JPH059772A

JPH059772A - 塩化アルカリ水溶液電解槽

Info

Publication number: JPH059772A
Application number: JP3164154A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Noaki; 康秀野秋; Hiroshi Kunisato; 博救仁郷
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3128269B2

Abstract

(57)【要約】【目的】長期間に亘りガスケット交換の必要のない、
安定した塩化アルカリ水溶液電解のできる電解槽を提供
する。【構成】陽イオン交換膜を用いて塩化アルカリ水溶液
を電解する電解槽において、陽極室フランジ面と陽イオ
ン交換膜との間に配したガスケットが、ゴム弾性を有し
ており、少なくとも、イオン交換膜に接する側の一部
分、電解室内に露出する一部分、及び、電解槽枠フラン
ジに接する側の一部分がフッソ系樹脂シートで覆われて
おり、且つ、該ガスケットの電解槽枠フランジ面に対す
る面のフッソ系樹脂シート上にゴムの裏打ちがなされて
いることを特徴とする電解槽。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ金属塩化物水
溶液を電解し塩素とアルカリ金属水酸化物を生産するた
めの、イオン交換膜法塩化アルカリ電解用電解槽に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高電流効率で高純度のアルカリ金属水酸
化物を生産するためのイオン交換膜法電解槽は、陰極を
取り付けた陰極室枠と陽極を取り付けた陽極枠を陽イオ
ン交換膜及びガスケットを介して密着させる、フィルタ
ープレス型電解槽、隔膜として陽イオン交換膜を袋状に
加工し、陽極室又は陰極室枠に装着したボックス型電解
槽等がよく知られている。これらの電解槽内には、電解
液としてアルカリ及び塩化アルカリ、ガスとして塩素や
水素等で満たされており、外部にリークすることは、環
境上や健康上有害である。因って、電解槽枠間のシール
を確実に行なうために、従来より多くの工夫がなされて
きた。例えば、シール用ガスケットとして、特開昭５５
−１６４０８８号にはゴムシートに補強布を裏打ちし、
イオン交換膜に接するゴム層の厚みと全ゴム層の厚みを
適宜規定することが提案されている。又、実用新案公報
昭６２−１４１３０号には、電解槽に接するゴム層に凹
みを設けることなども提案されている。しかし、電解槽
内では、常に塩素が発生しており、塩素や次亜塩素酸イ
オンを多量に含んだ電解液や、ガスが流動しているため
ガスケットの陽極室内に露出する部分は少しづつ腐食さ
れ脱落して徐々にシール性が低下してゆく欠点があっ
た。

【０００３】かかる、塩素や次亜塩素酸ソーダなどに対
するガスケットの耐久性を増す目的で、特開平２−２９
８２８７号には、ガスケットの陽極室内に露出する部分
がフッソ系樹脂シートで覆われた電解槽を提案してい
る。又、特開平３−６４４９０号には、フッソ樹脂を用
いたガスケットも提案されている。確かに、これらのガ
スケットは、耐蝕性が優れ、長期間の使用に対してもガ
スケット自体の腐食は生じにくいが、電解槽枠のフラン
ジ部分そのものに致命的なダメージを与えるような電解
槽枠フランジ面のチタンの腐食を生じさせる場合があ
る。このようなチタンの腐食は、ガスケット表面層のフ
ッソ系樹脂層と電解槽枠フランジ面の間で生じやすく、
このようなチタンの腐食はフランジ面の平滑性を損な
い、シール不良が生じたりあるいは、甚だしい場合は電
解槽そのものが使用できなくなる場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来より用
いられていたガスケットの耐蝕性を向上させるととも
に、チタン等の腐食を生じさせずに、長期間に亘りガス
ケット交換の必要のない、安定した塩化アルカリ水溶液
電解のできる電解槽を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽イオン交換
膜を用いて塩化アルカリ水溶液を電解する電解槽におい
て、陽極室フランジ面と陽イオン交換膜との間に配した
ガスケットが、ゴム弾性を有しており、少なくとも、イ
オン交換膜に接する側の一部分、電解室内に露出する一
部分、及び、電解槽枠フランジに接する側の一部分がフ
ッソ系樹脂シートで覆われており、且つ、該ガスケット
の電解槽枠フランジ面に対する面のフッソ系樹脂シート
上にゴムの裏打ちがなされていることを特徴とする塩化
アルカリ水溶液電解槽に関する。

【０００６】本発明者らは、塩化アルカリ電解槽に用い
ているガスケットについて長期に亘って改良を重ねてき
た。その改良のポイントは、（ａ）シール性の向上、
（ｂ）塩素や次亜塩素酸に対する耐蝕性の向上、（ｃ）
締め付け圧力によるガスケットのクリープや破損及びイ
オン交換膜の破損防止、（ｄ）電解槽フランジ面のチタ
ン腐食発生防止等である。

【０００７】近年のイオン交換膜の性能向上とライフの
長期化にともない、特に要望されているのは、ガスケッ
トの耐久性向上とチタンの腐食防止についてである。一
般にチタンは耐蝕材料としてよく知られており、特に、
湿塩素の雰囲気では抜群の耐蝕性を示す。しかし、フラ
ンジ面等のシール部分では隙間腐食と言われる腐食が進
行することがある。この防止対策として、パラジウムな
どとチタンとを合金とすることで腐食を防ぐことが行わ
れている。しかし、パラジウム入りのチタンは価格が高
く、特に塩化アルカリ電解槽等のように多量にチタンを
使用する装置では、コストが高くなりすぎて実用的では
ない。このため、フランジ面を焼成することにより酸化
皮膜を形成させたりあるいは貴金属又は貴金属酸化物を
コーティングすることが行なわれている。しかし、この
ような方法も、万全ではなく、長期間に亘る使用状況に
よっては腐食が発生する場合がある。

【０００８】本発明者らは、この問題を解決し、長期間
安定な電解をするために、フッソ樹脂成形品からなるガ
スケットおよびフッソ樹脂とフッソ系以外のゴムとの複
合材からなるガスケット等について多岐にわたる検討を
重ねてきた。その結果、フッソ樹脂及びフッソ樹脂との
複合素材は、耐蝕性及びシール性には優れていても長期
間の電解で使用すると、電解槽枠フランジ面とフッソ樹
脂との接触面でチタンの腐食が生じやすいことが見いだ
された。それに反して、ゴムから成るガスケットは腐食
劣化に対しては耐久性が劣るもののチタンの腐食はフッ
ソ樹脂に較べて生じにくいことを見いだした。

【０００９】如何なる理由によりフッソ樹脂がチタンの
腐食を生じさせやすいのかは明確ではないが、樹脂はゴ
ムに較べて弾性に乏しく、チタン表面の微細な凹凸を完
全に埋めることができないことや、フッソ樹脂のガスや
液の浸透性がゴムと異なっていることが関係するものと
考えられる。そこで、この両者の長所を生かした理想的
なガスケットを開発すべく鋭意検討した結果、ガスケッ
ト内周の電解室内に露出する部分をフッソ樹脂シートで
包み、フッソ樹脂部分のうち電解槽フランジ部と接する
部分にはチタンの腐食が生じない程度の最小限の厚みで
ゴムを裏打ちすることで、長期間の電解でもガスケット
の腐食劣化も見られず、チタンの腐食も発生しないこと
を見いだし本発明を完成させたものである。以下に、本
発明について図面に基づき詳細に説明するが、本発明は
これらに限定されるものではない。図１、図２、図３
は、本発明の電解槽枠フランジ部に装着するガスケット
に関するいくつかの例を示す断面図であり、図４はフィ
ルタープレス型イオン交換膜法電解槽について、本発明
の一実施態様を示す電解槽枠フランジ部分の断面図であ
る。図中番号はそれぞれに対応しており、同一番号のも
のは同一物を示す。ガスケットは、図１〜図３に示すよ
うに、弾性を有するゴムシート１の電解室の電解液やガ
スに曝される部分をフッソ樹脂シート２で覆い、さらに
陽極側電解槽枠フランジ面５と接する側のフッソ樹脂シ
ート２は、裏打ちゴム３で覆われている。

【００１０】ゴムシートの材質は、天然ゴム、イソプレ
ンゴム、スチレン／ブタジエンゴム、ブチルゴム、ブタ
ジエンゴム、エチレン／プロピレンゴム、アクリリニト
リル／ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、クロロスル
ホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、
シリコーンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴ
ム、エチレン／アクリルゴム、フッソゴム等のを挙げる
ことが出来る。この中でエチレン／プロピレンゴムが価
格や耐久性の面から好ましい。

【００１１】ゴムシートの形状としては、シール性を増
すために種々の工夫を加えたものが考えられるが、例え
ば、図１に示した断面平滑なもの、図２のように電解槽
フランジに接する側は、例えば台形状の凹凸のあるも
の、図３の如く電解槽枠フランジに接する側、イオン交
換膜に接する側とも凹凸のあるもの等が適用できる。凹
凸の高さは０．１ｍｍ〜２ｍｍであり、好ましくは０．
２ｍｍ〜１ｍｍである。ゴムシートの厚みは、用いてい
る電解槽枠の構造によっても異なるが、電極間の距離を
あまり大きくしない範囲で、シール性が十分な厚みを経
験的に決めており、一般的には０．５ｍｍ〜５ｍｍ以内
である。ゴムシートの幅は、シール性の面から１５ｍｍ
〜５０ｍｍが好ましい。ゴムシートには、電解槽枠フラ
ンジでの締め付け圧力によるクリープや過度の伸びを防
止するために補強布を芯材としているものを用いてもよ
い。

【００１２】フッソ樹脂シートの材質としては、ポリテ
トラフロロエチレン、ポリフッ化ビリニデン、ポリフッ
化ビニル等の耐薬品性、耐塩素性に優れたものを用いる
ことができる。フッソ樹脂シートの厚みとしては、母材
のゴムシートの弾力性を失わない範囲であればよいが、
１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下のものが用いや
すい。ゴムシートはフッソ樹脂シートによって、直接電
解液やガスに曝される部分だけでなく電解液やガスが浸
透してくる可能性のある部分まで覆われているのが好ま
しく、電解槽内面に相当する部分から外側の方向に表裏
ともに５ｍｍ〜２０ｍｍの巾で覆うことが好ましい。

【００１３】裏打ちゴム３の厚みとしては、１ｍｍ以上
にもなると電解液に曝される部分が多くなりゴムの腐食
が進行してシール性が低下したり、電解槽フランジ面の
チタンの腐食が生じたりする場合があるので好ましくな
い。又、薄すぎても、ゴムを裏打ちした効果であるチタ
ンの腐食が防止できないので、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範
囲が好ましく、さらに好ましくは、０．１ｍｍ〜０．５
ｍｍの範囲である。この範囲であれば、電解液や塩素ガ
スに曝される部分はわずかなので、これら電解液等の侵
入浸透もわずかとなり、裏打ちゴムの腐食は進行しにく
い。その上、電解槽内に露出した部分に形成された、比
較的安定な塩素化層の脱落による腐食の進行も押さえら
れるので望ましい。裏打ちゴムの材質は、母材であるゴ
ムシートと同一物であれば加工上、一体成形ができるの
で好ましいが、別なゴム材を接着剤等で張り合わせても
良い。

【００１４】本発明の電解槽では、ガスケットは、例え
ば、図４の如く装着される。図４では、陽極側電解槽枠
フランジ部に陽極側ガスケット７を装着し、陰極側電解
槽枠フランジ部にはフッソ樹脂シートを用いてない陰極
側ガスケット８を装着し、イオン交換膜を介して締め付
けている。陽極側ガスケット７は、電解槽内にはみ出し
て装着されていても、あるいは、はみ出さないように装
着されていてもどちらでもよい。はみ出して装着されて
いる場合は、電解槽内に露出されている裏打ちゴムが腐
食され脱落することもあるが、陽極側電解槽枠フランジ
５の下部と陽極室１３との境界付近で、先に述べた理由
によりガスケットの腐食の進行が止まるので、ガスケッ
ト寿命には影響を与えない。

【００１５】本発明は以上のように、非常に耐久性があ
り電解槽枠フランジ面のチタンの腐食を引き起こさない
寿命の長いガスケットを用いた電解槽なので、シール不
良による電解液のリークや陽イオン交換膜の損傷等も生
ずる心配もなく、長期間停止する必要のない、安定した
電解ができる。次に本発明の実施例を示すが、本発明は
この実施例のみに限定されるものではない。

【００１６】

【実施例１】通電面積２７０ｄｍ²の電解槽において、
図２に示すガスケットを陽極側ガスケット７とし、同一
形状でフッソ樹脂シートのないものを陰極側ガスケット
８として、陽イオン交換膜６として、旭化成工業株式会
社製のＡＣＩＰＬＥＸ（登ー録商標）Ｆ−４１００を用
い、図４の電解槽を構成した。陽極側ガスケット７は、
硬度Ｈｓ７０度のエチレン／プロピレンゴムシートに、
厚さ０．０３ｍｍのポリテトラフロロエチレンからなる
シートでガスケット内周部を１５ｍｍの巾で電解槽フラ
ンジ面に接する側からイオン交換膜に接する側まで包む
ように覆い、裏打ちゴム３としてエチレン／プロピレン
ゴムを０．３ｍｍの厚みで裏打ちした。又、シール性を
高めるために、電解槽枠フランジ面に接する側には２ｍ
ｍ間隔に上辺０．５ｍｍ、下辺１．５ｍｍ、高さ０．８
ｍｍの台形状の凹凸を設け、イオン交換膜に接する側は
平滑な形状に成形した。ガスケットのサイズは、内寸縦
１１６２ｍｍ、横２３６２ｍｍ、外寸縦１２２２ｍｍ、
横２４２２ｍｍとし、ガスケット巾３０ｍｍ、厚みは平
均２．０ｍｍとした。陰極側ガスケット８は、フッソ樹
脂シートを用いなかった以外は、まったく陽極側ガスケ
ットと同一形状で、同一サイズのものを用いた。

【００１７】この電解槽を用いて、４０Ａ／ｄｍ²、電
解温度９０℃、陰極液苛性ソーダ濃度３０〜３３ｗ％、
陽極液食塩濃度１９５〜２１０ｇ／ｌ、電解槽内圧１．
０ｋｇ／ｃｍ²Ｇで３６０日運転したのち電解を停止
し、陽イオン交換膜、ガスケット、陽極側電解槽枠フラ
ンジ部の点検を行なった。この間に、電解槽枠からの電
解液やガスのリークは全くなく、電解電圧の上昇や電流
効率の低下もなかった。陽極側ガスケットについては、
裏打ちゴムの電解槽内に露出している部分が、わずかに
白く変色し、電解槽枠フランジ部と接していた裏打ちゴ
ムの凹凸が潰れていただけで、その他の場所には腐食に
よるガスケット巾や厚みの減少は見られなかった。ガス
ケットを取り出さずにこのまま運転していても以後少な
くとも４〜５年間は問題なく使用できる様な状態であっ
た。

【００１８】陽イオン交換膜は、外見上はまったく初期
と変わっておらず、ピンホールや破れ等の損傷はなかっ
た。陽極側電解槽枠フランジ部にもチタンの腐食はなく
初期と同様で、変色も見られなかった。

【００１９】

【比較例１】陽極側ガスケットとして、フッソ樹脂シー
トでガスケット内周部を覆っていないものを用いた以外
は、実施例１とまったく同様な電解槽を組み立て、同様
な電解条件で３６０日間の電解後、同様にして陽イオン
交換膜、ガスケット、陽極側電解槽枠フランジ部の点検
を行なった。電解中は、電解槽枠からの電解液やガスの
リークは全くなく、電解電圧の上昇や電流効率の低下も
なかった。

【００２０】陽極側ガスケットについては、ゴムの電解
槽内に露出している部分から外側に向かって２ｍｍ〜１
０ｍｍの巾でガスケット内周全面にわたって白く変色
し、場所によっては、この白色の塩素化物と考えられる
ものが脱落し、ガスケット巾が２ｍｍ〜４ｍｍ小さくな
っていた。又、電解槽枠フランジ部と接していた裏打ち
ゴムの凹凸がつぶれていた。ガスケットは、このまま使
用していたとすれば、少なくとも１〜２年以内には電解
槽外へのリークや陽イオン交換膜破損等が予想される状
態であった。

【００２１】陽イオン交換膜は、ピンホールや破れ等の
損傷はなかったが、ガスケットの腐食脱落部分は、周囲
より白く変色が見られる部分もあった。陽極側電解槽枠
フランジ部には、はっきりとしたチタンの腐食は見られ
なかったが、ガスケットが腐食により脱落した部分に
は、薄黒い変色が見られた。

【００２２】

【比較例２】陽極側ガスケットとして、ポリテトラフロ
ロエチレン樹脂製の、実施例１の陽極側ガスケットと全
く同一形状のガスケットを用いた以外は、実施例１と同
様な電解槽を組み立て、同様な電解条件で３６０日間の
電解後、陽イオン交換膜、ガスケット、陽極側電解槽枠
フランジ部の点検を行った。電解中は、電解槽枠からの
電解液やガスのリークは全くなく、電解電圧の上昇や電
流効率の低下もなかった。陽極側ガスケットについて
は、電解槽枠フランジ部と接していた部分の凹凸が潰れ
ていただけで腐食や寸法の変化もなかった。

【００２３】陽イオン交換膜は、外見上は全く初期と変
わっておらず、ピンホールや破れ等の損傷はなかった。
陽極側電解槽枠フランジ部には、電解槽内面側から外に
向かって５ｍｍ〜１０ｍｍの巾で長さ１０ｍｍ〜５０ｍ
ｍの範囲で７箇所にわたり、電解槽枠フランジ部チタン
表面に１ｍｍ以下の小さな穴が多数発生し、そしてチタ
ンの局部的な膨れが発生していた。この電解槽枠は、こ
のままでは使用しても、その後１年以内の電解使用の後
には、電解槽外へのリークや、電解槽の補修不能な状態
にまでチタンの腐食が進行すると判断される状態であっ
た。

【００２４】

【比較例３】陽極側ガスケットとして、電解槽枠フラン
ジ部に接する側にゴムの裏打ちがなされていない以外は
図２と同一で、フッソ樹脂シートで電解槽内に露出する
ガスケット内周部を中心に覆ったガスケットを用いて、
実施例１と全く同様な電解槽を組み立て、同様な電解条
件で３６０日間の電解後、同様にして陽イオン交換膜、
ガスケット、陽極側電解槽枠フランジ部の点検を行っ
た。電解中は、電解槽枠からの電解液やガスのリークは
全くなく、電解電圧の上昇や電流効率の低下もなかっ
た。電解槽枠フランジ部と接していた部分の凹凸が潰れ
ていた以外は初期とほとんど変わらず、ガスケットの腐
食は見られなかった。

【００２５】陽イオン交換膜は、外見上はまったく初期
と変わっておらず、ピンホールや破れ等の損傷はなかっ
た。陽極側電解槽枠フランジ部には、電解槽内面側から
外に向かって３ｍｍ〜１０ｍｍの巾で長さ５ｍｍ〜２０
ｍｍの範囲で５箇所にわたり、陽極側電解槽枠フランジ
部のチタン表面に１ｍｍ以下の小さな穴が多数発生した
り、あるいはチタンの局部的な膨れが発生していた。こ
の電解槽枠は、このままでは使用しても、１〜２年の電
解使用の後には、電解槽外へのリークや、電解槽の補修
不能な状態にまでチタンの腐食が進行すると判断される
状態であった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の電解槽は、以上の説明から明ら
かな通り、陽極側ガスケットとして電解槽内に露出する
部分を中心にフッソ樹脂シートで覆っているので、ガス
ケットとしての耐蝕性に優れ、陽イオン交換膜も破損す
ることもなく、且つ、陽極側電解槽枠フランジ部に接す
る側は、適当な厚みのゴムで裏打ちしているのでフラン
ジ部チタンの腐食を生ずることもなく、長期にわたり、
電解槽外への電解液やガスのリークもなく、停止するこ
ともなく、安定して電解ができるので、休止損失やガス
ケット及び陽イオン交換膜の取り替え等に要する経費を
大巾に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様である、表面に凹凸のない
ガスケットの断面図

【図２】本発明の一実施態様である、電解槽枠フランジ
面に接する部分に凹凸のあるガスケットの断面図

【図３】本発明の一実施態様である、電解槽枠フランジ
面に接する部分及び陽イオン交換膜に接する面に凹凸の
あるガスケットの断面図

【図４】電解槽枠フランジ部にガスケットを装着してい
る、本発明の電解槽の一実施態様を示す断面図

【符号の説明】

１ゴムシート２フッソ樹脂シート３裏打ちゴム４ガスケット凹凸５陽極側電解槽枠フランジ６陽イオン交換膜７陽極側ガスケット８陰極側ガスケット９陰極側電解槽枠フランジ１０陽極１１陰極１２陽極室１３陰極室

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】陽イオン交換膜を用いて塩化アルカリ水
溶液を電解する電解槽において、陽極室フランジ面と陽
イオン交換膜との間に配したガスケットが、ゴム弾性を
有しており、少なくとも、イオン交換膜に接する側の一
部分、電解室内に露出する一部分、及び、電解槽枠フラ
ンジに接する側の一部分が、フッソ系樹脂シートで覆わ
れており、且つ、該ガスケットの電解槽枠フランジ面に
接する側のフッソ系樹脂シート上にゴムの裏打ちがなさ
れていることを特徴とする塩化アルカリ水溶液電解槽。