隔膜電解法是用可滲透的多孔隔膜將電解槽內的陰極和陽極分開的電化冶金作業。隔膜將電解槽分隔成陽極室和陰極室，陽極和陰極分別放置其中。兩室的電解液可以一樣，也可以不同，視具體電解要求而定。在後一情況下則有陽極(室) 液和陰極 (室) 液之分。
基本介紹
- 中文名：隔膜電解法
- 外文名：diaphragm electrolysis
- 學科：冶金工程
- 特點：隔膜將電解槽分隔
- 隔膜材料：棉或化纖織物、微孔塑膠等
- 套用：用於金屬的精煉和提取
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原理
隔膜電解法以多孔隔膜將陽極區和陰極區分隔，避免了兩極產物的混合。隔膜電解法的原理如圖1所示。飽和鹽水由陽極區加入，陰極區生成的鹼及未分解的鹽水則不斷流出。通過適當調節鹽水流量，可使陽極區液面高於陰極區液面，從而產生一定的靜壓差，使陽極液透過隔膜流向陰極室，其流向恰與陰極區OH一向陽極區的電遷及擴散方向相反，從而大大減少進入陽極區的OH一數量，抑制析氧反應及其他副反應的發生，陽極效率提高到90%以上。而陰極區由於OH一流失減少，鹼液質量濃度可提高到100～140g/L。
圖1 隔膜電解法的原理隔膜功效
隔膜的功效有： 使兩極的氣體電解產物分開而得以分別收集; 提供使某種離子不能到達相關電極上進行電化學反應所必須的條件; 阻止雜質離子向陰極移動、富集;避免懸浮陽極泥微粒機械混入陰極沉積。套用隔膜電解使得革新某些有色金屬提取冶金工藝和生產某些高純有色金屬成為可能。
隔膜材料
迄今得到廣泛套用的工業隔膜材料主要有棉或化纖織物、微孔塑膠、石棉板、離子交換膜、素燒陶瓷等。對隔膜材料的基本要求是：具有適當孔隙和一定的孔隙率; 對離子通過的選擇性好; 較低的電阻; 良好的化學穩定性和較好的機械強度等。
套用
隔膜電解可以用於金屬的精煉和提取，也可以用來造液。隔膜電解按兩室電解液組成量是否一樣分為電解液成分一樣的隔膜電解及陽極液和陰極液的隔膜電解兩類。
同極電解
這是最簡單的一種隔膜電解，旨在防止陽極泥落入陰極金屬產品。一般套用帆布作為陽極袋(即隔膜)。銀電解精煉是這類電解套用的典型例子。
銀電解精煉是以粗銀為陽極，往盛硝酸銀電解液的電解槽中通直流電使粗銀陽極溶解，在陰極上析出更純銀的過程，銀精煉方法之一。1884年莫比烏斯(Moebiuss)最先獲得銀電解精煉的專利權，至今此法仍是世界上最主要的銀精煉方法。有立式電解法(Moebiuss法)和臥式電解法(Balbach-Thum法)，二者僅電解槽的結構不同。前者占地面積小，槽電壓低，電流效率高;後者可以處理低品位陽極，不留殘極，容易操作。生產中多採用立式電解法。
不同極電解
這是真正名符其實的隔膜電解，主要用於： (1)可溶陽極隔膜電解; (2)不溶陽極隔膜電解; (3) 隔膜電解造液。
(1)可溶陽極隔膜電解。和無隔膜可溶陽極電解相似，所不同者僅在於電解液的循環流通方式。陽極液由於含雜質陽極溶解而相對富集雜質，自電解槽 (陽極室)排出後，經淨化系統處理(見銅電解液淨化)，成為純淨電解液即陰極液(又稱新液)後，供進陰極室進行電解。然後透過隔膜進入陽極室而成為陽極液，如此完成一循環(圖1)。為推動陰極液透過隔膜向陽極室流動和遏阻雜質離子向陰極室滲透，一般需保持陰極室液面高於陽極室液面50～100mm。電解法生產高純金屬和硫化鎳電解精煉，可作為這種隔膜電解套用的例子。
圖2隔膜電解示意圖(2)不溶陽極隔膜電解。在濕法冶金流程中，原料經浸出處理獲得的富液，直接或經淨化後送進陰極室進行電解提取。在陰極上發生電還原析出金屬的同時，在陽極室內的不溶陽極上進行陰離子Cl-、OH-等的氧化並生成中性分子Cl2、O2等析出。有關離子通過隔膜運動，使兩室電解液內的物質和電量保持平衡。鈷電解以及濕法冶金流程中銻和鉍的電解提取，是這種隔膜電解套用的典型例子。
(3)隔膜電解造液。這是一種電化學造液法。以所需造液的金屬為陽極，任意一種導體為陰極，置於由隔膜分開的濃度不同的同種酸液中。電解時，陽極金屬發生電氧化溶解入溶液，但溶入溶液中的其離子不能通過隔膜進入陰極室，故在溶液(陽極液)中積累，濃度不斷升高。在陰極室，陰極上放電析出的是氫。陰極液中原來與H+離子對應共存的酸根離子，通過隔膜進入陽極室，與陽極溶解下來的金屬離子一起使電解質體系的物質和電量達到平衡。最後所得的陽極液，就是含有所需金屬離子濃度的溶液。隔膜電解造液在金電解精煉中獲得套用。
