第一章 绪 论一、 电解工业概述1、电解概念直流电通过电极和电解质溶液或熔融态物质，在两者接触的界面上发生电化学反应，制备所需产品的过程通电时电解质的阴、阳离子分别向电解池（槽）的正（阳）、负（阴）两极移动并分别在电极上失、得电子发生氧化、还原作用生成新物质例1】：铜的电解2CuSO4 + 2H2O → Cu + 2H2SO4 + O2阳极反应 2H2O → O2 + 4H+ +4e- 阴极反应 Cu2+ + 2 e- → Cu阳极反应 Cu →Cu2+ + 2 e- 阴极反应 Cu2+ + 2 e- → Cu【例2】：电解制备二氧化锰MnSO4+ 2H2O → MnO2+ H2SO4+ H2↑阳极反应 Mn2+ + 2H2O → MnO2+ 4H+ + 2e-阴极反应 2H+ + 2e- → H2↑【例3】：氢氧化钠的制造2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH阳极反应 2Cl- → Cl2 + 2e-阴极反应 2H2O + 2e- → 2OH + H2↑2、电解工业的特点（1）专属性碱金属、碱土金属的熔融盐电解法制备：F2、K、Na、Ca、Mg、Al等。
如电解铝，世界年产量达1.5106t，年耗电量约240109 KWh2）优选性有色金属Cu、Zn、Ni、Mn、Au、Ag等的精炼如电解金属锰，铝热法金属锰的纯度只有85%-92%，电解金属锰的纯度达99.5%其电极反应如下阴极反应 Mn2++2e- → Mn 4H2O + 2e-→ 2HO- + H2↑ 阳极反应 Mn2+ + 2H2O → MnO2 + 2e- + 4H+ 2H2O→ 4H+ + 2e- + O2↑ （3）简易性设备简单（电解槽、电极、电解液、直流电源），容易调控（电流、电压、精度高），无需高温、高压等设备4）环保型有机物电合成，至今已投产或工业实验的有机合成产品超过100多种不再使用传统有机合中使用的强酸、强碱、有毒气体等污染性原料和高温、高压等强化条件中国最早开发的有机电合成产品是L-半胱氨酸,已成为生产L-半胱氨酸的主要方法例1】：电解丙烯腈制己二腈己二腈是制造尼龙66的中间体，同时又可作橡胶生产的助剂和除草剂传统工艺为：己二酸法（胺化、脱水）、丁二烯氯化-氰化法、丁二烯直接氰化法等。
电化学法：丙烯（催化与NH3、O2反应） → 丙烯腈电解 → 己二腈1961年美国化学家M. Baizer研究成功（阴极还原），1965年美国孟山都公司建成1.2万t/a规模的己二腈电合成工厂，继而扩大到7.5万t/a，在扩大到15万t/a规模上世纪70年代后，日本、德国、英国等相继建厂电化学法原料廉价易得，反应易控制，已成为制造己二腈的重要手段，是目前世界上规模最大的有机电合成工业中国对己二腈的年工业使用量约为15万t/a，目前尚无成规模的生产企业，主要依赖进口举例2】：四乙基铅化学法：钠铅合金与氯乙烷反应，残留铅含量高电化学法：C2H5Cl+Mg → 格利雅试剂C2H5MgCl(电解) → Pb(C2H5)4+Mg+MgCl2（5）高耗电电解金属锰电流效率只有60%；铝电解电流效率为85% ~ 90%，年耗电量约240109 KWh3、电解工业在国民经济发展有重要作用（1）金属的冶炼、精炼：K、Na、Al等，Cu、Au、Ag、Zn等；（2）许多化工产品的制备：H2、O2、NaOH，KMnO4、NC(CH2)4CN、Pb(C2H6)4、L-半胱氨酸等；（2）电镀：Zn、Cu、Cr、Ni、Au、Ag、合金等，国内从业人员超过50万，年产值达400多亿；（3）电抛光：钢铁、铜及铜合金、贵金属、铝及铝合金等；（4）阳极氧化：铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金、不锈钢着色等；（5）化学电源的生产：Zn-MnO2、Pb-PbO2、MH-NiOOH、C-LiMO2；（6）环境污染物的电化学处理：重金属废水、纺织印染废水、酚类物质等；（7）其它，如材料、医药等。
二、 典型电解工业企业1、 氯碱工业天津大沽化工股份有限公司前身天津大沽化工厂始建于一九三九年，是一家以食盐电解为基础，以发展海洋化工、石油化工为目标，生产烧碱、聚氯乙烯树脂、环氧丙烷、聚醚、液体氯、合成盐酸等多种产品的综合性大型氯碱企业本公司以高品质的产品（"红三晶"牌）和服务赢得了国内外广大用户的信赖，产品畅销全国、蜚声海外天津大沽化工股份有限公司现有员工6000余人目前烧碱生产能力35万吨(全国第一位)，聚氯乙烯生产能力50万吨（全国第二位），环氧丙烷生产能力9万吨（全国第一位），现主要产品产量位居国内同行业前列宜宾天原集团由近代中国伟大的民族实业家吴蕴初（１８９１—１９５３）创建于1944年，是中国最早的氯碱化工企业之一经过60多年的创业发展，现为中国制造业企业500强、中国石油和化学工业百强企业是一个集氯碱化工、精细化工、建筑材料、煤化工于一体的企业集团为用户提供聚氯乙烯、烧碱、水合肼、ADC发泡剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、水泥、林产化工等系列不同规格型号产品，营销网络遍及全国主要大中城市，产品出口到欧洲、美洲、非洲、亚洲二十多个国家和地区新疆中泰化学股份有限公司主要从事聚氯乙烯树脂（PVC）、离子膜烧碱、工业盐、电石、焦炭等化工产品的生产和销售。
产品主要供应西北、华东、华南和华中地区，向西出口俄罗斯、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦以及巴基斯坦、印度、越南等中亚、南亚地区，并远销南美洲和非洲公司自2001年12月设立以来，连续10年保持年均40％以上的经济发展速度，生产能力已达到年产90万吨聚氯乙烯树脂、65万吨烧碱，跻身全国氯碱行业前三位目前公司总资产超过100亿元，总股本达到115434万股，员工人数约7000人2、己二腈的电合成 己二腈是生产己二胺、己内酰胺、尼龙66等产品的重要化工原料美国英威达公司(原杜邦公司)开发的丁二烯基己二腈绿色合成路线，与传统合成工艺相比，原料低廉易得、线路短、无污染、能耗低，显示了很强的市场竞争力上世纪70年代初，杜邦公司开发了不用氯气的丁二烯直接氰化法，反应包括一次氰化、异构化、二次氰化三步直接氰化法具有原料成本低、无污染、产品质量及收率高、工艺路线短、相对投资较低等特点，比氯化法降低原料成本15%，节能45%，生产成本比己二酸氨化脱水法低38.8%，比丙烯腈二聚法低19.7%2007年，英威达公司与上海化学工业区发展有限公司签署尼龙66中间体项目投资协议，投资7亿美元建亚洲第一个己二腈/己二胺生产厂。
新工厂采用英威达的丁二烯基己二腈技术英威达公司表示，与丙烯法生产己二腈相比，该技术能耗低，二氧化碳排放可减少60%至65%新生产设施建成后，英威达将占领全球三分之二的己二腈和己二胺市场2010年4月22日讯 21日下午，绿色制造-创新汽车材料科技应用公众开放日暨创新会议召开罗地亚汽车材料副总裁Jean Cloude Steinmetz在接受PUWORLD记者的采访时表示，将会逐步加大对亚洲己二腈的供应，以巩固罗地亚在亚洲市场的发展据了解，中国国内企业有大量的尼龙66项目等待建设，但作为其原料的己二腈的缺乏大大制约了中国尼龙66的发展罗地亚是世界上少数几个生产己二腈的企业之一，针对亚洲己二腈的供应情况，其汽车材料副总裁Jean Cloude Steinmetz表示，罗地亚将逐步保证己二腈的供应，巩固亚洲市场 预计2010年、2015年我国对己二腈的需要量将分别为13万吨和17万吨，而目前我国没有上规模的己二腈生产企业，基本靠进口来满足3、金属的电解提取与精炼铜陵有色金属集团控股有限公司，1949年12月中央决定组建，1952年6月正式投产，是新中国最早建设起来的铜工业基地，12年保持中国铜工业首位，世界第六。
2009年销售收入402亿，“十二五”打造成千亿产值企业电解合成丁二酸阳极电沉积电极电解锌电极电解铜箔电极铝箔化成电极钛阳极三、 主要参考书目（1） 电解工程 陈延禧 天津科学技术出版社 1993-08（2） 电化学工程基础 吴辉煌 化学工业出版社 2008-03（3） 无机合成与制备化学 徐如人 高等教育出版社 2009-02（4） 钛电极学导论 张招贤 冶金工业出版社 2008-09（5） 现代铝电解 刘业翔 李劼 冶金工业出版社 2008-08（6） 有机电化学合成导论 马淳安 科学出版社 2002-04四、 本课程的主要内容第一章 绪论1.1 电解概念1.2 电解工业的特点1.3 电解工业的重要作用1.4 典型电解工业介绍1.5 本课程的主要内容第二章 电解工程基础知识（1） 电解液的基本性质（自学）（2） 电化学热力学（自学）（3） 电极过程动力学（自学）（4） 电极材料及其特性（☆）（5） 隔膜材料及特性（☆）第三章 电化学反应器（☆）（1）电化学反应器的组成（2）电化学反应器的类型及工作特性（3）电化学反应器的联结与组合（4）电化学反应器的设计概述第四章 电化学工程（☆）（1） 电解工程中的质量因数（2） 电解工程中的传质过程（3） 电解工程中的热传递与热恒算（4） 电极表面电位及电流分布（5） 析气效应与催化效应（6） 电解过程的经济优化第五章 氯碱工业第六章 金属的电解提取与精炼第七章 电合成第八章 熔盐电解（铝电解工业）第二章 电解工程基础知识一、电解质的性质电解质是指在溶液中或熔融状态下能部分或全部形成离子而导电的化合物。
主要包括酸、碱和盐类电解质是离子导体，离子导体的电导率随温度的升高而增大在英语中，电解质和电解质溶液是同一个词，electrolyte对电解质的性能要求是溶解度较大、稳定性好（热稳定、化学稳定、电化学稳定）、离子迁移数大、溶液电导率高、溶液粘度小离子导体的电导率κ（S/cm）表示材料中载流子（离子）在电场作用下传输电荷的能力，其大小由离子的浓度ci和淌度ui所决定： κ = ∑|zi|Fciui式中，F是法拉第常数；zi表示材料中载流子i电荷数离子导体的选用取决于电化学过程的本质、环境因素、安全因素和经济学因素二、电化学热力学（自学）三、电化学动力学（自学）第三章 电化学反应器一、 电化学反应器概述1、实现电化学反应的设备或装置称为电化学反应器，工业生产中一般又称为电解槽电化学反应器是实现电化学过程的核心装置2、电化学反应器的组成包括：电极、电解质、隔离器3、电化学反应器的运行：电流通过离子迁移、电子传递反应形成回路4、电化学反应器的类型：（1）按功能：电解器、电化学能量转换器、电化学能量储存器（2）按结构：箱式、压滤机式或板框式、特殊结构（3。