JPH03115592A

JPH03115592A - 溶融塩電解槽

Info

Publication number: JPH03115592A
Application number: JP25277289A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ogasawara; 忠司小笠原; Yoshitake Natsume; 義丈夏目; Kenji Fujita; 健治藤田
Original assignee: Osaka Titanium Co Ltd
Current assignee: Osaka Titanium Co Ltd
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1991-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、溶融塩中に含まれる異なるイオン価を有する
金属イオンを電解析出させる場合、特に、塩化物含有浴
塩中に含まれる不純物金属を電解析出させることにより
除去する場合に用いる溶融塩電解槽に関する。

（従来の技術）溶融塩電解において、例えば鉄イオン（Ｆｅ”。

Ｆｅ”）のように、異なるイオン価を有する金属イオン
を含む浴温を電解すると、陰極で還元された金属イオン
（Ｆｅ”″）が浴温中を移動して陽極でより高いイオン
価を有する金属イオン（Ｆｅ”）に酸化され、この酸化
された金属イオンは再度陰極側へ移動して低いイオン価
を有する金属イオン（Ｆｅ”″）に還元される。このよ
うな還元、酸化を繰り返すので、電気エネルギーは有効
に利用されず、電流効率は低下する。

このような問題に対し、水溶液系の場合には、イオン交
換膜の選択透過性を利用して、上記のような金属イオン
の移動を防ぐ方法が広く一般に用いられているが、溶融
塩系ではそのような適切な材料が無（、従来は隔膜材と
して素焼板のようなセラミックス類や石綿加工品などが
使用されてきた。

（発明が解決しようとする課題）しかし、前記のような隔膜材を使用しても、上記の金属
イオンの移動を完全に抑えることはできず、電流効率の
著しい低下を招くことが往々にしてあった。

本発明は、溶融塩電解において、上記のような金属イオ
ンの移動を防止し、高い電流効率で電解可能な電解槽を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者等は、上記目的を達成するため電解槽の隔膜に
ついて検討を重ねた結果、隔膜の材質及び細孔の直径を
適当に選ぶことにより金属イオンの隔膜を通しての移動
を防止できることを知った。

本発明は、上記知見に基づくものであって、下記ｉ）お
よびｉｉ）の溶融塩電解槽を要旨とする。

ｉ）陽極と陰極の間に直径２００μ翔以下の細孔を有す
るセラミックス製隔膜を設けたことを特徴とする溶融塩
電解槽。

ｉｉ）陽極と陰極の間に直径５００μｍ以下の細孔を有
する石英製隔膜を設けたことを特徴とする溶融塩電解槽
。

前記のセラミックスとしてはアルミナ焼結晶が好適であ
るが、他にムライト製、コーディエライト製あるいはジ
ルコニア製等のセラミックスや、炭化けい素、グラファ
イト、窒化けい素等の非酸化物系のセラミックスなど、
電解対象溶融塩の侵食に耐え、直径が本発明の範囲にあ
る細孔を有するセラミックスはいずれも使用可能である
。

また、前記の石英は、石英粒子を焼結し板状としたもの
が好適であるが、細孔の直径が本発明の範囲にある細孔
を有する石英板であれば焼結体に限らず使用可能である
。

第１図は本発明の溶融塩電解槽の一例を示す概略断面図
で、塩化マグネシウムを電解してマグネシウムを製造す
るに際し、塩化マグネシウムを主成分とする浴温中に不
純物として含まれているＦｅやＭｎを除去するための電
解浴塩純化槽である。同図において、ｌは電解槽の外枠
、２は蓋、３は陽極、４は陰極、５は塩化マグネシウム
を主成分とする浴場、６は細孔を有する隔膜、７は電解
槽ライニングである。陽極３には通常グラファイトを用
い、陰極４には鉄を用いる。また、隔膜６を境にして陽
極３を取り付けた部分は陽極室８、陰極４を取り付けた
部分は陰極室９である。なお、陰極４は通常は浴場５の
上には出さず、電解槽の側方からライニング７を貫通し
て浴場５中に挿入される。

（作用）上記第１図に示した電解槽を用いて浴温中の不純物であ
るＦｅやＭｎを除去するには、電解槽に浴場を導入し、
陽極、陰極間に所定の電圧を印加して電解すればよい、
　Ｆｅ、　Ｍｎは陰極に析出し、浴場から除去される。

具体的な例について述べると、第１図において、電解槽
に不純物としてＰｅを含有する混合浴塩５（ＭｇＣｌ　
ｔ　：　２０％、ＣａＣｊ！　ｘ　：　３０％、ＮａＣ
Ｑ：５０％）を入れ、陽極３、陰極４間に塩化マグネシ
ウムの分解電圧より低い２．０〜２．４ｖの電圧を印加
する。ｒｅは浴温中でＦｅ１あるいはＦｅ”のＦｅイオ
ンとして存在しているが、陰極室９内の浴場５中に含ま
れるＦｅイオンは電解によりＦｅ３°−＊　ｐ　ｅ”　
’″→Ｆｅ’（金属Ｆｅ）と還元されて、陰極４上に析
出する。この間、Ｆｅ”、　Ｆｅ’＋は隔膜６の細孔を
通過することができないので、Ｐｅ”が陽極室８へ移動
して酸化されることもなく、陽極室８のＦｅイオンが陰
極室９に流入することもない、従って、陰極室９中のＦ
ｅイオンは除去され、浴場は浄化されると共に、画電極
３．４間に流れる電流は減少する。浄化された浴場は陰
極室９から取り出され、マグネシウム製造用の電解槽に
送給される。なお、陽極室８の浴場はそのままであるが
、必要に応じ陰極室９へ移され、上記のように浄化され
る。

Ｆｅイオンが上記の隔膜の細孔を通過できないのは、Ｆ
ｅイオンが単独で存在しているのではなく、いくつかの
Ｃｌイオン＜ｃｐ、−＞と弱く結合し、そのイオン半径
が大きくなっているためと考えられる。

後述の実施例から判断して、細孔の直径がセラミックス
製の隔膜の場合は２００μｍ以下、石英製の隔膜の場合
は５００μｍ以下であると、Ｆｅイオンの通過は阻止さ
れる。材質によりＦｅイオンの通過が阻止される細孔の
直径（上限）が異なる理由は明らかではないが、電圧の
印加により生じる隔膜表面の静電気が関与していること
が推測される。

なお、細孔の直径の下限は特に定めないが、画電極３．
４間に電圧を加えたとき電流が流れること、すなわち、
イオンが隔膜を通過して一方の電極から他方の電極へ移
動することが必要で、上記の塩化物系の混合浴塩の電解
においては、Ｃｊ２−がその役割を果たしていると考え
られ、従って、細孔は少なくともＣ１−が通過できる程
度の大きさを有していることが必要である。

細孔の数については、極端に少ないとイオンの隔膜の通
過に遅れが生じ、抵抗が増大して通電困難となるので、
抵抗の著しい増大が生じない程度の孔数は必要である。

焼結体であれば、通常、必要な孔数は十分確保される。

（実施例１）隔膜として孔の直径が２００μｍの石英粒子焼結板（１
００ａｎ＋Ｘ１００ｍｍ、厚さ５１　なお、以下の実施
例および比較例において、隔膜の寸法はいずれも前記寸
法に同じである）を使用し、第１図に示した構成を有す
る石英製の電解槽（縦１００ｓ＋ａｉ、横１００＋ｍ、
高さ１５０ｍｍ）を作成した。この電解槽の陽極室及び
陰極室９に、合わせて１．２ｋｇの溶融塩（ＭｇＣｌ　
ｚ　：　２０％、ＣａＣ１ｚ：３０％、ＮａＣｌ　：５
０％）を入れ、更に各電極室８．９に不純物としてＦｅ
Ｃｆｆ１ｓおよびＭｎＣｌ　ｔを加え、電解槽の外側か
ら電気ヒーター（図示せず）で加熱して浴場の温度を７
００°Ｃに保持した。陽極室８ではＲｅ濃度およびＭｎ
濃度はそれぞれ０．９０％、０．７２％であり、陰極室
９ではそれぞれ０．８０％、０．３９％であった。

次いで、陽極３と陰極４との間に、塩化マグネシウムの
分解電圧より低い２．５■の電圧をかけ、一定時間毎に
浴場をサンプリングしながら３．５時間電解を続けた。

その間、陰極４では金属（ＦｅおよびＭｎ）が析出し、
陽極３では塩素が発生した。

浴温中のＦｅｌＪ度およびＭｎ濃度の測定結果を第２図
に示す、同図から、Ｆｅ濃度およびＭｎｌＪ度は陰極室
９でいずれも０．００４％に低下し、浴場は透明で、電
解処理により不純物が除去されていることがわかる。な
お、陽極室８ではＦｅ濃度、Ｍｎ濃度は若干減少しただ
けで、浴場も赤茶色を呈し電解前の状態と大差なかった
。

（実施例２）隔膜として孔の直径が５００μ餓の石英焼結体を使用し
、実施例１と同じ装置および浴場を用い、同じ条件で電
解処理を行った。不純物として添加したＰａおよびＭｎ
の濃度は、陽極室ではそれぞれ０．０１８％、０．０１
９％、陰極室ではそれぞれ０．０２１％、０．０１９％
であった。

３時間電解後の浴温中のＦｅｌｆｉ度およびＭｎ濃度の
測定結果を第３図に示す、　Ｆｅ濃度および■口濃度は
陰極室ではそれぞれｏ、ｏｏｓ％、０．００２％に減少
した。

なお、陽極室ではＦｅ濃度、Ｍｎ濃度のいずれも電解の
前後で差はなかった。

（実施例３）隔膜として孔の直径が２００　ｐ　ｍ以下のアルミナ焼
結晶を使用し、実施例１と同じ装置および浴場を用い、
同じ条件で電解処理を行った。不純物として添加したＰ
ｅおよびＭｌｌの濃度は、陽極室ではそれぞれ０．０２
１％、０．０１４％、陰極室ではそれぞれ０．０１９％
、０．０１５％であった。

３時間電解後の浴温中のＦｅ濃度およびＭｎｆｉ度の測
定結果を第４図に示す、Ｆｅ１度およびＭｎ１１度は陰
極室ではそれぞれ０．００４％、０．００１％に減少し
た。

なお、陽極室ではＦｅｆｉ度は若干低下したが、Ｍｎｌ
ｄ度は電解の前後で差はなかった。

（比較例１）隔膜として孔の直径が１ｍｍの石英板を使用し、実施例
１と同じ装置および浴場を用い、同じ条件で電解処理を
行った。

３時間電解後の浴温中のＦｅ１度およびＭｎ濃度の測定
結果を第５図に示す、陰極室のＦｅｆＡ度およびＭｎ濃
度はいずれも０．００５％以下には下がらず、電流効率
は実施例１における電流効率の１６．０％にすぎなかっ
た。

（比較例２）隔膜として孔の直径が１ｍｍのセラミックフィルター（
アルミナ系）を使用し、実施例１と同じ装置および浴場
を用い、同じ条件で電解処理を行った。

４時間電解後の浴温中のＦｅｆｉ度およびＭｎｌＪ度の
測定結果を第６図に示す、陰極室のＦｅＩＡ度およびＭ
ｎｆｉ度はいずれも０．００５％以下には下がらず、電
流効率は実施例１における電流効率の１５．５％であっ
た。

（比較例３）隔膜として孔の直径がｌｌ１ｍのジルコニア質のセラミ
ックフィルターを使用し、実施例１と同し装置および浴
場を用い、同じ条件で電解処理を行った。

３時間電解後の浴温中のＦｅ濃度およびＭｎ濃度の測定
結果を第７図に示す、陰極室のＦｅｆｉ度およびＭｎ濃
度はいずれも０．０１５％程度、電流効率は実施例１に
おける電流効率の１２．０％であった。

（比較例４）隔膜として孔の直径がＩｏｎのジルコニア−ムライト質
のセラミックフィルターを使用し、実施例１と同じ装置
および浴場を用い、同じ条件で電解処理を行った。

３時間電解後の浴温中のＦｅｌＪ度およびＭｎ濃度の測
定結果を第８図に示す。陰極室のＦｅ４度およびＭｎｆ
Ａ度は０．０１５％、０．００６％と高く、電流効率は
実施例１における電流効率の２７．０％であった。

（比較例５）隔膜として孔の直径が５００μ輪の炭化けい素−ムライ
ト質のセラミックフィルターを使用し、実施例１と同じ
装置および浴場を用い、同じ条件で電解処理を行った。

３時間電解後の浴温中のＰｅｌｌｉ度およびＭｎ濃度の
測定結果を第９図に示す、陰極室のＦｅ′ａ度およびＭ
ｎ濃度はいずれも０．００５％以下には下がらず、電流
効率は実施例１における電流効率の３０．４％であつた
。

（比較例６）隔膜として孔の直径が５００μ槃のコージェライト質の
セラミックフィルターを使用し、実施例１と同じ装置お
よび浴場を用い、同じ条件で電解処理を行った。

３時間電解後の浴温中のＦｅｌｌｉ度およびＭｎ１度の
測定結果を第１０図に示す、陰極室のＦｅ濃度および１
１＋Ｊ１度はいずれも０．０１２％以下には下がらず、
電流効率は実施例１における電流効率の２４．０％であ
った。

（発明の効果）本発明の溶融塩電解槽を用いると、浴温中に例えばＦｅ
イオンやＭｎイオンのような金属イオンが含有されてい
てもそれらの金属イオンの隔膜を通しての移動は妨げら
れる。従って、陰極で還元された金属イオンが陽極で酸
化され、再度陰櫓で還元をうける、というような電気エ
ネルギーの無駄な消費がなく、高い電流効率を維持しつ
つ電解を行うことが可能で、浴場の精製純化、さらには
、金属の電解採取を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の溶融塩電解槽の一例を示す概略断面
図である。第２図〜第１０図は、浴温中に不純物としてＦｅおよび
Ｍｎを含有する場合におけるＦｅおよびＭｎの濃度と電
解時間との関係を示すグラフで、第２図〜第４図は実施
例、第５図〜第１Ｏ図は比較例である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）陽極と陰極の間に直径２００μｍ以下の細孔を有
するセラミックス製隔膜を設けたことを特徴とする溶融
塩電解槽。
（２）陽極と陰極の間に直径５００μｍ以下の細孔を有
する石英製隔膜を設けたことを特徴とする溶融塩電解槽
。