JP2000219991A - 電解還元装置 - Google Patents
電解還元装置Info
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- JP2000219991A JP2000219991A JP11020892A JP2089299A JP2000219991A JP 2000219991 A JP2000219991 A JP 2000219991A JP 11020892 A JP11020892 A JP 11020892A JP 2089299 A JP2089299 A JP 2089299A JP 2000219991 A JP2000219991 A JP 2000219991A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融金属に接触する電解槽底部の腐食を抑制
して炭素濃度の少ない溶融金属を回収する。 【解決手段】 電解還元装置10は、溶融塩18を貯え
底部に陰極13を有する電解槽11と、電解槽11の溶
融塩18中に保持される陽極19とを備え、陰極13及
び陽極19に通電して溶融塩18を電解することにより
還元された溶融金属21が電解槽11の底部に貯留可能
に構成される。溶融金属21が貯留する電解槽11の底
部内面にセラミックタイル23が設けられる。溶融金属
21が接触する電解槽11内面に互いに交差する複数の
凸条が形成され、複数の凸条により区画されて形成され
た複数の凹部にセラミックタイル23が埋設される。黒
鉛又は炭素材から成る薄板をセラミックタイル23を覆
うように電解槽の底部に敷設することが好ましい。
して炭素濃度の少ない溶融金属を回収する。 【解決手段】 電解還元装置10は、溶融塩18を貯え
底部に陰極13を有する電解槽11と、電解槽11の溶
融塩18中に保持される陽極19とを備え、陰極13及
び陽極19に通電して溶融塩18を電解することにより
還元された溶融金属21が電解槽11の底部に貯留可能
に構成される。溶融金属21が貯留する電解槽11の底
部内面にセラミックタイル23が設けられる。溶融金属
21が接触する電解槽11内面に互いに交差する複数の
凸条が形成され、複数の凸条により区画されて形成され
た複数の凹部にセラミックタイル23が埋設される。黒
鉛又は炭素材から成る薄板をセラミックタイル23を覆
うように電解槽の底部に敷設することが好ましい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融塩電解により
ウラン等の活性な金属を溶融状態で生成する電解還元装
置に関するものである。
ウラン等の活性な金属を溶融状態で生成する電解還元装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶融塩電解では金属酸化物や金属塩が還
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
従来、このような装置として図5に示すようなものが知
られている。図5に示す電解還元装置は、溶融塩2を貯
え陰極に接続された電解槽1と、電解槽1の溶融塩2中
に保持される陽極3とを備える。この電解槽1は溶融塩
を貯留するものであるため、溶融塩2に対して耐食性を
有しかつ陰極を形成するための条件として導電性である
ことが必要であるため、黒鉛又は炭素材を加工すること
により作られる。この電解槽1では電解電流が溶融塩2
の中を流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解
槽の厳密な温度管理により電解槽1の側面部1aのフッ
化物塩部分2aを非溶融状態にして電解槽の側面部1a
を絶縁状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解
槽1の底部のみに限定して電解を行うようになってい
る。この装置では、この陰極及び陽極に通電して溶融塩
を電解することにより還元された溶融金属は電解槽の底
部に貯留するように構成される。
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
従来、このような装置として図5に示すようなものが知
られている。図5に示す電解還元装置は、溶融塩2を貯
え陰極に接続された電解槽1と、電解槽1の溶融塩2中
に保持される陽極3とを備える。この電解槽1は溶融塩
を貯留するものであるため、溶融塩2に対して耐食性を
有しかつ陰極を形成するための条件として導電性である
ことが必要であるため、黒鉛又は炭素材を加工すること
により作られる。この電解槽1では電解電流が溶融塩2
の中を流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解
槽の厳密な温度管理により電解槽1の側面部1aのフッ
化物塩部分2aを非溶融状態にして電解槽の側面部1a
を絶縁状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解
槽1の底部のみに限定して電解を行うようになってい
る。この装置では、この陰極及び陽極に通電して溶融塩
を電解することにより還元された溶融金属は電解槽の底
部に貯留するように構成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、黒鉛又は炭素
材は溶融塩に対する耐食性に優れるけれども、活性な溶
融金属に対する耐食性に劣る欠点がある。即ち、上述し
た電解還元装置では、電解により還元された活性な溶融
金属が電解槽の底部に貯留すると、その溶融金属に接触
する電解槽の底部がその溶融金属により腐食する不具合
がある。また、黒鉛又は炭素材から成る電解槽が溶融金
属により腐食すると、還元して生成した溶融金属の炭素
濃度が上昇し、溶融金属が炭素により汚染される不具合
もある。この点を解消するために、溶融金属に対する耐
食性が良好な酸化物等のセラミックにより電解槽を形成
することも考えられるが、セラミックは電解槽に当初貯
えられる溶融塩により著しく腐食する問題点がある。本
発明の目的は、溶融金属に接触する電解槽底部の腐食を
抑制して炭素濃度の少ない溶融金属を回収しうる電解還
元装置を提供することにある。
材は溶融塩に対する耐食性に優れるけれども、活性な溶
融金属に対する耐食性に劣る欠点がある。即ち、上述し
た電解還元装置では、電解により還元された活性な溶融
金属が電解槽の底部に貯留すると、その溶融金属に接触
する電解槽の底部がその溶融金属により腐食する不具合
がある。また、黒鉛又は炭素材から成る電解槽が溶融金
属により腐食すると、還元して生成した溶融金属の炭素
濃度が上昇し、溶融金属が炭素により汚染される不具合
もある。この点を解消するために、溶融金属に対する耐
食性が良好な酸化物等のセラミックにより電解槽を形成
することも考えられるが、セラミックは電解槽に当初貯
えられる溶融塩により著しく腐食する問題点がある。本
発明の目的は、溶融金属に接触する電解槽底部の腐食を
抑制して炭素濃度の少ない溶融金属を回収しうる電解還
元装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように、溶融塩18を貯え底部に陰極13を
有する電解槽11と、電解槽11の溶融塩18中に保持
される陽極19とを備え、陰極13及び陽極19に通電
して溶融塩18を電解することにより還元された溶融金
属21が電解槽11の底部に貯留可能に構成された電解
還元装置の改良である。その特徴ある構成は、溶融金属
21が貯留する電解槽11の底部内面にセラミックタイ
ル23が設けられたところにある。この請求項1に係る
発明では、溶融金属に対する耐食性が良好なセラミック
から成るタイルを溶融金属21が貯留する電解槽11の
底部内面に設けることにより、その貯留した溶融金属2
1により電解槽11が腐食することを防止する。
図1に示すように、溶融塩18を貯え底部に陰極13を
有する電解槽11と、電解槽11の溶融塩18中に保持
される陽極19とを備え、陰極13及び陽極19に通電
して溶融塩18を電解することにより還元された溶融金
属21が電解槽11の底部に貯留可能に構成された電解
還元装置の改良である。その特徴ある構成は、溶融金属
21が貯留する電解槽11の底部内面にセラミックタイ
ル23が設けられたところにある。この請求項1に係る
発明では、溶融金属に対する耐食性が良好なセラミック
から成るタイルを溶融金属21が貯留する電解槽11の
底部内面に設けることにより、その貯留した溶融金属2
1により電解槽11が腐食することを防止する。
【0005】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、図2に示すように、溶融金属21が接触す
る電解槽11内面に互いに交差する複数の凸条24が形
成され、複数の凸条24により区画されて形成された複
数の凹部26にセラミックタイル23が埋設された電解
還元装置である。この請求項2に係る発明では、電解槽
11の底部に絶縁性のセラミックタイル23が設けられ
ても、電解槽11に貯留する溶融金属21が凸条24の
先端に接触して陰極を形成する。溶融金属21が接触す
る凸条24は腐食するが、凸条24が腐食減少してセラ
ミックタイル23の間に窪みが生じた後には、その窪み
の溶融金属21はその窪みの内部で滞留する。このた
め、その窪みで滞留する溶融金属21の炭素濃度は上昇
して所定量以上の凸条24の腐食は抑制され、窪み以外
の溶融金属21の炭素濃度が上昇することを防止する。
明であって、図2に示すように、溶融金属21が接触す
る電解槽11内面に互いに交差する複数の凸条24が形
成され、複数の凸条24により区画されて形成された複
数の凹部26にセラミックタイル23が埋設された電解
還元装置である。この請求項2に係る発明では、電解槽
11の底部に絶縁性のセラミックタイル23が設けられ
ても、電解槽11に貯留する溶融金属21が凸条24の
先端に接触して陰極を形成する。溶融金属21が接触す
る凸条24は腐食するが、凸条24が腐食減少してセラ
ミックタイル23の間に窪みが生じた後には、その窪み
の溶融金属21はその窪みの内部で滞留する。このた
め、その窪みで滞留する溶融金属21の炭素濃度は上昇
して所定量以上の凸条24の腐食は抑制され、窪み以外
の溶融金属21の炭素濃度が上昇することを防止する。
【0006】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、黒鉛又は炭素材から成る薄板27が
セラミックタイル23を覆うように電解槽11の底部に
敷設された電解還元装置である。この請求項3に係る発
明では、溶融金属21が貯留する以前に溶融塩18は黒
鉛から成る薄板27の表面と接触し、薄板27はセラミ
ックタイル23が溶融塩18と接触することを防止して
そのセラミックタイル23が溶融塩18により腐食する
ことを防止する。溶融金属21が貯留した後に薄板27
は腐食消滅し、その後に出現するセラミックタイル23
が黒鉛等から成る電解槽11の腐食を抑制する。
係る発明であって、黒鉛又は炭素材から成る薄板27が
セラミックタイル23を覆うように電解槽11の底部に
敷設された電解還元装置である。この請求項3に係る発
明では、溶融金属21が貯留する以前に溶融塩18は黒
鉛から成る薄板27の表面と接触し、薄板27はセラミ
ックタイル23が溶融塩18と接触することを防止して
そのセラミックタイル23が溶融塩18により腐食する
ことを防止する。溶融金属21が貯留した後に薄板27
は腐食消滅し、その後に出現するセラミックタイル23
が黒鉛等から成る電解槽11の腐食を抑制する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の電解還元装置の実施の形
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置10は
活性な金属であるウランの酸化物(UO2,U3O8等)
を電解還元するのに適する。図1に示すように、この装
置10の電解槽11は、黒鉛製の槽本体12と黒鉛製の
導電部材13とにより構成される。槽本体12は有底円
筒体であって、その底部の中央に円形の開口部12aが
形成される。導電部材13は、開口部12aと所定の隙
間を有するようにこの開口部12aに設けられる。具体
的に、導電部材13は絶縁材14を介して開口部12a
の底部に設置され、槽本体12と導電部材13は適切な
距離で離間して絶縁され、この導電部材13には陰極が
接続される。
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置10は
活性な金属であるウランの酸化物(UO2,U3O8等)
を電解還元するのに適する。図1に示すように、この装
置10の電解槽11は、黒鉛製の槽本体12と黒鉛製の
導電部材13とにより構成される。槽本体12は有底円
筒体であって、その底部の中央に円形の開口部12aが
形成される。導電部材13は、開口部12aと所定の隙
間を有するようにこの開口部12aに設けられる。具体
的に、導電部材13は絶縁材14を介して開口部12a
の底部に設置され、槽本体12と導電部材13は適切な
距離で離間して絶縁され、この導電部材13には陰極が
接続される。
【0008】導電部材13の槽本体12の内部に臨む部
分は有底筒部13aに形成され、筒部13aの上縁は槽
本体12の内底面より低く形成される。槽本体12の開
口部12a周縁と有底筒部13aの先端周縁との間には
絶縁性部材である窒化ホウ素製の被覆部材16が設けら
れる。被覆部材16の上面は槽本体12の底部表面と同
一平面をなすように形成され、被覆部材16には下端が
有底筒部13aに所定の隙間を持って挿入可能な外形を
有する挿入筒部16aが形成される。槽本体12には導
電部材13との隙間に連通する不活性ガスの導入流路1
2bが形成され、槽本体12の外部には図示しないがこ
の導入流路12bに不活性ガスを圧送するガス供給手段
であるガスボンベが設けられる。なお、槽本体12の溶
融塩18中には陽極19が保持して設けられる。
分は有底筒部13aに形成され、筒部13aの上縁は槽
本体12の内底面より低く形成される。槽本体12の開
口部12a周縁と有底筒部13aの先端周縁との間には
絶縁性部材である窒化ホウ素製の被覆部材16が設けら
れる。被覆部材16の上面は槽本体12の底部表面と同
一平面をなすように形成され、被覆部材16には下端が
有底筒部13aに所定の隙間を持って挿入可能な外形を
有する挿入筒部16aが形成される。槽本体12には導
電部材13との隙間に連通する不活性ガスの導入流路1
2bが形成され、槽本体12の外部には図示しないがこ
の導入流路12bに不活性ガスを圧送するガス供給手段
であるガスボンベが設けられる。なお、槽本体12の溶
融塩18中には陽極19が保持して設けられる。
【0009】また、槽本体12には下端が底部と所定の
間隔をあけて仕切壁12cが設けられ、この仕切壁12
cと槽本体12の側壁とにより、原料となるウラン酸化
物を溶融塩18中に供給するための供給口12dが形成
される。槽本体12の外部には加熱することにより塩を
溶融状態にして電解槽11の電解液とするヒータ17が
設けられる。一方、導電部材13には有底筒部13aに
連通して電解により生成された溶融金属21を排出可能
に構成されたクランク状の排出口13bが形成され、排
出口13bの中間に連通する縦孔12eが槽本体12の
側壁に形成される。この縦孔12eには先端にセラミッ
ク製の封止栓22aを有する遮断用ロッド22が挿入さ
れ、遮断用ロッド22は図の実線矢印で示すように上昇
すると、この排出口13bを開放し、破線矢印で示すよ
うに下降すると、この排出口13bを遮断するように構
成される。
間隔をあけて仕切壁12cが設けられ、この仕切壁12
cと槽本体12の側壁とにより、原料となるウラン酸化
物を溶融塩18中に供給するための供給口12dが形成
される。槽本体12の外部には加熱することにより塩を
溶融状態にして電解槽11の電解液とするヒータ17が
設けられる。一方、導電部材13には有底筒部13aに
連通して電解により生成された溶融金属21を排出可能
に構成されたクランク状の排出口13bが形成され、排
出口13bの中間に連通する縦孔12eが槽本体12の
側壁に形成される。この縦孔12eには先端にセラミッ
ク製の封止栓22aを有する遮断用ロッド22が挿入さ
れ、遮断用ロッド22は図の実線矢印で示すように上昇
すると、この排出口13bを開放し、破線矢印で示すよ
うに下降すると、この排出口13bを遮断するように構
成される。
【0010】この電解槽11では、開口部12aと導電
部材13との間に隙間を設けたことにより導電部材13
と槽本体12との間が電気的に絶縁され、陰極に電気的
に接続されることにより導電部材13は電解槽11の底
部で陰極として作用する。この電解槽11の槽本体12
内に支持塩を入れて溶融状態にし、これと同時に開口部
12aと導電部材13との間の隙間にガス供給手段であ
るガスボンベにより不活性ガスを導入流路12bを介し
て図の実線矢印で示すように圧送することにより溶融塩
18が隙間に侵入することを防止するようになってい
る。
部材13との間に隙間を設けたことにより導電部材13
と槽本体12との間が電気的に絶縁され、陰極に電気的
に接続されることにより導電部材13は電解槽11の底
部で陰極として作用する。この電解槽11の槽本体12
内に支持塩を入れて溶融状態にし、これと同時に開口部
12aと導電部材13との間の隙間にガス供給手段であ
るガスボンベにより不活性ガスを導入流路12bを介し
て図の実線矢印で示すように圧送することにより溶融塩
18が隙間に侵入することを防止するようになってい
る。
【0011】この電解還元装置10ではヒータ17によ
り加熱して電解槽11に入れられた支持塩を溶融させた
後、陽極19及び陰極となる導電部材13に通電し、こ
の状態で原料のUO2,U3O8等の金属酸化物を槽本体
12に供給すると、この金属酸化物の電解還元が行わ
れ、電解液である溶融塩18中の金属陽イオンは陰極で
ある導電部材13の有底筒部13aの内面に溶融金属2
1となって析出する。なお、この生成した溶融金属21
はその比重差により有底筒部13a内に貯留し、有底筒
部13a内に貯留した金属21は、遮断用ロッド22を
上昇させることにより、導電部材13に設けられた排出
口13bを介して回収可能に構成される。
り加熱して電解槽11に入れられた支持塩を溶融させた
後、陽極19及び陰極となる導電部材13に通電し、こ
の状態で原料のUO2,U3O8等の金属酸化物を槽本体
12に供給すると、この金属酸化物の電解還元が行わ
れ、電解液である溶融塩18中の金属陽イオンは陰極で
ある導電部材13の有底筒部13aの内面に溶融金属2
1となって析出する。なお、この生成した溶融金属21
はその比重差により有底筒部13a内に貯留し、有底筒
部13a内に貯留した金属21は、遮断用ロッド22を
上昇させることにより、導電部材13に設けられた排出
口13bを介して回収可能に構成される。
【0012】本発明の特徴ある構成は、溶融金属21が
貯留する導電部材13の底部内面にセラミックタイル2
3が設けられたところにある。図2に示すように、この
実施形態では、溶融金属が接触する導電部材13の内面
に互いに交差する複数の凸条24が形成され、この複数
の凸条24により区画されて形成された複数の凹部26
にセラミックタイル23は埋設される。図2及び図3に
示すように、この実施の形態では凸条24により形成さ
れる凹部26の内部に更に穴26aが形成され、セラミ
ックタイル23は凹部26の深さに相当する厚さを有し
かつその凹部26にはめ込まれて電解槽の内面を形成す
る平板部23aと、凹部26の内に形成された穴26a
に挿入する凸部23bとが一体的に形成され、セラミッ
クタイル23は接着剤によりその凹部26に埋設され
る。
貯留する導電部材13の底部内面にセラミックタイル2
3が設けられたところにある。図2に示すように、この
実施形態では、溶融金属が接触する導電部材13の内面
に互いに交差する複数の凸条24が形成され、この複数
の凸条24により区画されて形成された複数の凹部26
にセラミックタイル23は埋設される。図2及び図3に
示すように、この実施の形態では凸条24により形成さ
れる凹部26の内部に更に穴26aが形成され、セラミ
ックタイル23は凹部26の深さに相当する厚さを有し
かつその凹部26にはめ込まれて電解槽の内面を形成す
る平板部23aと、凹部26の内に形成された穴26a
に挿入する凸部23bとが一体的に形成され、セラミッ
クタイル23は接着剤によりその凹部26に埋設され
る。
【0013】具体的に説明すると、凸部23bの両側部
には穴26aの内側面に対向する一対の溝23cがそれ
ぞれ形成され、溝23cの断面と同一の断面を有する角
棒25がこの溝23cを埋めるように挿入される。角棒
25は導電部材13と同一材料である黒鉛により作ら
れ、接着剤は炭素を含有し黒鉛等を強固に接着するもの
が使用される。接着剤は溝23cに挿入された角棒25
に塗布され、この状態で凸部23bをその角棒25とと
もに穴26aに挿入する。なお、接着剤は角棒25が対
面する穴26aの側壁(図2のハッチングで示す部分)
に塗布しても良い。これにより、図3の拡大図に示すよ
うに角棒25は穴26aの側壁に接着して凸部23bが
その穴26aから離脱することを禁止し、凸部23bが
一体的に形成された平板部23aは凹部26に埋没す
る。このようにして凹部26に埋設されたセラミックタ
イル23の表面は凸条24の先端面と面一になり電解槽
の内面を形成する。
には穴26aの内側面に対向する一対の溝23cがそれ
ぞれ形成され、溝23cの断面と同一の断面を有する角
棒25がこの溝23cを埋めるように挿入される。角棒
25は導電部材13と同一材料である黒鉛により作ら
れ、接着剤は炭素を含有し黒鉛等を強固に接着するもの
が使用される。接着剤は溝23cに挿入された角棒25
に塗布され、この状態で凸部23bをその角棒25とと
もに穴26aに挿入する。なお、接着剤は角棒25が対
面する穴26aの側壁(図2のハッチングで示す部分)
に塗布しても良い。これにより、図3の拡大図に示すよ
うに角棒25は穴26aの側壁に接着して凸部23bが
その穴26aから離脱することを禁止し、凸部23bが
一体的に形成された平板部23aは凹部26に埋没す
る。このようにして凹部26に埋設されたセラミックタ
イル23の表面は凸条24の先端面と面一になり電解槽
の内面を形成する。
【0014】図3に示すように、セラミックタイル23
が凹部26に埋設された電解槽である導電部材13の底
部には、黒鉛又は炭素材から成る薄板27がセラミック
タイル23を覆うように敷設される。薄板27の厚さは
溶融塩18の液深により定められ、0.1mm〜3mm
であることが好ましい。この実施の形態における薄板2
7は炭素を含有する接着剤によりセラミックタイル23
の表面及び凸条24の先端面に接着され、凸条24を介
して陰極に電気的に接続するように敷設される。このよ
うに構成された電解還元装置10では、ヒータ17によ
り加熱して電解槽11に入れられた支持塩を溶融させる
と、その溶融塩は黒鉛から成る電解槽11の及び黒鉛か
ら成る薄板27の表面と接触する。このため、薄板27
はセラミックタイル23が溶融塩18と接触することを
防止してそのセラミックタイル23が溶融塩18により
腐食することを防止する。
が凹部26に埋設された電解槽である導電部材13の底
部には、黒鉛又は炭素材から成る薄板27がセラミック
タイル23を覆うように敷設される。薄板27の厚さは
溶融塩18の液深により定められ、0.1mm〜3mm
であることが好ましい。この実施の形態における薄板2
7は炭素を含有する接着剤によりセラミックタイル23
の表面及び凸条24の先端面に接着され、凸条24を介
して陰極に電気的に接続するように敷設される。このよ
うに構成された電解還元装置10では、ヒータ17によ
り加熱して電解槽11に入れられた支持塩を溶融させる
と、その溶融塩は黒鉛から成る電解槽11の及び黒鉛か
ら成る薄板27の表面と接触する。このため、薄板27
はセラミックタイル23が溶融塩18と接触することを
防止してそのセラミックタイル23が溶融塩18により
腐食することを防止する。
【0015】その後、陽極19及び陰極である導電部材
13に通電して金属酸化物を槽本体12に供給すると、
この金属酸化物の電解還元が行われ、陰極である導電部
材13の有底筒部13aに溶融金属21が析出する。こ
の析出した溶融金属21はその比重差により有底筒部1
3a内に貯留する。この溶融金属21はセラミックタイ
ル23を覆うように敷設された黒鉛から成る薄板27を
腐食させるが、この薄板27が腐食消滅した後に出現す
るセラミックタイル23は溶融金属21に対して耐食性
を有し腐食することはない。このため、セラミックタイ
ル23は黒鉛から成る導電部材13が溶融金属と接触す
ることを防止してその電解槽11が溶融金属21により
腐食することを抑制する。
13に通電して金属酸化物を槽本体12に供給すると、
この金属酸化物の電解還元が行われ、陰極である導電部
材13の有底筒部13aに溶融金属21が析出する。こ
の析出した溶融金属21はその比重差により有底筒部1
3a内に貯留する。この溶融金属21はセラミックタイ
ル23を覆うように敷設された黒鉛から成る薄板27を
腐食させるが、この薄板27が腐食消滅した後に出現す
るセラミックタイル23は溶融金属21に対して耐食性
を有し腐食することはない。このため、セラミックタイ
ル23は黒鉛から成る導電部材13が溶融金属と接触す
ることを防止してその電解槽11が溶融金属21により
腐食することを抑制する。
【0016】なお、図4に示すように、薄板27が腐食
消滅した後には凸条24に溶融金属21が接触してその
溶融金属21はこの凸条24を腐食させるが、凸条24
が腐食減少して窪んだ部分における溶融金属21はセラ
ミックタイル23の間に挟まれて滞留する。このため、
セラミックタイル23の間の窪みで滞留する溶融金属2
1の炭素濃度は上昇し、所定量以上の凸条24の腐食は
抑制される。また、炭素濃度の上昇した溶融金属21が
その窪みで滞留することにより、その窪み以外の有底筒
部13a内に貯留する溶融金属21の炭素濃度の上昇は
抑制され、導電部材13の排出口13bを介して回収さ
れる溶融金属21が炭素により汚染されることを防止す
る。
消滅した後には凸条24に溶融金属21が接触してその
溶融金属21はこの凸条24を腐食させるが、凸条24
が腐食減少して窪んだ部分における溶融金属21はセラ
ミックタイル23の間に挟まれて滞留する。このため、
セラミックタイル23の間の窪みで滞留する溶融金属2
1の炭素濃度は上昇し、所定量以上の凸条24の腐食は
抑制される。また、炭素濃度の上昇した溶融金属21が
その窪みで滞留することにより、その窪み以外の有底筒
部13a内に貯留する溶融金属21の炭素濃度の上昇は
抑制され、導電部材13の排出口13bを介して回収さ
れる溶融金属21が炭素により汚染されることを防止す
る。
【0017】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 <実施例1>図1に示す装置と、フッ化物溶融塩18を
生成するフッ化物を準備した。電解槽の底部内面に設け
られるセラミックタイル23はY2O3からなるものを使
用し、このセラミックタイル23は厚さ0.3mmの黒
鉛から成る薄板27により覆った。フッ化物は74重量
%のBaF2と、11重量%のLiFと、15重量%の
UF4とからなる混合物を準備した。このフッ化物混合
物を槽本体12に供給し、ヒータ17の誘導加熱コイル
に通電して電解槽11を加熱し、徐々にウランの融点以
上の1200℃まで昇温した。これと同時に開口部12
aと導電部材13との間の隙間にガス供給手段であるガ
スボンベから不活性ガスのアルゴンを導入流路12bを
介して圧送し、供給したフッ化物混合物が溶融塩18と
なったときにも、この溶融塩18が上記隙間に侵入する
ことを防止した。
生成するフッ化物を準備した。電解槽の底部内面に設け
られるセラミックタイル23はY2O3からなるものを使
用し、このセラミックタイル23は厚さ0.3mmの黒
鉛から成る薄板27により覆った。フッ化物は74重量
%のBaF2と、11重量%のLiFと、15重量%の
UF4とからなる混合物を準備した。このフッ化物混合
物を槽本体12に供給し、ヒータ17の誘導加熱コイル
に通電して電解槽11を加熱し、徐々にウランの融点以
上の1200℃まで昇温した。これと同時に開口部12
aと導電部材13との間の隙間にガス供給手段であるガ
スボンベから不活性ガスのアルゴンを導入流路12bを
介して圧送し、供給したフッ化物混合物が溶融塩18と
なったときにも、この溶融塩18が上記隙間に侵入する
ことを防止した。
【0018】次に、槽本体12の上方から陽極19をフ
ッ化物溶融塩18中に挿入し、導電部材13を陰極とし
て陰極電流密度が0.7〜1.6A/cm2の範囲で通
電した後、原料となるUO2を供給口12dから供給し
て溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電解液
である溶融塩18中のウランイオン(U4+)が陰極であ
る導電部材13の有底筒部13aの内面に溶融した金属
ウラン21となって析出し、有底筒部13a内に貯留し
た。所定量の金属ウラン21が析出した時点で遮断用ロ
ッド22を上昇させて排出口13bを開放して溶融した
金属ウラン21を排出口13bを介して所定量排出させ
た。その後、遮断用ロッド22を再び下降させて排出口
13bを遮断し、溶融した金属ウラン21が排出した分
だけ供給口12dから原料のウラン酸化物を新たに供給
することにより連続的に電解還元を行った。
ッ化物溶融塩18中に挿入し、導電部材13を陰極とし
て陰極電流密度が0.7〜1.6A/cm2の範囲で通
電した後、原料となるUO2を供給口12dから供給し
て溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電解液
である溶融塩18中のウランイオン(U4+)が陰極であ
る導電部材13の有底筒部13aの内面に溶融した金属
ウラン21となって析出し、有底筒部13a内に貯留し
た。所定量の金属ウラン21が析出した時点で遮断用ロ
ッド22を上昇させて排出口13bを開放して溶融した
金属ウラン21を排出口13bを介して所定量排出させ
た。その後、遮断用ロッド22を再び下降させて排出口
13bを遮断し、溶融した金属ウラン21が排出した分
だけ供給口12dから原料のウラン酸化物を新たに供給
することにより連続的に電解還元を行った。
【0019】<比較例1>Y2O3からなるセラミックタ
イル23と黒鉛から成る薄板27を設けないこと以外は
実施例1と同一構造の電解還元装置を用意し、実施例1
と同一組成のフッ化物をその電解槽に供給し、電気炉に
より1200℃まで昇温して溶融させた。その後、原料
のウラン酸化物を電解槽に入れ電解時間を除き実施例1
と同一の条件及び手順で電解を行った。
イル23と黒鉛から成る薄板27を設けないこと以外は
実施例1と同一構造の電解還元装置を用意し、実施例1
と同一組成のフッ化物をその電解槽に供給し、電気炉に
より1200℃まで昇温して溶融させた。その後、原料
のウラン酸化物を電解槽に入れ電解時間を除き実施例1
と同一の条件及び手順で電解を行った。
【0020】<比較試験及び評価>実施例1において
は、電解開始後10時間経過後に排出口13bを介して
排出された金属ウラン、及び電解開始後50時間経過後
に排出された金属ウランのそれぞれの炭素濃度を測定し
た。その結果、10時間経過後に排出された金属ウラン
の炭素濃度は200ppmであったが、50時間経過後
に排出された金属ウランの炭素濃度は150ppmであ
った。10時間経過後に排出された金属ウランの炭素濃
度が200ppmであったのは黒鉛から成る薄板27が
腐食したことに起因するものと考えられ、50時間経過
後に排出された金属ウランの炭素濃度が150ppmと
減少したのはその薄板27が消滅したことによるものと
考えられる。
は、電解開始後10時間経過後に排出口13bを介して
排出された金属ウラン、及び電解開始後50時間経過後
に排出された金属ウランのそれぞれの炭素濃度を測定し
た。その結果、10時間経過後に排出された金属ウラン
の炭素濃度は200ppmであったが、50時間経過後
に排出された金属ウランの炭素濃度は150ppmであ
った。10時間経過後に排出された金属ウランの炭素濃
度が200ppmであったのは黒鉛から成る薄板27が
腐食したことに起因するものと考えられ、50時間経過
後に排出された金属ウランの炭素濃度が150ppmと
減少したのはその薄板27が消滅したことによるものと
考えられる。
【0021】比較例1においては、電解開始後10時間
経過後に排出口13bを介して排出された金属ウラン、
及び電解開始後20時間経過後に排出された金属ウラン
のそれぞれの炭素濃度を測定した。その結果、10時間
及び20時間経過後に排出されたそれぞれの金属ウラン
の炭素濃度はいずれも200ppmであった。10時間
以上経過後しても炭素濃度が200ppmであるのは、
比較例1では常に黒鉛から成る電解槽が溶融金属である
金属ウランにより腐食していることに起因するものと考
えられる。また、実施例1では電解開始後70時間経過
後に電解槽を解体し、比較例1では電解開始後20時間
経過後に電解槽を解体し、実施例1及び比較例1の金属
ウランが貯留した電解槽底部を目視により観察した。そ
の結果、実施例1の電解槽底面に敷設された薄板27は
おおむね消滅していたが、セラミックタイル23には損
傷した形跡が見られなかった。一方、比較例1の電解槽
底面の黒鉛には腐食の形跡が認められた。
経過後に排出口13bを介して排出された金属ウラン、
及び電解開始後20時間経過後に排出された金属ウラン
のそれぞれの炭素濃度を測定した。その結果、10時間
及び20時間経過後に排出されたそれぞれの金属ウラン
の炭素濃度はいずれも200ppmであった。10時間
以上経過後しても炭素濃度が200ppmであるのは、
比較例1では常に黒鉛から成る電解槽が溶融金属である
金属ウランにより腐食していることに起因するものと考
えられる。また、実施例1では電解開始後70時間経過
後に電解槽を解体し、比較例1では電解開始後20時間
経過後に電解槽を解体し、実施例1及び比較例1の金属
ウランが貯留した電解槽底部を目視により観察した。そ
の結果、実施例1の電解槽底面に敷設された薄板27は
おおむね消滅していたが、セラミックタイル23には損
傷した形跡が見られなかった。一方、比較例1の電解槽
底面の黒鉛には腐食の形跡が認められた。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
融金属に対する耐食性が良好なセラミックタイルを溶融
金属が貯留する電解槽の底部内面に設けたので、その貯
留した溶融金属により電解槽が腐食することを抑制する
ことができる。特に、溶融金属が接触する電解槽内面に
互いに交差する複数の凸条を形成し、この複数の凸条に
より区画されて形成された複数の凹部にセラミックタイ
ルを埋設すれば、電解槽に貯留する溶融金属が凸条の先
端に接触して陰極を形成することができる。この場合、
溶融金属が接触する凸条は腐食するが、凸条が腐食減少
してセラミックタイルの間に窪みが生じた後には、その
窪みの溶融金属はその窪みの内部で滞留するため、その
窪みで滞留する溶融金属の炭素濃度は上昇して所定量以
上の凸条の腐食は抑制され、窪み以外の溶融金属の炭素
濃度が上昇することを防止することができる。また、セ
ラミックタイルを覆うように電解槽の底部に黒鉛又は炭
素材から成る薄板を敷設すれば、溶融金属が貯留する以
前の溶融塩がセラミックタイルに接触することを防止し
てそのセラミックタイルが溶融塩により腐食することを
防止することができる。この場合、薄板は溶融金属が貯
留した後に腐食消滅し、その後に出現するセラミックタ
イルが黒鉛等から成る電解槽の腐食を抑制する。
融金属に対する耐食性が良好なセラミックタイルを溶融
金属が貯留する電解槽の底部内面に設けたので、その貯
留した溶融金属により電解槽が腐食することを抑制する
ことができる。特に、溶融金属が接触する電解槽内面に
互いに交差する複数の凸条を形成し、この複数の凸条に
より区画されて形成された複数の凹部にセラミックタイ
ルを埋設すれば、電解槽に貯留する溶融金属が凸条の先
端に接触して陰極を形成することができる。この場合、
溶融金属が接触する凸条は腐食するが、凸条が腐食減少
してセラミックタイルの間に窪みが生じた後には、その
窪みの溶融金属はその窪みの内部で滞留するため、その
窪みで滞留する溶融金属の炭素濃度は上昇して所定量以
上の凸条の腐食は抑制され、窪み以外の溶融金属の炭素
濃度が上昇することを防止することができる。また、セ
ラミックタイルを覆うように電解槽の底部に黒鉛又は炭
素材から成る薄板を敷設すれば、溶融金属が貯留する以
前の溶融塩がセラミックタイルに接触することを防止し
てそのセラミックタイルが溶融塩により腐食することを
防止することができる。この場合、薄板は溶融金属が貯
留した後に腐食消滅し、その後に出現するセラミックタ
イルが黒鉛等から成る電解槽の腐食を抑制する。
【図1】本発明の電解還元装置の中央縦断面図。
【図2】その電解槽の凸条が形成された内底部とセラミ
ックタイルの関係を示す斜視図。
ックタイルの関係を示す斜視図。
【図3】図1のA部拡大断面図
【図4】薄板が腐食消滅した後の図3のB部拡大断面図
【図5】従来の電解還元装置を示す図1に対応する断面
図。
図。
10 電解還元装置 11 電解槽 13 導電部材(陰極) 18 溶融塩 19 陽極 21 溶融金属 23 セラミックタイル 24 凸条 26 凹部 27 薄板
【手続補正書】
【提出日】平成11年11月11日(1999.11.
11)
11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1及び図2に示すように、溶融塩18を貯え有底筒部
13aが形成された陰極13を底部に有する電解槽11
と、電解槽11の溶融塩18中に保持される陽極19と
を備え、陰極13及び陽極19に通電して溶融塩18を
電解することにより還元された溶融金属21が有底筒部
13aに貯留可能に構成された電解還元装置の改良であ
る。その特徴ある構成は、溶融金属21が貯留する有底
筒部13aの内面に互いに交差する複数の凸条24が形
成され、複数の凸条24により区画されて形成された複
数の凹部26にセラミックタイル23が埋設されたとこ
ろにある。この請求項1に係る発明では、溶融金属に対
する耐食性が良好なセラミックから成るタイルを溶融金
属21が貯留する有底筒部13aの内面に設けることに
より、その貯留した溶融金属21により電解槽11が腐
食することを防止する。有底筒部13aの内面に絶縁性
のセラミックタイル23を設けても、電解槽11に貯留
する溶融金属21は凸条24の先端に接触して陰極を形
成する。溶融金属21が接触する凸条24は腐食する
が、凸条24が腐食減少してセラミックタイル23の間
に窪みが生じた後には、その窪みの溶融金属21はその
窪みの内部で滞留する。このため、その窪みで滞留する
溶融金属21の炭素濃度は上昇して所定量以上の凸条2
4の腐食は抑制され、窪み以外の溶融金属21の炭素濃
度が上昇することを防止する。
図1及び図2に示すように、溶融塩18を貯え有底筒部
13aが形成された陰極13を底部に有する電解槽11
と、電解槽11の溶融塩18中に保持される陽極19と
を備え、陰極13及び陽極19に通電して溶融塩18を
電解することにより還元された溶融金属21が有底筒部
13aに貯留可能に構成された電解還元装置の改良であ
る。その特徴ある構成は、溶融金属21が貯留する有底
筒部13aの内面に互いに交差する複数の凸条24が形
成され、複数の凸条24により区画されて形成された複
数の凹部26にセラミックタイル23が埋設されたとこ
ろにある。この請求項1に係る発明では、溶融金属に対
する耐食性が良好なセラミックから成るタイルを溶融金
属21が貯留する有底筒部13aの内面に設けることに
より、その貯留した溶融金属21により電解槽11が腐
食することを防止する。有底筒部13aの内面に絶縁性
のセラミックタイル23を設けても、電解槽11に貯留
する溶融金属21は凸条24の先端に接触して陰極を形
成する。溶融金属21が接触する凸条24は腐食する
が、凸条24が腐食減少してセラミックタイル23の間
に窪みが生じた後には、その窪みの溶融金属21はその
窪みの内部で滞留する。このため、その窪みで滞留する
溶融金属21の炭素濃度は上昇して所定量以上の凸条2
4の腐食は抑制され、窪み以外の溶融金属21の炭素濃
度が上昇することを防止する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、黒鉛又は炭素材から成る薄板27がセラミ
ックタイル23を覆うように電解槽11の底部に敷設さ
れた電解還元装置である。この請求項2に係る発明で
は、溶融金属21が貯留する以前に溶融塩18は黒鉛か
ら成る薄板27の表面と接触し、薄板27はセラミック
タイル23が溶融塩18と接触することを防止してその
セラミックタイル23が溶融塩18により腐食すること
を防止する。溶融金属21が貯留した後に薄板27は腐
食消滅し、その後に出現するセラミックタイル23が黒
鉛等から成る電解槽11の腐食を抑制する。
明であって、黒鉛又は炭素材から成る薄板27がセラミ
ックタイル23を覆うように電解槽11の底部に敷設さ
れた電解還元装置である。この請求項2に係る発明で
は、溶融金属21が貯留する以前に溶融塩18は黒鉛か
ら成る薄板27の表面と接触し、薄板27はセラミック
タイル23が溶融塩18と接触することを防止してその
セラミックタイル23が溶融塩18により腐食すること
を防止する。溶融金属21が貯留した後に薄板27は腐
食消滅し、その後に出現するセラミックタイル23が黒
鉛等から成る電解槽11の腐食を抑制する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、セラミックタイル(23)がY2O3から
なる電解還元装置である。この請求項3に係る発明で
は、Y2O3は溶融金属に対する耐食性が良好であるた
め、溶融金属21により電解槽11が腐食することを有
効に防止できる。
係る発明であって、セラミックタイル(23)がY2O3から
なる電解還元装置である。この請求項3に係る発明で
は、Y2O3は溶融金属に対する耐食性が良好であるた
め、溶融金属21により電解槽11が腐食することを有
効に防止できる。
フロントページの続き (72)発明者 星野 康史 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭1002 番地の14 三菱マテリアル株式会社総合研 究所環境・エネルギー研究所内 Fターム(参考) 4K058 AA11 AA30 BA01 BB05 CB06 CB08 CB17 DD03 DD06
Claims (3)
- 【請求項1】 溶融塩(18)を貯え底部に陰極(13)を有す
る電解槽(11)と、前記電解槽(11)の溶融塩(18)中に保持
される陽極(19)とを備え、前記陰極(13)及び前記陽極(1
9)に通電して前記溶融塩(18)を電解することにより還元
された溶融金属(21)が前記電解槽(11)の底部に貯留可能
に構成された電解還元装置において、 前記溶融金属(21)が貯留する前記電解槽(11)の底部内面
にセラミックタイル(23)が設けられた電解還元装置。 - 【請求項2】 溶融金属が接触する電解槽(11)内面に互
いに交差する複数の凸条(24)が形成され、前記複数の凸
条(24)により区画されて形成された複数の凹部(26)にセ
ラミックタイル(23)が埋設された請求項1記載の電解還
元装置。 - 【請求項3】 黒鉛又は炭素材から成る薄板(27)がセラ
ミックタイル(23)を覆うように電解槽(11)の底部に敷設
された請求項1又は2記載の電解還元装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020892A JP3022871B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020892A JP3022871B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3022871B1 JP3022871B1 (ja) | 2000-03-21 |
| JP2000219991A true JP2000219991A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=12039884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11020892A Expired - Lifetime JP3022871B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3022871B1 (ja) |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP11020892A patent/JP3022871B1/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3022871B1 (ja) | 2000-03-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991207 |