JPH0211677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電解槽、特に陽極と陰極との間に１箇
以上の二極性の中間電極を配置した溶融MgCl₂用
の電解槽に対する改良に関する。

溶融MgCl₂の電解により金属マグネシウムを製
造するための電解槽としてこれまで多くの構成が
提案されている。これらは基本的には黒鉛から成
る陽極とこの主たる一つまたは二つの面に対向し
て配置される鉄板から成る陰極とで構成される電
極対を１組または複数組同一電解槽内に並置した
もの、またはこれらの電極対間に１箇以上の二極
性電極を挾んで並べた構成を有する。これらの運
転において生成する金属マグネシウムは通常電解
浴よりも密度が小さく浴表面へと上昇するので、
この溶融金属を同様に浴中を上昇する副生成物の
塩素ガスとの接触による再結合を防ぎながら回収
することが必要な反面、これらの生成物を生ずる
電極間の間隔はできるだけ小さくして電流効率を
高め更にこの様な電極対をできるだけ多数同一電
解槽内に配置して槽の生産能力を増すことが望ま
れる。

上記の技術的要望は相対立する性格のものであ
り、従来これらを満たすべく多くの電解槽の構成
が開発され提案されているにもかゝわらず、これ
らの要求を満足できる程度に両立させたものは得
られていない。

例えば一つの電解槽内に多くの陽極−陰極から
成る電極対を配置して槽当りの生産性の向上を図
つた構成がいくつか知られている。例えば米国特
許第3676323号には１枚の鉄板の両面を隣接する
陽極に対するそれぞれの陰極面として使用する様
に構成し多数の電極対を取付けた電解槽が記載さ
れている。この際特別な接触防止手段が取られて
いないので生成したMgと塩素ガスとは再結合す
る機会が多く、結局電気エネルギーの効率は低
い。更に特に陽極を電解槽の下方に固定する方式
では陽極材と導電体との間の密着性を得るのが実
際上困難なため、通電時に接触不良による発熱乃
至電力損失を生じやすい。その上消耗した陽極材
の交換に煩雑な操作を要する等の欠点が見られ
る。一方米国特許第3907651号には同様に陰極材
の両面が隣接する陽極に対向して用いられる多数
の電極対の構成が記載されている。この際電解室
に置かれた各陰極材は中空であり、内部に電解浴
を通すためのダクトが設けられる。こゝではMg
を含む電解浴は上方からダクト内に入る際に塩素
ガスを分離しダクト側方の開口を経て仕切壁によ
り電解室から隔てられた金属Mgの捕集室へ導か
れ、こゝでMgが浴から分離され、一方浴は隔壁
下部の開口を経て電解室へ戻る。この様にこの構
成では陰極材内のダクトに充分に大きな幅をとる
必要があるので、この陰極を挾んで置かれる隣接
陽極間の距離はあまり小さくできず、この点から
電解槽内に置かれる電極対の数乃至電解槽の容量
が制限を受ける。また特にこの公報に示されてい
る構成の場合、電解槽の蓋を貫通する電極（陽
極）の数が多いので蓋の気密シールが技術上かな
り困難になる。

上記の様な電解室から突出する電極の数を減じ
た構成は米国特許第2468022号及びソ連邦発明者
証第609778号に記載されている。こゝでは陽極と
陰極との間に外部的に結線されない電極が複数箇
直列に配置され、これらの陽極と陰極に近い面が
それぞれ陰極面及び陽極面として機能する（二極
性電極）様になつている。この様な中間乃至二極
性電極では陽極面としての黒鉛と陰極面としての
鉄板とが完全に密着した構成を得ることが実際上
不可能なため、これらの接着面の間で電解が進行
し陰極面が消耗されるおそれがある。

一方、米国特許第4055474号に記載の電解槽の
構成では槽内に複数箇併置された陽極は各々垂直
面に対して傾斜した二つの面をもち、陰極はこれ
らの面に対向してほゞ平行に置かれる。この場合
電極間々隔の減小により電流効率の向上は期待さ
れるが、陽極相互間の間隔は減小できないため電
解槽の能力向上には限度がある上、多数の陽極材
が槽の蓋を貫通して並べられることにより、上記
の米国特許第3907651号の場合と同様に蓋の気密
シールの面で問題が残る。

従つて本発明は上記の従来技術に付随する各欠
点を除去した新規な構成の電解槽を提供するもの
である。即ち本発明は金属Mgと塩素ガスとを速
やかに分離・回収することによるこれらの生成物
の再結合の防止、並びに電極間々隔の減小により
電極間での電圧降下の減小を効果的に行ない、以
て電流効率の向上、更に電解槽の容積当りの生産
能力の向上を達成せしめた電解槽を提供するもの
である。そして本発明の要旨とするところは、本
質的に垂直に据えられた陽極及び陰極、該電極対
間に並べられた少くとも１箇の二極性中間電極、
並びに該陽極・陰極・中間電極から成る電極セツ
トを少くとも１組収容せる電解室及び電解浴流通
のための貫通開口を有する隔壁により該電解室か
ら分離・併設された金属捕集室を有するMgCl₂用
電解装置において、上記中間電極が本質的に陽極
として機能する面を供する黒鉛材と陰極として働
く面を供する鉄材とを良導電性の材質を用いて接
続すると共に該両材質の対向面間に全体的に空間
を設け、更に該空間の少くとも一端を上記隔壁の
貫通開口と連結せしめ、以て中間電極の対向部材
間に金属マグネシウム生成物のための電解室から
捕集室へ向かう流路を構成せしめたことを特徴と
するMgCl₂用電解槽に存する。

次に本発明を添附の図面によつて説明する。第
１図は本発明による電解槽の一例の概略を示す側
方断面図、第２図は第１図のＡ−Ａで示す位置に
おける正面断面図、第３図は第２図にＢ−Ｂで示
した位置における平面断面図であり、第４図及び
第５図はこの電解槽の特に中間電極の部分の構成
のいくつかの改変例をそれぞれ側面図及び平面図
によつて略示するものである。これらの各図にお
いて電解槽１は本質的に、電解反応を行なうため
の電解室２とこの電解室２から仕切壁３によつて
隔てられた金属Mg捕集室４とから成る。電解室
２には本質的に黒鉛板から成る陽極５が一端に、
鉄板製の陰極６が他端に仕切壁３に対してほゞ直
角に据えられ、これらの両電極の一端は外部電源
に接続されている。両電極の配置はこの外場合に
応じて一方の電極を電解室２の中央に、他を両端
に据えるようにしてもよい。陽極５と陰極６との
間にはこれらとほゞ平行に、本質的に黒鉛と鉄材
とで構成された二極性の中間電極７が複数箇並べ
られる。これらの各種電極５，６，７はすべて電
気絶縁材製の架台８に載置される。架台８には電
解浴やスラツジの流動のために貫通孔９が多数設
けられ、一方電解室２の床部には沈澱したスラツ
ジを寄せ集めるために傾斜が付けられている。各
中間電極７には黒鉛板１０と鉄板１１との間に生
成した金属Mgを担時している浴を捕集室４へ導
くための空洞１２が設けられ、この空洞１２は仕
切壁３と隣接する端部にて開放し、更に仕切壁３
に設けられた貫通孔１３を経て捕集室４に通じ
る。中間電極７は第２図に見られる様に鉄板面が
上向となる様な平行四辺形の断面に組立てられ
て、下端にテーパーを付けた陽極に対してほぼ平
行に並べられる。中間電極は後述する様にこの外
にも例えば第４図に略示する様に各種の態様をと
りうる。一般的に中間電極７は厚目の黒鉛板１０
及びこれに金属製のボルトやピンの様な支柱１４
を介して取付けられた鉄板１１から成る。支柱１
４は所望の長さを残して下端部を鉄鉛板１０内に
埋込まれ、頭部には鉄板１１が溶接等により固着
される。この様に中間電極の黒鉛板と鉄板とは支
柱によつて両部材の内面間に浴流動のための空間
が設けられると同時に両部材の電位が等しく保た
れ、一方それぞれの外面は陽極面及び陰極面とし
て働く。この場合陰極面は全体を一枚の鉄板或は
複数枚の横長又は縦長の帯状の鉄板で構成するこ
とができる。各電極の配置としては、陽極及び陰
極を作用面が直立する様に電解室に据え、これら
の間に、１枚の鉄板を黒鉛板にほぱ平行に取付け
て成る中間電極を両外面が直立する様にして一列
に並べることができる（第４図−ａ）が、この際
陽極及び中間電極の黒鉛部分の作用面は直立させ
たまゝ陰極及び中間電極の鉄板部分をやゝ傾け隣
接電極との間隔をやゝ上開きとしてもよい（同
ｂ）。或は第一の例と同様に陽極、陰極及び中間
電極の黒鉛が直立的に配置され、中間電極の鉄板
も上端部を除く主たる部分は直立に近く据え付け
られるが、ただし上端部は接続されている黒鉛の
方へある高さの所から折曲がつている(c)。これは
塩素ガスと浴とを分離するのに特に有効である。
以上の各例では鉄板は全体的に一枚の板に形成し
てもよいが、縦長または横長の帯板を横または縦
に並べ集めて構成することもできる。後者の場合
において各々の鉄片の継目は必ずしも密閉される
ことを要しない。多少の間隙があつても本発明の
目的は達成できる。要は析出した溶融Mgが陰極
面に沿つて定常的に上昇する構成であればよい。
例(d)は後者の特別な場合である。こゝでは一枚の
黒鉛板状に複数枚の横長の帯板が黒鉛板の対向面
に対してある傾斜角をなして固定され、ちようど
（ベネシアン）ブラインド乃至よろい（鎧）板状
を呈している。各鉄片の下端には内側へ向かつて
上り勾配の傾斜を付けておくのがMgと塩素ガス
との再結合を防ぐ上で有利である。上記の(a)〜(d)
の各例並びに類似の場合において中間電極の黒鉛
と鉄板とは互に本質的に平行に並べることもでき
るが、第５図のａ，ｂの平面図に概略示す様にこ
の電極の金属Mg捕集室外の端部へ向かつて連続
的にまたは段階的に間隔が広くなる構成にする
と、この空間内の浴に捕集室の方へ向かう流れを
形成する上で好都合である。

これらの中間電極は浴面下に沈められる。中間
電極７の各空洞１２に接続して仕切壁３には浴を
捕集室４へ導くための貫通孔１３が設けられてい
る。孔１３の断面は空洞１２とほぼ同一の幅をも
つ矩形または平行四辺形で上端は中間電極７の上
端と大体同じ高さに位置されるが、電解室２側の
入口を少し高くし（ただし浴面位以下）捕集室４
へ向かつて下り傾斜を付けると浴に伴なつて塩素
ガスが捕集室へ流入するのを有効に防ぐことがで
きる。孔１３の下端は各電極が載置されている架
台８より高ければよい。仕切壁３の厚さは全体に
わたつて同一の厚さにすることもできるが、電解
室２の一端、特に陽極側を他端より厚くすること
により生成金属Mgを経て迷走電流が生じるのを
防ぐ様にするのが好ましい。一方中間電極の頂部
には浴面付近に存在する金属Mgによる短絡を防
ぐために、浴面位より上方に達する高さの絶縁材
質ブロツク１５が電解室２のほゞ全幅にわたつて
載置されてもよい。

捕集室４へ流入する金属Mgを伴なつた浴は浴
面にMgを分離し室内を下降する。この下降流は
自然対流を用いてもよいが、室４の外周壁を薄く
したり、この外壁上に冷風を吹きつけたり、或は
浴中に浸された冷却管（図示せず）内に冷媒を通
す等の適切な公知の冷却手段を講じて浴の温度を
固化しない程度に低下させると浴の下降流が加速
されて金属Mgの分離・回収上有利である。室４
の上部に溜められたMgは適宜槽外へ運出され
る。一方もう一方の生成物である塩素ガスは電解
室２の浴面位上方に設けられているダクト１６を
経て回収される。これらの両生成物を分離された
浴は仕切壁３の下部の開口１７を通つて電解室２
へ戻る。

電解浴の槽１への導入は従来通り行なうことが
できる。例えば所定の組成に混合された材料を固
体として或は溶融状態にて捕集室４を経て電解室
に満たす。

金属Mg捕集室は一つの電解室に専有されても
よいが二つ以上の電解室に共有される構成とすれ
ば設備をコンパクトに設計できる点で有利なこと
は明らかである。

次に本発明による電解槽の操作例を示す。

実施例 本質的に第１〜３図に概略せる電解槽構成を用
いた。縦１ｍ、横2.28ｍ、深さ2.2ｍの電解室と
0.2ｍ×2.21ｍ×2.2ｍ（以上内側寸法）の金属Mg
捕集兼冷却室は厚さ35cmの仕切壁で隔てられてい
る。電解室には一端を陽極として、高さ２ｍ、幅
１ｍ、厚さ12.5cmの黒鉛板を、他端に陰極として
80cm×１ｍ×３cmの鉄板を配置した。これらの間
に80cm×１ｍ×12.5cmの黒鉛板と80cm×１ｍ×
1.5cmの鉄板とを直経６cmの鉄製ボルト24本を用
いて結合せしめてなる中間電極を９箇並べた。こ
の際鉄板はこれに設けた孔にボルトの頭を溶接す
ることによつて固着された。これらの各電極は電
解室を横切つて配置され、互に間隔をおいて並べ
られたアルミナ煉瓦製の台上にそれぞれ載置され
る。各中間電極の頂部には、幅10cm×高さ20cm×
長さ１ｍのアルミナ煉瓦製の板が約５cm浴面位よ
り上方に出る様に置かれる。中間電極の鉄板と黒
鉛板との間に形成された約4.5cmの幅の各空間に
接続する仕切壁の部分にはこれと同じ幅の貫通孔
が設けられている。各孔の下端は中間電極の底面
から35cm、上端は入口において中間電極の頂部よ
り15cm高く、捕集室側の出口においてこれと同じ
高さで途中まで傾斜がつけられている。仕切壁の
下部には、浴を電解室へ戻すために30cm×30cmの
断面の開口が４箇設けられている。

上記の如く構成された電解槽に重量比で
MgCl₂20％、NaCl50％、CaCl₂30％から成る電解
浴を溶融し、浴面を中間電極の頂部より15cmの高
さに調整した。陽極−陰極間に38V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MgCl₂を捕給し
つゝ、また捕集室で電解浴からMgを回収する一
方この浴を、外壁上に冷風を強制的に吹きつけ
て、冷却せしめつゝ電解操作を24時間続行し、金
属Mg460KgとCl₂ガス1.360Kgを回収した。操作条
件は浴温700℃（電解室）、約670℃（捕集室下
部）、電解電流4500A電流密度0.56A／cm²で、電流
効率は約94％、電力消費量はMg1トン当り約
8920KWHであつた。これ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MgCl₂の電解の
場合の14000〜18000KWH／ｔ−Mgに比し、ま
た間に浴の流路をもたない中間電極を用いた場合
の9425KWH／ｔ−Mg程度に比べても大幅な向
上を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電解槽の一例の概略を示
す側方断面図、第２図は第１図のＡ−Ａにおける
正面断面図、第３図は第２図のＢ−Ｂにおける平
面断面図を示し、第４図及び第５図はこの電解槽
の特に中間電極の構成の改変例をそれぞれ側面図
及び平面図によつて略示する。図において各参照
番号は下記の部材を表わす。 １……電解槽；２……電解室；３……仕切壁；
４……金属Mg捕集室；５……陽極；６……陰
極；７……中間電極；８……架台；９……架台貫
通孔、１０……黒鉛板、１１……鉄板；１２……
中間電極空洞部、１３……仕切壁貫通孔；１４…
…支柱；１５……絶縁ブロツク；１６……塩素ガ
スダクト；１７……仕切壁開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本質的に垂直に据えられた陽極及び陰極、該
   電極対間に並べられた少くとも１箇の二極性中間
   電極、並びに該陽極・陰極・中間電極から成る電
   極セツトを少くとも１組収容せる電解室及び電解
   浴流通のための貫通開口を有する隔壁により該電
   解室から分離・併設された金属捕集室を有する
   MgCl₂用電解装置において、上記中間電極が本質
   的に陽極として機能する面を供する黒鉛材と陰極
   として働く面を供する鉄材とを良導電性の材質を
   用いて接続すると共に該両材質の対向面間に全体
   的に空間を設け、更に該空間の少くとも一端を上
   記隔壁の貫通開口と連結せしめ、以て中間電極の
   対向部材間に金属マグネシウム生成物のための電
   解室から捕集室へ向かう流路を構成せしめたこと
   を特徴とするMgCl₂用電解槽。 ２ 上記中間電極の鉄材が一体品である特許請求
   の範囲第１項記載のMgCl₂用電解槽。 ３ 上記中間電極の鉄材が複数箇の部分から構成
   されている特許請求の範囲第１項記載のMgCl₂用
   電解槽。 ４ 上記中間電極の鉄材が隣接する電極の黒鉛材
   の対向面に対し本質的に平行に設置されている特
   許請求の範囲第１項記載のMgCl₂用電解槽。 ５ 上記中間電極の鉄材が隣接する電極の黒鉛の
   対向面に対し小さな上開きの傾斜を成す特許請求
   の範囲第１項記載のMgCl₂用電解槽。