隔膜式電解槽が好まれる理由は、特殊な隔壁を使用して陰極と陽極を物理的に隔離できる能力にあります。鉄の電解採取では、この分離により、陽極で発生する酸素とプロトンが陰極領域に拡散するのを防ぎます。これらの副生成物をブロックすることにより、電解槽は、そうでなければ鉄の堆積物を劣化させ、システムの全体的な効率を低下させる干渉を最小限に抑えます。
隔膜式電解槽の物理的な隔壁は、プロセスの安定性を決定する要因です。陽極から発生する酸性度と酸素から陰極を保護し、これは高い電流効率を維持し、回収された鉄の再溶解を防ぐために不可欠です。
保護の仕組み
隔膜式電解槽は、鉄回収中に発生する基本的な化学的競合に対処します。
陽極副生成物の制御
電解採取中、陽極は自然に酸素とプロトン（酸性度）を生成します。
開放系では、これらの要素は自由に拡散します。隔膜は物理的な遮断を作成し、これらの副生成物を陽極室に効果的に閉じ込め、陰極環境を安定に保ちます。
破壊的な副反応の抑制
酸素とプロトンが陰極に到達すると、望ましくない化学変化を引き起こします。
具体的には、水素発生反応と鉄の酸化を促進します。隔膜は、反応物が重要な堆積ゾーンに到達するのを防ぐことにより、これらの副反応を抑制します。
プロセスパフォーマンスへの影響
隔膜式電解槽の構造上の違いは、測定可能なパフォーマンス指標に直接反映されます。
電流効率の最大化
電流効率は、電気が目的生成物にどれだけ効果的に変換されるかを示す尺度です。
隔膜は、干渉種（種）の拡散をブロックすることにより、電流が水素発生などの副反応で浪費されるのではなく、主に鉄の堆積に使用されることを保証します。
堆積物の溶解防止
陽極で生成される酸性度（プロトン）は、新しく形成された鉄に対して腐食性があります。
これらのプロトンが陰極に移動すると、鉄の堆積物が電解液に再溶解します。隔膜は、この酸性度から陰極を保護し、鉄の物理的な収率を維持します。
未分割電解槽のリスク
隔膜の価値を理解するには、未分割単室電解槽の特定の欠点を見る必要があります。
拡散の問題
隔壁がない場合、化学種の交差汚染を阻止するメカニズムはありません。
陽極副生成物は陰極溶液と自由に混合します。これにより、堆積プロセスに積極的に対抗する化学環境が作成されます。
製品収率の低下
未分割電解槽では、本質的に再溶解との負け戦を戦っています。
鉄を堆積させると、酸の同時移動が堆積物を攻撃します。これにより、隔膜式構成と比較して回収率が大幅に低下します。
プロセスのための正しい選択
鉄の電解採取システムを設計または選択する際には、電解槽タイプの選択が効率の天井を決定します。
- 電気経済性の最大化が主な焦点である場合：隔膜式電解槽は、水素発生反応を抑制し、電流が鉄の堆積によって消費されることを保証するために必要です。
- 製品収率と安定性の最大化が主な焦点である場合：隔膜構成は、最終製品を溶解する可能性のある酸性度から陰極を保護するために不可欠です。
隔膜式電解槽は単なる代替品ではありません。鉄回収の化学的完全性を保護するための重要なプロセス要件です。
概要表：
| 特徴 | 隔膜式電解槽 | 未分割単室電解槽 |
|---|---|---|
| 陽極-陰極隔離 | 物理的隔壁（隔膜） | 分離なし；自由拡散 |
| 副生成物管理 | 酸素とプロトンを陽極室に閉じ込める | 化学種が自由に混合する |
| 副反応 | 水素発生と酸化を抑制する | 破壊的な反応のリスクが高い |
| 鉄堆積物の安定性 | 酸による再溶解から保護される | 堆積物溶解のリスクが高い |
| 電流効率 | 鉄の堆積のために最大化される | エネルギーを浪費する副反応により低下する |
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参考文献
- Wouter Badenhorst, Henning M. Krieg. Electrowinning of Iron from Spent Leaching Solutions Using Novel Anion Exchange Membranes. DOI: 10.3390/membranes9110137
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
