JPH0111722Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は溶融電解装置、特に塩化マグネシウム
の溶融塩電解に適する電解装置の構成に関する。

従来塩化マグネシウム電解槽としては、ドイツ
国のIG社が開発した電解槽とカナダAlcan社の開
発による電解槽とが工業的に広く採用されてい
る。これらはどれも黒鉛から成る陽極と鉄製の陰
極とを単位とした一陽極一陰極の単槽形式のもの
であり、これらは通常複数対設けられ、各電極に
対して並列に給電する構成が採られている。この
ような構成では各電極、導電体部材における電圧
降下や各電極からの熱損失が大きく、これらを補
うために電解反応の本質とは関係のない比較的多
量のエネルギーを主として電力の形で供給しなけ
ればならなかつた。

一方、特開昭48−36006号公報から知られる溶
融塩電解槽は米国Alcoa社で開発された水平電極
マルチセル形式のものであり、大巾なエネルギー
効率の改善を意図したものであるが、これは塩化
アルミニウム用として設計されたものである。こ
の電解槽の構成に於いて生成される金属アルミニ
ウムは溶融塩よりも密度が大きいので電解槽底部
に流下し、副生成物であり浴中を上昇する塩素ガ
スから容易に分離される。しかし、塩化マグネシ
ウム電解においては、生成される金属マグネシウ
ムは塩化マグネシウムを含有する電解浴よりも密
度が小さく、塩素ガスと同様に浴中を浮上するの
で、この槽構成を用いると金属マグネシウムと塩
素ガスとの再結合が生じ、また電流の漏洩が大き
く従つて電流効率が極めて低く、経済的に金属マ
グネシウムを製造することはこの構成によつては
実際上不可能であつた。

また、金属マグネシウム製造用電解槽として中
間電極を用いる技術がソ連国発明者証第378517号
明細書記載の如く知られているが、この公知技術
では生成した金属マグネシウムの回収手段につい
ては特別の工夫は施されていない。更に、並列型
の塩化マグネシウム電解槽において、陰極上部に
樋を設けて金属マグネシウムの案内用流路とする
技術が特開昭52−63108号公報に記載されている
が、この電解槽では中間電極が用いられていず、
直列電解に伴う上記問題を解決するものではな
い。

従つて、本考案はこれらの欠点を除去した塩化
マグネシウムの電解に適するマルチセル形式の電
解槽を提供し、もつて設備当りの生産性を高める
一方、特に低電流密度、従つて低い過電圧で操作
可能とし、又直列電解のメリツトを確保すること
により、電力原単位を低下させることを目的とす
るものであつて、その要旨とするところは、塩化
マグネシウムを溶融状態にて保持し外気から遮断
する電解槽と、電解槽の浴面よりも上方に該電解
槽から分離して溶融マグネシウムの貯槽を有し、
この電解槽内には溶融塩浴面に対し本質的に垂直
に配置され所要電力を供給される少なくとも一対
の陽極及び陰極、生成する金属マグネシウムを槽
外に導くため該陰極上部に設置された流路を有す
る電解装置において、本質的に黒鉛にて構成され
た、もしくは黒鉛から成る陽極部と鉄材から成る
陰極部をもつ複合体で構成された複数の中間電極
を陽極・陰極の各対間に一列に配置し、各中間電
極の陰極として働く表面の上部には金属マグネシ
ウムの流路を設置し、一方この電解槽と貯槽とを
貯槽から電解槽浴面下に延びた導管で連結し、さ
らに該貯槽には排気ポンプを接続し、もつて槽内
の減圧によつて両槽間に圧力差を生ぜしめること
により溶融マグネシウムの貯槽への流入を容易に
したことを特徴とする塩化マグネシウムの電解装
置に存する。

本考案においては、上記流路に捕集された金属
マグネシウムはさらに連結管を通つて電解槽側部
上方に別設されたマグネシウム貯槽に貯えること
ができる。この際一つの貯槽を複数の電解槽で共
有することもできるが、この場合それぞれの電解
槽と貯槽とを接続する連結管の長さは、漏洩電流
が生じない程にすることが必要で、特に電解槽の
数が多くなり高い電解電圧が付加される場合にこ
のことは重要である。

またマグネシウム貯槽内を排気ポンプで減圧し
て電解槽内の圧力より低くすることにより、複雑
な機械的手段を用いることなく、マグネシウムを
外気に触れさせずに貯槽内へ導入することができ
る。マグネシウムと共に貯槽に入つた電解浴は自
然流下またはArガス加圧によつて電解槽へ戻す。
貯槽に集めたマグネシウムは配管を通じて溶融状
態で所望の部所へ移送できる。このことは特に、
本考案による塩化マグネシウムの電解装置を塩化
チタンや塩化ジルコニウムの還元装置と併設した
場合に効果的で、金属チタンやジルコニウムの製
造コストの低下に大いに寄与する。

一方本考案による中間電極は厚い黒鉛の一枚板
で作ることもできるが、本質的に平らな厚板状の
黒鉛と鉄材とが接合された複合材で構成されるの
が好ましい。後者の場合、陰極に近い側面に黒鉛
部分が、反対側に鉄材部分が来るべく配置され、
それぞれ陽極部及び陰極部として働く。

これらの電極面は浴面に対し本質的に垂直に配
置されるが、発生する塩素ガスを陽極側表面に浴
つて上昇させる為に中間電極を浴面に対し多少傾
斜させてもよい（傾斜角；tan^-10.1程度）。この
傾斜角は塩素ガス捕集の効果を増すために電極間
隔が小さくなるにつれて大きくする必要がある。
また隣接する電極の対向面は互に本質的に平行に
配置されるが、形成されるマグネシウムと塩素と
の分離をよくするために電極の間隔を多少上方開
きにするのが好ましい、陽極及び陰極を電解槽の
両端に、その中間に中間電極を一列に配置しても
よい。また陽極を電解槽の中央に、陰極を両端に
配し、これらの間に中間電極を並べた構成にする
こともできる。これらの各電極間の電圧をそれぞ
れ塩化マグネシウムの分解電圧以上にすべく陽
極・陰極間に電圧が印加される。

次に本考案を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は複数対の陽極と陰極のみを用いた従来
の塩化マグネシウム電解槽の断面を示す。この場
合耐火物製の浴槽１内に黒鉛製陽極板２と鉄製陰
極板３とが対向配置され、塩化マグネシウム（10
〜25％）及び塩化ナトリウム、塩化カルシウムを
含む電解浴４中に浸されている。電極間距離（対
向面間）は例えば7.5cm程度に保持され、この場
合6V程度の電圧が極間に印加される。陰極で形
成された金属マグネシウムは密度の差により上昇
するので、これを陰極板３の上方に設けられた樋
５を経て電解槽の外方へ取出し、塩素ガスは槽の
上部に設けられた排出孔６から取出される。

第２図は本考案の一実施形態を示す側面断面
図、第３図は第２図にＡ−Ａで示せる位置に於け
る正面断面図、第４図は第２図においてＢ−Ｂで
示せる位置での平面断面図、第５図は中間電極の
詳細図である。これらの図に於いて電解槽７の底
部には反応中に電解浴から沈積するスラツジを集
める目的から傾斜がつけられている。蓄積したス
ラツジは手段８によつて適宜槽外に排除される。
電解槽７の中央には黒鉛製陽極板９が、その両側
に間隔を置いて鉄製陰極板１０ａ，１０ｂが各１
個配置されている。両極は通電のためその先端の
導電部１１，１２が槽外に突出している。陽極板
９とそれぞれの陰極板１０ａ，１０ｂとの間には
共に６個の、鉄板１３と黒鉛板１４との複合体か
ら成る中間電極１５〔特に第５図−１〕が、槽７
内に置かれた絶縁物製支持台１６上に配置され
る。中間電極相互間及びこれらと陽極、陰極との
間の間隔は５cm程度で、本質的に特間隔とする。
中間電極１５の陰極として作用する側（つまりこ
の場合は鉄板側）の上方には形成された金属マグ
ネシウムを槽外へ排出するための案内流路として
働く樋１７が設けられている。案内流路は第５図
−２に示す如くこの陰極面に形成された溝１８と
することができる。この場合図の如く下方に浅く
上方に深い形状とするのが金属マグネシウム捕集
の点で好ましい。またいづれの場合も流路は流れ
の上方に浴つて上昇する勾配が設けられる。高い
方の端部に本質的に接続して金属マグネシウムを
溜１９へ導くための導管２０が配置され、一方塩
化マグネシウムを溜（図示せず）から導くための
導管２１が槽の底部に接続される。槽の上方には
形成される塩素ガスを槽外へ排出するために排気
孔２２が設けられている。

次に第２〜４図に略示せる本考案による電解槽
を用いた操作例を示す。

垂直部の内測が1.2ｍ×3.5ｍ×1.8ｍ（高さ）の
電解槽内に多数のスリツトを設けたアルミナ製の
支持台を置き、この上に１ｍ（巾）×２ｍ×10cm
（厚さ）の黒鉛板を中央に据えて陽極とし、両端
に１ｍ×0.8ｍ×５cm（厚さ）の鉄板を陰極とし
て配置した。これらの間に最大厚さ10cmの１ｍ×
0.8ｍの黒鉛板と厚さ２cmの１ｍ×0.8ｍの鉄板と
を貼合わせたものを鉄板面と黒鉛面とが対向する
様にし、面間々隔を下方で４cm、上方で５cmとし
て６枚ずつ対称的に並べた。塩化マグネシウム20
％、塩化カルシウム30％、塩化ナトリウム50％の
組成の電解浴を溶融し、浴面を中間電極の上方10
cmの高さに調整した。陽極−陰極間に27Vの電圧
を印加し、隣接電極間に各3.8Vの電圧をかける
様にした。反応によつて消費される塩化マグネシ
ウムを補給して、電解浴面を一定に保ちつゝ電解
操作を24時間続行し、金属マグネシウム550Kgと
塩素ガス1650Kgを回収した。この際操作条件は浴
温700℃、電解電流8000A、電流密度0.5A／cm²；
電流効率約92％、電力消費量はマグネシウム１ト
ン当り9425KWHであつた。

また電解電流を6400A、即ち電流密度を0.4A／
cm²として上記操作を行なつた場合、電力消費量は
9050KWHとなつた。

上記の結果は従来一般的に用いられていた単槽
形式の電解槽による塩化マグネシウムの電解によ
る金属マグネシウムの製造に要する金属１トン当
り4000〜18000KWHに比し大巾なエネルギー効
率の向上を示すものである。

以上詳述したとおり本考案によれば、 (1) 両端以外の電極は外部電源に接続する必要が
ないので電解槽の構成が簡単である。また生成
金属マグネシウムと塩素ガスとは効率的に分離
されて回収されるので従来必要だつた陰極・陽
極間の隔壁が不要となつたことにより構成が単
純化された。

上記の理由により装置をコンパクトに設計す
ることができる。

(2) 主として次の各点において電力原単位の低下
が達成される。

イ 外部に通じる電極の数が、同数の電極を従
来の如く並列に接続する場合に比して外部に
通じる電極の数が少くて済むのでこの部分に
おける電圧降下が減少したこと。

ロ 電極からの熱損失は外部に通じる両端の極
からのものだけであり、かゝる熱損失がかな
り減少したこと。

ハ 電解槽当りのブスバー使用量が減少し、こ
れに伴ない電極とブスバーの接続箇所が減少
したことにより導電部での電圧降下が減少し
たこと。

ニ 金属の100倍程度の大きな電気抵抗値をも
つ黒鉛電極が１本で済むのでこの電極の抵抗
による電圧降下乃至発熱による電力損失が防
止できること。

ホ マグネシウムは案内具に保護及び導かれて
徐々に収集できるので、このような特別な手
段を有しない従来の直列型電解槽におけるよ
うな激しい塩素ガスの発生による浴流の循環
は必ずしも必要でないから、低い電流密度、
特に0.5A／cm²程度乃至それ以下の電流密度
を用いて、この装置を好適に運転できる。こ
の点において、従来の電解装置に比べて大巾
に低い過電圧で、つまり低い所要電力原単位
で操業が行なえる。

(3) 両端の電極と共に各中間電極からも塩素ガス
及び金属マグネシウムが採集されることにより
生産性が著しく向上した。

(4) 電解槽外に通じる電極は両端のみであり、他
は外部との接続は必要ないので、密閉に工夫を
要する突出電極の数が少くて済み、電解槽の密
閉が容易である。従つて電解槽密閉化による効
果、即ち大気中の酸素の槽内への混入、発生す
る塩素ガスの大気中への漏出等が防止され、こ
の結果； 黒鉛電極の消耗及びスラツジ発生が抑制され
る； 塩素の純度が向上する；更に大気汚染がなく
なり作業環境が改善される 等の利点が容易に得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の塩化マグネシウムの溶融塩電解
槽の概略を示す断面図である。第２〜４図はそれ
ぞれ本考案の一実施形の側面、正面及び平面の断
面を示す概略図、第５図はその一部、特に中間電
極についての詳細図である。図において、 １……電解浴槽、２……陽極板、３……陰極
板、４……電解浴、５……樋、６……塩素ガス排
出孔、７……電解槽、８……スラツジ排除手段、
９……陽極板、１０……陰極板、１１……陽極導
電部、１２……陰極導電部、１３……鉄板、１４
……黒鉛板、１５……中間電極、１６……支持
台、１７……樋、１８……溝、１９……金属マグ
ネシウム溜、２０……導管、２１……導管、２２
……排気孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 塩化マグネシウムを溶融状態にて保持し外気
   から遮断する電解槽７と、電解槽７の浴面より
   も上方に該電解槽から分離して溶融マグネシウ
   ムの貯槽１９を有し、この電解槽内には溶融塩
   浴面に対し本質的に垂直に配置され所要電力を
   供給される少なくとも一対の陽極９及び陰極１
   ０、生成する金属マグネシウムを槽外に導くた
   め該陰極上部に設置された流路を有する電解装
   置において、本質的に黒鉛にて構成された、も
   しくは黒鉛から成る陽極部と鉄材から成る陰極
   部をもつ複合体で構成された複数の中間電極１
   ５を陽極・陰極の各対間に一列に配置し、各中
   間電極の陰極として働く表面１３の上部には金
   属マグネシウムの流路１７を設置し、一方この
   電解槽と貯槽とを貯槽から電解槽浴面下に延び
   た導管２０で連結し、さらに該貯槽には排気ポ
   ンプを接続し、もつて槽内の減圧によつて両槽
   間に圧力差を生ぜしめることにより溶融マグネ
   シウムの貯槽への流入を容易にしたことを特徴
   とする塩化マグネシウムの電解装置。 ２ 各電極の表面が電解浴面に対し僅かに傾斜し
   ている、実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   塩化マグネシウムの電解装置。 ３ 各電極の相対向する面が互いに平行ないし僅
   かに上方に開いて配置されている、実用新案登
   録請求の範囲第１項または第２項記載の塩化マ
   グネシウムの電解装置。