[发明专利]氯碱电解槽的隔板及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及氯碱电解槽的隔板，尤其涉及非石棉型隔膜。

发明背景

隔膜电解槽早就用于碱金属氯化物(alkali chloride)盐水电解，例如生产氯气和苛性钠的氯化钠电解。这种技术通常将纤维性半透隔膜沉积在许多有孔阴极结构例如筛网或冲压片上并将它们安装在电解槽内部，插入相应的阳极结构，该阳极结构由涂有用于氯释放的催化组合物的阀金属构件构成。隔膜纤维最初基于石棉，该石棉从一般工艺条件中的渗透性和耐化学品性方面看是最佳材料，但是它们的应用引起众所周知的重大健康危害。近些年来，于是进行了一些尝试，利用具有基本上相当特征的合成纤维替代石棉。事实上，可能使用的材料的选择受高度侵蚀性反应环境限制；为了获得足够的耐性，尤其是对初生氯气的足够耐性，开发了至少部分氟化的聚合物，这些聚合物另一方面呈现相当高的疏水性质。后者是造成一些安全关注的不利特征，因为它防止隔膜被工艺电解质充分地浸湿和防止隔膜有效地隔离两个槽隔室中形成的气态产物(在阴极隔室的氢气和在阳极隔室的氯气)。聚合物纤维因此必须用适合的添加剂改性以赋予隔膜所要求的可湿性；通常采用的添加剂的一个实例是氧化锆，它过去已经用于石棉隔膜。在US 4,253,935中公开了使聚四氟乙烯基隔膜亲水的锆和镁氧化物基涂层，这仍是不能足够达到要求的解决方案，得到的隔膜的浸润是用石棉纤维时获得的大约25％；可以通过直接制备复合纤维，将氧化锆颗粒嵌入或包在优选氟化的有机聚合物纤维内部达到好得多的结果，如US 4,853,101中公开那样，完全引入本文。US 4,853,101的隔膜从复合各向异性纤维的含水悬浮液开始制造，该复合各向异性纤维由优选氟化的聚合物(例如PVDF或PTFE)构成，该优选氟化的聚合物具有一致量的以机械方式压在它们表面上的氧化锆基陶瓷颗粒；随后将该悬浮液沉积在阴极结构上，该阴极结构由充当该悬浮液的过滤器的有孔金属体(例如筛网)构成。为了加速过程，通常通过利用真空泵在该阴极体的相对侧上施加负压来进行沉积。为了使阴极表面上的复合纤维稳定，在满足聚合物颗粒的流动开始但不达到熔点或分解点的温度下进行合适的烧结处理，例如通常在320-380℃的温度下处理氟化聚合物不超过3小时的时间。在满负荷工作状态条件下，US 4,853,101的隔膜呈现稍劣于石棉隔膜的功能特征，虽然如此，最佳性能的达到是非常慢、弱和麻烦的。特别是在漫长起动阶段期间，但是在一定程度上还在规则作用期间，由于优先的疏水性通道残存在于隔膜结构内或残存在工艺电解质不能填充的毛细管孔隙而引起的不充分的气体分离使一些氢气渗漏至阳极隔室中，这在更极端的情况下可能形成爆炸性混合物。在一些情形下，在起动阶段使用高的表面活性剂浓度以便加速隔膜亲水：通常，将用量至多5体积％的Zonyl(由DuPont，USA制备的氟化表面活性剂)添加到电解质中，该Zonyl帮助电解质渗入隔膜的孔隙内，从而降低聚合物纤维的疏水性，但是该电解质不久就浸出而不会为该问题提供决定性的解决方案。

因此提供用于隔膜氯碱槽的克服上述问题，尤其是改进气态产物分离的合成隔板将是合乎需要的。

发明内容

本发明的一些方面在所附权利要求书中给出。

在一个方面，氯碱电解槽的隔板由半透隔膜构成，该半透隔膜包含并入了以机械方式结合的陶瓷材料颗粒的任选氟化的有机聚合物纤维的网络，其中所述陶瓷材料包含与羟基化学结合的锆。所述陶瓷材料(具有确保隔膜可湿性和允许气体从隔膜孔隙最佳排空的目的)可从氧化锆开始经历水合处理，任选接着经历酸或碱洗处理获得。

在另一个方面，用隔板覆盖的隔膜槽阴极的制造方法包括：形成并入以机械方式结合的氧化锆的任选氟化的有机聚合物纤维的悬浮液，接着将此种悬浮液沉积在有孔金属基材上，热处理以将所述纤维烧结成多孔网状结构，在负压下水合处理和任选的酸或碱洗处理。在一个实施方案中，在将该隔膜覆盖的阴极安装在隔膜电解槽后进行纤维沉积和烧结。

在另一个方面，对电解槽的隔板执行水合处理和任选的酸或碱洗处理的设备包括：用于容纳溶液、任选地配有可视液位控制器的池，向所述池施加负压任选配备有压力计的真空泵，循环泵，将所述池与含待调节的隔板的槽水力连接的装置。

在另一个方面，从早先工作的隔膜覆盖的阴极洗去杂质的方法包括在40-100℃的温度下在负压下用pH值低于2或高于12的溶液浸泡该隔膜。

发明详述