來發(fā)展起來的一種這樣的替代技木。該技術(shù)以氧氣擴(kuò)散電極(氧陰扱)取代傳統(tǒng)離子膜電解槽的活性陰極，其基本原理是在陰極上以氧氣還原反應(yīng)代替氫析出的還原反應(yīng)。由于陰極反應(yīng)不同，陰極上的理論分解電壓也就不同。氧陰極上的理論分解電壓比現(xiàn)行的普通的鎳網(wǎng)+活性涂層陰極的電極電位3. 2V降低了 I. 2V左右，從而在理論上可以達(dá)到節(jié)能近40%的效果。德國、日本和我國都已有氧陰極技術(shù)的研究，但是由于ー些關(guān)鍵技術(shù)尚待獲得突破，使該項技術(shù)尚未有商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。大尺寸氧陰極電極在電解槽框中的安裝及密封技術(shù)就是這種尚待突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。其主要困難在于為提高電極有效工作面積而增大電極尺寸時會導(dǎo)致電極固定、密封方面的困難，對于柔性的氧陰極電極，這ー困難更為突出。當(dāng)一個電解單槽因密封失效而漏液時，多個電解槽組合的裝置不得不停車，經(jīng)常的停車開車既影響電解過程的穩(wěn)定，又降低電解效率，且會導(dǎo)致電極性能的劣化，從而提高工藝成本、降低電解質(zhì)量并降低電極壽命。對于柔性的氧陰極電極，采用機(jī)械密封必須用較大的壓緊カ保證密封效果，這ー壓緊カ會損傷電扱，甚至導(dǎo)致密封壓緊處附近的電極機(jī)械破裂而漏液，從而達(dá)不到密封的效果。用粘接劑密封時，現(xiàn)有的密封材料不能在電解溫度高達(dá)80-90° C下長時間耐強(qiáng)堿作用，導(dǎo)致密封短時間失效而漏液。已有米用有機(jī)娃橡膠作粘合劑的密封方法，但由于有機(jī)娃需要在潮濕條件下長時間高溫固化，生產(chǎn)周期長，影響電解槽大規(guī)模生產(chǎn)的效率。因而改進(jìn)現(xiàn)有的大尺寸氧陰極電極在電解槽框中的安裝及密封技術(shù)是氧陰極技術(shù)用于食鹽電解的關(guān)鍵之
O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決尺寸不超過I. 2mX2. 4m的大尺寸氧陰極電極在離子膜電解槽框中的安裝及密封的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出了一種安裝方便、密封可靠的氧陰極離子膜電解槽以及氧氣擴(kuò)散電極在離子膜電解槽中的裝載方法。本發(fā)明一方面提供一種氧陰極離子膜電解槽，其特征在于包括從上到下依次設(shè)置有機(jī)械固定裝置、氧氣擴(kuò)散電極、弾性體墊圈、槽框，任選地，在機(jī)械固定裝置和氧氣擴(kuò)散電極中設(shè)置有壓板；氧氣擴(kuò)散電極、弾性體墊圈、槽框的相鄰面上都涂覆有底涂層，底涂層上涂覆有粘合劑層，所述的粘合劑層與兩側(cè)的底涂層形成粘結(jié)層；所述的機(jī)械固定裝置固定在槽框上井能夠?qū)ρ鯕鈹U(kuò)散電極和弾性體墊圈有壓緊的應(yīng)カ以形成與槽框緊密的密封，在氧氣擴(kuò)散電極、弾性體墊圈以及粘結(jié)層裸露于電解液中的部位涂覆有保護(hù)涂層。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的彈性體墊圈采用橡膠。
在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的機(jī)械固定裝置為金屬弾性機(jī)械固定裝置。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，金屬弾性固定裝置所用的金屬材料為鎳、鈦、鎢、鑰、鈮、鋯、銥、鉻中的至少ー種或其合金。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的機(jī)械固定裝置為螺紋緊固固定裝置。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中螺紋緊固的螺紋連接件用金屬材料、陶瓷、高分子材料或其組合制備。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，螺紋緊固裝置的螺紋連接件用鎳、鈦、鎢、鑰、銀、錯、銥、鉻或其合金、或陶瓷、或高分子材料制備。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的粘合劑為有機(jī)硅橡膠。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的底涂層為有機(jī)硅-環(huán)氧涂層。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的保護(hù)涂層為氟碳面漆。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的氣體擴(kuò)散電極是一整張面積不大于I. 2mX2. 4m的單個電極或是由數(shù)塊電極拼接而成。本發(fā)明另一方面還涉及上述氧陰極離子膜電解槽的安裝密封方法，包括如下步驟
(1)在傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框邊緣特定距離處，通過機(jī)械固定或粘接的方法固定一圈彈性體墊圈；
(2)將氧氣擴(kuò)散電極邊緣粘結(jié)在弾性體墊圈上；
(3)將壓板粘結(jié)在氧氣擴(kuò)散電極邊緣；
(4)把一保護(hù)涂層涂覆在弾性體墊圈、氧氣擴(kuò)散電極和粘結(jié)層邊緣將在電解過程中裸露于電解液的部位；
(5)通過機(jī)械固定裝置將壓板與氧氣擴(kuò)散電極、弾性體墊圈壓緊，形成緊密的密封。所述的粘結(jié)是通過先涂覆底涂層，然后在底涂層上涂覆粘合劑層的方式進(jìn)行，形成粘結(jié)層之后固化18小時，優(yōu)選固化24小時以上。在本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施方式中，其中的傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框邊緣特定距離為 l_15cm。本發(fā)明另ー方面提供一種氧陰極離子膜電解槽中機(jī)械與粘接結(jié)合的安裝密封方法，通過如下方法實現(xiàn)
第一，在傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框邊緣特定距離處，通過機(jī)械固定或粘接的方法固定ー圈弾性體墊圈；第二，將氧氣擴(kuò)散電極邊緣粘結(jié)在弾性體墊圈上；第三，將ー圈壓板粘結(jié)在氧氣擴(kuò)散電極邊緣；第四，把一保護(hù)涂層涂覆在弾性體墊圈、氧氣擴(kuò)散電極和粘結(jié)層邊緣將在電解過程中裸露于濃堿的部位；第五，通過機(jī)械方法將壓板與氧氣擴(kuò)散電極、弾性體墊圈壓緊，形成緊密的密封。機(jī)械壓緊的方法包括螺紋緊固和金屬弾性壓緊。螺紋緊固的螺紋連接件用耐高溫和濃堿腐蝕的材料，如用金屬材料、陶瓷或高分子材料制備。金屬弾性壓緊所用的金屬材料用耐高溫和濃堿腐蝕的金屬，如鎳、鈦、鎢、鑰、鈮、鋯、銥、鉻中的至少ー種或其合金。弾性體墊圈采用耐高溫且耐濃堿液腐蝕的材料，如橡膠。粘結(jié)方法可為底涂層+粘合劑+保護(hù)涂層的方法，所用的粘結(jié)材料為耐高溫且耐濃堿液腐蝕的粘合剤，例如其中底涂層為有機(jī)硅-環(huán)氧涂層，粘合劑采用有機(jī)硅橡膠，保護(hù)涂層采用氟碳面漆。該氣體擴(kuò)散電極可以是一整張面積不大于I. 2m X 2. 4m的電極，也可以是由數(shù)塊
電極拼接而成。本發(fā)明可以充分利用傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框結(jié)構(gòu)，不僅安裝方便、生產(chǎn)效率高，而且節(jié)約成本。本發(fā)明的電解槽能有效地固定氧氣擴(kuò)散電極，密封可靠，耐濃堿腐蝕能力強(qiáng)。可以保證裝載了氧氣擴(kuò)散電極的離子膜電解槽在實際電解生產(chǎn)過程中，不發(fā)生電解液滲漏。


圖I是本發(fā)明金屬弾性機(jī)械壓緊和粘結(jié)結(jié)合密封的實施方法示意 圖2是本發(fā)明螺紋緊固機(jī)械壓緊和粘結(jié)結(jié)合密封的實施方法示意圖。
具體實施例方式實施例I
金屬彈性機(jī)械壓緊的實施例。尺寸為O. 8m X I. 2m單塊氧陰極電極的安裝密封方法如附圖I所示。第一，在傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框I的邊緣5-lOcm處，涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；第二，在橡膠墊圈3與槽框的接觸面涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；然后使其與槽框上的粘合劑層粘結(jié)在一起，形成粘結(jié)層2，隨后固化24小時；第三，在橡膠墊圈3的上面涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；將氧氣擴(kuò)散電極4邊緣的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；將氧氣擴(kuò)散電極4的粘合劑層與橡膠墊圈3上面的粘合劑層粘結(jié)在一起，形成另ー粘結(jié)層2，隨后固化24小時；第四，將氧氣擴(kuò)散電極4上面邊緣的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；將鎳材壓板5的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底漆層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；第五，將ー層氟碳面漆涂覆在弾性體墊圈3、氧氣擴(kuò)散電極4和粘結(jié)層2的邊緣將在電解過程中裸露于濃堿的部位；第六，用多個螺釘6穿過鎳材壓板5，擰緊在槽框I預(yù)先按一定距離加工的螺紋孔上，將鎳材壓板5固定在槽框I上，同時將鎳材壓板5的待粘結(jié)部位壓緊在氧氣擴(kuò)散電極4的待粘結(jié)部位上，形成第三個粘結(jié)層2，固化24小吋。由于鎳材壓板5的待粘結(jié)面與其相鄰面預(yù)制成小于90°的角度，且其相鄰面的高度略小于三個粘結(jié)層2、橡膠墊圈3、氧氣擴(kuò)散電極4的總自由厚度，因此在螺絲6擰緊將鎳材壓板5固定在槽框I上的同時靠鎳材壓板5的彈性變形形成的壓カ對所有的粘結(jié)起到機(jī)械壓緊作用，從而改善了粘結(jié)密封的效果。該方法安裝和密封的槽框三個ー組制成電解單槽，使單槽的氧陰極總面積達(dá)到I. 2mX2. 4m，經(jīng)18. 62KPa的水壓試驗2小時未發(fā)生滲漏。隨后在80-90° C的電解溫度下，電解產(chǎn)品氫氧化鈉液濃度30-32%的條件下運行30天未發(fā)生漏液現(xiàn)象。實施例2
螺紋緊固機(jī)械壓緊的實施例。尺寸為O. 8m XL 2m單塊氧陰極電極的安裝密封方法如附圖2所示。第一，在傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框7的邊緣5-lOcm處，按一定的距離焊接多個有內(nèi)螺紋的套筒8 ;第二，在電解槽的槽框7的邊緣5-lOcm處，涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；第三，在橡膠墊圈9上預(yù)制與槽框7上的套筒等距的多個孔，使套筒可在孔中穿過；在橡膠墊圈9與槽框7的待粘結(jié)面涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧 樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；然后使其與槽框上的粘合劑層粘結(jié)在一起，形成粘結(jié)層10，隨后固化24小時；第四，在氧氣擴(kuò)散電極11邊緣上預(yù)制與槽框7上的套筒等距的多個孔，使套筒可在孔中穿過；第五，在橡膠墊圈9的上面涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層，涂覆時注意使有機(jī)硅粘合劑充滿橡膠墊圈9的孔與套筒8之間的間隙；將氧氣擴(kuò)散電極11邊緣的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；將氧氣擴(kuò)散電極11的粘合劑層與橡膠墊圈9上面的粘合劑層粘結(jié)在一起，形成另ー粘結(jié)層10，隨后固化24小時；第六，將氧氣擴(kuò)散電極11上面邊緣的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在涂漆層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層，涂覆時注意使有機(jī)硅粘合劑充滿氧氣擴(kuò)散電極11的孔與套筒8之間的間隙；將預(yù)制了與槽框8上的套筒等距的多個孔的鎳材壓板12的待粘結(jié)部位涂覆有機(jī)硅-環(huán)氧樹脂底涂層，再在底涂層上涂覆有機(jī)硅橡膠粘合劑層；第七，用多個螺釘13穿過鎳材壓板12，擰緊在槽框7上焊接的套筒8上，將鎳材壓板12固定在槽框7上，同時將鎳材壓板12的待粘結(jié)部位壓緊在氧氣擴(kuò)散電極11的待粘結(jié)部位上，形成第三個粘結(jié)層10，固化24小時；第八，將一保護(hù)涂層涂覆在弾性體墊圈9、氧氣擴(kuò)散電極11、粘結(jié)層10和壓板12邊緣將在電解過程中裸露于濃堿的部位。由于套筒8的高度略小于三個粘結(jié)層10、橡膠墊圈9、氧氣擴(kuò)散電極11和鎳材壓板12的總自由厚度，因此在螺釘13擰緊將鎳材壓板12固定在槽框7上的同時對所有的粘結(jié)起到機(jī)械壓緊作用，從而改善了粘結(jié)密封的效果。該方法安裝和密封的槽框三個ー組制成電解單槽，使單槽的氧陰極總面積達(dá)到
I.2mX2. 4m，經(jīng)18. 62KPa的水壓試驗2小時未發(fā)生滲漏。隨后在80-90° C的電解溫度下，電解產(chǎn)品氫氧化鈉液濃度30-32%的條件下運行30天未發(fā)生漏液現(xiàn)象。盡管本發(fā)明僅提供了金屬弾性機(jī)械壓緊和螺紋緊固機(jī)械壓緊與粘結(jié)結(jié)合對氧陰極離子膜電解槽進(jìn)行安裝和密封實施方法，并且其實施方法僅限于在食鹽電解制備氫氧化鈉和氯方面的實際應(yīng)用，但如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的那樣，本發(fā)明并不限于實施例所提供的兩種機(jī)械密封方法，也不限于實施例所提供的粘結(jié)方法和應(yīng)用場合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的氧陰極離子膜電解槽中機(jī)械與粘接結(jié)合的安裝密封方法的精神都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧陰極離子膜電解槽，其特征在于包括從上到下依次設(shè)置有機(jī)械固定裝置、氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈、槽框，任選地，在機(jī)械固定裝置和氧氣擴(kuò)散電極中設(shè)置有壓板；氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈、槽框的相鄰面上都涂覆有底涂層，底涂層上涂覆有粘合劑層，所述的粘合劑層與兩側(cè)的底涂層形成粘結(jié)層；所述的機(jī)械固定裝置固定在槽框上并能夠?qū)ρ鯕鈹U(kuò)散電極和彈性體墊圈有壓緊的應(yīng)力以形成與槽框緊密的密封，在氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈以及粘結(jié)層裸露于電解液中的部位涂覆有保護(hù)涂層。
2.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的彈性體墊圈采用橡膠。
3.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的機(jī)械固定裝置為金屬彈性機(jī)械固定裝置，其中的金屬彈性固定裝置所用的金屬材料為鎳、鈦、鎢、鑰、鈮、鋯、銥、鉻中的至少一種或其合金。
4.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的機(jī)械固定裝置為螺紋緊固固定裝置，其中螺紋緊固的螺紋連接件用金屬材料、陶瓷、高分子材料中的至少一種或其組合制備，其中的金屬材料為鎳、鈦、鎢、鑰、鈮、鋯、銥、鉻中的至少一種或其合金。
5.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的粘合劑為有機(jī)硅橡膠。
6.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的底涂層為有機(jī)硅-環(huán)氧涂層。
7.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的保護(hù)涂層為氟碳面漆。
8.權(quán)利要求I所述的氧陰極離子膜電解槽，其中的氣體擴(kuò)散電極是一整張面積不大于I.2m X2. 4m的單個電極或是由數(shù)塊電極拼接而成。
9.如權(quán)利要求1-8任意一項所述的氧陰極離子膜電解槽的安裝密封方法，其特征在于包括如下步驟 (1)在傳統(tǒng)離子膜電解槽的槽框邊緣l-15cm處，通過機(jī)械固定或粘接的方法固定一圈彈性體墊圈； (2)將氧氣擴(kuò)散電極邊緣粘結(jié)在彈性體墊圈上； (3)將壓板粘結(jié)在氧氣擴(kuò)散電極邊緣； (4)把一保護(hù)涂層涂覆在彈性體墊圈、氧氣擴(kuò)散電極和粘結(jié)層邊緣將在電解過程中裸露于電解液的部位； (5)通過機(jī)械固定裝置將壓板與氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈壓緊，形成緊密的密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氧陰極離子膜電解槽的安裝密封方法，其特征在于所述的粘結(jié)是通過先涂覆底涂層，然后在底涂層上涂覆粘合劑層的方式進(jìn)行，形成粘結(jié)層之后固化18小時，優(yōu)選固化24小時以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氧陰極離子膜電解槽及其安裝密封方法，所述的氧陰極離子膜電解槽，其特征在于包括從上到下依次設(shè)置有機(jī)械固定裝置、氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈、槽框；氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈、槽框的相鄰面上都涂覆有底涂層，底涂層上涂覆有粘合劑層，所述的粘合劑層與兩側(cè)的底涂層形成粘結(jié)層；所述的機(jī)械固定裝置固定在槽框上并能夠?qū)ρ鯕鈹U(kuò)散電極和彈性體墊圈有壓緊的應(yīng)力以形成與槽框緊密的密封，在氧氣擴(kuò)散電極、彈性體墊圈以及粘結(jié)層裸露于電解液中的部位涂覆有保護(hù)涂層。本發(fā)明的離子膜電解槽安裝方便、生產(chǎn)效率高，能有效地固定氧氣擴(kuò)散電極，密封可靠，耐濃堿腐蝕能力強(qiáng)，可以保證在實際電解生產(chǎn)過程中不發(fā)生電解液滲漏。
文檔編號C25B9/06GK102839385SQ20121034594
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者王峰, 張 杰, 劉秀明, 李志林, 劉景軍, 吉靜, 覃事永, 王建軍 申請人:北京化工大學(xué), 藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司