JPH04183884A - 電解槽 - Google Patents

電解槽

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JPH04183884A
JPH04183884A JP2308580A JP30858090A JPH04183884A JP H04183884 A JPH04183884 A JP H04183884A JP 2308580 A JP2308580 A JP 2308580A JP 30858090 A JP30858090 A JP 30858090A JP H04183884 A JPH04183884 A JP H04183884A
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JP
Japan
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anode
connecting rod
electrode
cathode
electrolysis
Prior art date
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Pending
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JP2308580A
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English (en)
Inventor
Tokuyuki Iwanaga
岩永 徳幸
Toshiaki Yamaguchi
俊明 山口
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

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、溶融塩電解法による三弗化窒素ガスの製造の
際に使用される、電解槽に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕三弗化
窒素(NF3)ガスは半導体のドライエツチング剤やC
VD装置のクリーニンクーガスとして、近年需要が増加
しており、これらの用途においては特に四弗化炭素(C
F4)の少ない高純度なガスでないと使用することがで
きない。
NF、ガスは種々の方法で製造されるが、中でも溶融塩
電解法は収率がよく、しかも量産が他の方法より容易で
あるので、工業的な製造方法として利用されている。更
に、前述したようなCF、の少ない高純度のガスを得る
には、この方法でしか得ることができないことからも、
最も好都合な製造法である。
この溶融塩電解法によるNhガスの製造は、酸性弗化ア
ンモニウムまたは弗化アンモニウムと弗化水素を原料と
するN If 4F  It F系や、これに更に酸性
弗化カリウムまたは弗化カリウムを原料として加えたK
F−NH4F−HF系溶融塩を電解する方法によって行
なわれる。
そして、この溶融塩電解法によるNF3ガスの製造にお
いては、陽極からはNF3ガスと窒素(N2)ガスが発
生し、陰極からは水素(tlz)ガスが発生する、いわ
ゆる画電極共にガス発生反応である。そのため、陽極か
ら発生したNF3ガスと陰極から発生したH2ガスが混
合すると、爆発を引き起こす安全上の問題点がある。従
って、この爆発を防止するため電解槽には第1図及び第
2図に示すように、陽極発生ガスと陰極発生ガスとの気
相での混合を防止するための隔板が設けられている。
また隔板は腐食及び隔板自体が電極化するのを防止する
ため、通常弗素系樹脂を用いるか、あるいは弗素系樹脂
で被覆するのが好ましい。
ここで、陽極はカーボン(C)またはニッケル(Ni)
電極が使用可能であるが、先にも述べたように、よりC
F4の少ない高純度ガスを得るにはNiシか使用するこ
とができない。しかしながら、このNi陽極を用いた際
には、このNi陽極がわずかに溶解する欠点を有する。
電解浴に浸漬している電極がこの溶解で消費され減少す
ると、もはやそれ以降の電解は困難なために、ある一定
の期間毎に陽極を交換しなければならない。尚、工業的
にはその期間は最低1力月から最高数年が目安であり、
通常3力月から1年の間で交換される。従って、電極に
接続する電極接続棒及び該電極板と該電極接続棒との接
合部分も電極と同等以上の寿命がないと、この部分の寿
命がネックとなって効率のよい製造が不可能となる。
一方、陰極板は金属であれば使用可で、通常安価な鉄が
用いられる。そして、電極として使用されている時は溶
解による消費はないため、電極交換の必要は無く、該接
合部も陽極と同等以上の寿命が必要となる。
ここで、電極接続棒は電極に電気を通じる目的のために
も使用されるので、通常金属が使用される。又、電極と
電極接続棒との接続は、ボルトナツト等のジヨイントを
使用したり、溶接したりして使用する。ここで、電解時
の上記の溶融塩の温度は、100〜130°Cにて行わ
れる場合が操作が容易で、電導性がよく、又電流効率も
良いことから、最も好都合である。
しかしながら、このNH,F−HF系ではこの温度にお
いてl(Fのアンモニア(N11.)の蒸気圧があるた
めに、電解槽の液面上から電解槽の蓋の間に位置する電
極や電極接続棒、さらには電極と電極接続棒との接合部
等の金属が、発生ずるガスに同伴するHF蒸気等により
次第に腐食される。我々が長期使用を行ったところ、電
極と電極接続棒の接合部の腐食が最も激しく、該電極接
続棒や接合部分に鉄やステンレス等の一般的に汎用され
ている金属を使用した場合には、ボルトナツトや溶接部
分が早く腐食されて肉厚が薄くなり、電極の重さに耐え
られなくなって電極が電極接続棒から外れ、電解続行不
可能になった。又、文献(渡辺、田坂、中西、電気化学
36.685  (196B) ”)に報告されている
真鍮についても同様に長期使用は不可であった。
さらに、電気伝導度も大きくかつIIFに耐蝕性を有す
る銅を使用した場合でも、アンモニアによる腐食のため
に同様のことが起こった。尚、電極が溶接部分から外れ
て途中の状態で短絡して、極端な場合は陰極と接触して
爆発や火災の原因となったりする。このように電極と電
極接続棒との接合部と液面との距離は安定操業上さらに
は安全上重要な問題点であることがわかった。
以上述べたように溶融塩電解法によるNF3ガスの製造
において、電極接続棒及び電極と電極接続棒との接合部
の材質は、安全、かつ安定操業上大変重要であることが
わかったが、電解槽の構造の検討は殆どなされておらず
、特に電極接続棒及び電極と電極接続棒との接合部の材
質についての報告例は少ない。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は上記状況に鑑み溶融塩電解法によるNF、
lガス製造用電解槽において、電解を行う電極板を支持
し且つこれに電気を通じる電極棒、及び、該電極板と該
電極棒との接合部分の材質について種々検討を重ねた結
果、その材質をニッケルに限定すれば、安全に、かつ長
期にわたってNF3ガスが製造可能であることを見出し
、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は、溶融塩電解法による三弗化窒素ガス製
造用電解槽において、電解を行う電極板を支持し、かつ
該電極板に電気を通じる電極接続棒にあって、該電極板
と該電極接続棒との接合部分の材質がニッケルであるこ
とを特徴とする電解槽に関する。
〔発明の詳細な説明 以下、本発明を添付する図面を参照しながら詳細に説明
する。
本発明で最も重要な点は、NF3ガスを安全に、かつ長
期間にわたって製造するための電解槽において、電解を
行う電極板を支持し、かつこれに電気を通じる電極接続
棒であって、該電極板と該電極接続棒との接合部分の材
質である。
第1図は本発明の実施に好適な、NF3ガス製造用電解
槽の一例を示す縦断面図であり、第2図は第1図におけ
るA−A”矢視図を示す。
尚、溶融塩電解法によるNhガス製造用電解槽において
は、電極と電極接続棒との接合部は、ボルトナツト等の
ジヨイントを使用したり、溶接したりして使用する。本
発明の電解槽においては、第1図及び第2図に示すよう
に溶接により接合しである部分である。従って、この場
合の本発明で言う接合部とはこの電極と電極接続棒との
溶接面を意味する。尚、ボルトナツト等のジヨイントを
使用した場合についても、電極と電極接続棒とが接する
部分を意味する。何れの場合でも本発明を有効に実施で
きるが、効果は同様であるので以後の説明は第1図に示
した溶接した場合についてのみ説明する。
本発明においては、陽極接続棒7a及び陽極5と陽極接
続棒7aの接合部7Cの材質はニッケルである。先にも
述べたように、この場合は接合部とは第1図に示す陽極
5と陽極接続棒7aの溶接面7Cを意味する。尚、陰極
接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7bの接合部7dの
材質についても、同様にニッケルを使用していなければ
ならない。
尚、この場合陽極5についてのみ説明するが、陰極につ
いても同様である。
本発明の電解槽の陽極接続棒7a及び陽極5と該陽極接
続棒7aの接合部7Cの材質は以上の如きである。陽極
接続棒7a及び陽極5と該陽極接続棒7aの接合部7c
の材質がニッケル以外であると、電解槽から発生するH
F蒸気により腐食が早く進み、長期使用した場合溶接部
7Cが次第に肉厚が薄くなって、陽極5の重量に耐えら
れなくなって、陽極5が陽極接続棒7aから外れてしま
う。
外れた陽極5はもはや電極としては作用できないため、
電解の続行が不可能となる。即ち、NFffガスの製造
が中止する。これらのことは安定操業面で大変問題であ
る。さらに、電極が溶接部分が外れず落ちる途中の状態
では、陽極5の一部が陰極6に接触して短絡してしまう
場合も起こりうり、極端な場合は爆発や火災の原因とな
ったりもする。
このことは安全上非常に大きな問題点であり絶対に避け
ねばならない。
〔実施例] 実施例I NP、F・IIF系(HF/NF4Fモル比−1,8)
の溶融塩を用い、これを第1図に示す陽極接続棒7a及
び陽極5と陽極接続棒7aの接合部7cの材質及び陰極
接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7bの接合部7dの
材質がニッケルである電解槽を使用して、電流25OA
 (陽極平均電流密度10A/dm2)で長期連続電解
を行なったところ、3力月たっても爆発を生ずることな
く長期にわたって安全にNF3ガスを製造することがで
きた。そこで、電極を電解槽から取り出して該接合部の
腐食状況を観察したところ、腐食は進行しておらず、さ
らに使用可能な状況であった。
比較例1 陽極接続棒7a及び陽極5と陽極接続棒7aの接合部7
Cの材質及び陰極接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7
bの接合部7dの材質が鉄である以外は、実施例1と同
様にして電解を行なった。
実施例1と同様に3力月長期連続電解を目指して本電解
を行ったところ、約1週間で電解摺電圧が象、激に上昇
する異常を示したため、それ以上の電解続行は不可能と
判断し、直ちに電解を中止した。
そこで、電極を電解浴4から取り出して該接合部の腐食
状況を観察したところ、腐食が進行して陽極5が陽極接
続棒7aから外れる直前であって、陽極5と陽極接続棒
7aの接続部7Cが接触不良で電解摺電圧が異常値を示
したことが判明した。
比較例2 陽極接続棒7a及び陽極5と陽極接続棒7aの接合部7
Cの材質及び陰極接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7
bの接合部7dの材質がステンレスである以外は、実施
例1と同様にして電解を行なった。実施例1と同様に3
力月長期連続電解を目指して本電解を行ったところ、約
3週間で電解摺電圧が急激に上昇する異常を示したため
、それ以上の電解続行は不可能と判断し、直ちに電解を
中止した。そこで、電極を電解槽から取り出して該接合
部の腐食状況を観察したところ、腐食が進行して陽極5
が陽極接続棒7aから外れる直前であって、陽極5と陽
極接続棒7aの接続部7Cが接触不良で電解摺電圧が異
常値を示したことが判、明した。
比較例3 陽極接続棒7a及び陽極5と陽極接続棒7aの接合部7
cの材質及び陰極接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7
bの接合部7dの材質が真鋳である以外は、実施例1と
同様にして電解を行なった。
実施例1と同様に3力月長期連続電解を目指して本電解
を行ったところ、約1週間で電解摺電圧が急激に上昇す
る異常を示したため、それ以上の電解続行は不可能と判
断し、直ちに電解を中止した。
そこで、電極を電解槽から取り出して該接合部の腐食状
況を観察したところ、腐食が進行して陽極5が陽極接続
棒7aから外れる直前であって、陽極5と陽極接続棒7
aの接続部7Cが接触不良で電解摺電圧が異常値を示し
たことが判明した。
比較例4 陽極接続棒7a及び陽極5と陽極接続棒7aの接合部7
cの材質及び陰極接続棒7b及び陰極6と陰極接続棒7
bの接合部7dの材質が銅である以外は、実施例1と同
様にして電解を行なった。
実施例1と同様に3力月長期連続電解を目指して本電解
を行ったところ、約3週間で電解摺電圧が急激に上昇す
る異常を示したため、それ以上の電解続行は不可能と判
断し、直ちに電解を中止した。
そこで、電極を電解槽から取り出して該接合部の腐食状
況を観察したところ、腐食が進行して陽極5が陽極接続
棒7aから外れる直前であって、陽極5と陽極接続棒7
aの接続部7cが接触不良で電極摺電圧が異常値を示し
たことが判明した。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明は溶融塩電解法によ
るNF、ガス製造用電解槽で、電解を行う電極板を支持
し、これに電気を通じる電極接続棒にあって、該電極板
と該電極接続棒との接合部分の材質をニッケルに特定す
ることにより、NF3ガスを安全、かつ長期にわたって
製造することを可能にしたものである。
即ち、電極板と電極接続棒との接合部分の材質が、本発
明の範囲外である比較例は、NF3ガスを安全、かつ長
期にわたって製造することが不十分である。これに対し
、電極板と電極接続棒との接合部分の材質が、本発明の
範囲内である実施例はNF3ガスを安全、かつ長期にわ
たって製造することができ、全て優れているのが明らか
であり、本発明のNF3ガスを工業的に製造する上で極
めて有意義なことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に好適な、NFiガス製造用電解
槽の一例を示す縦断面図であり、第2図は第1図におけ
るA−A’矢視図を示す。 図において、 1−一−−電解槽本体、 2−一一一弗素系樹脂板、 3−一一一蓋板、 4−一一一電解浴、 5−一一一陽極、 6−−−−陰極、 7a−−−一陽極接続棒、 7b−−−一陰極接続棒、 7cm−−一陽極接続棒との接合部、 7d−−−一陰極接続棒との接合部、 8a−−−一陽極絶縁材、 8b−−−一陰極絶縁材、 9a−−−一陽極接続棒固定用袋ナット、9b−−−−
陰極接続棒固定用袋す・ント、10−−m−隔板、 11−−−一隔板固定用蓋板、 12−−−一陽極発生ガス出口管、 13−−m−陰極発生ガス出口管、 14−−−−バッキング、 15−−−一蓋板用ボルトナット、 16−−−−隅板固定用ボルト、 を示ず。 特許出願人  三井東圧化学株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)溶融塩電解法による三弗化窒素ガス製造用電解槽に
    おいて、電解を行う電極板を支持し、かつ該電極板に電
    気を通じる電極接続棒にあって、該電極板と該電極接続
    棒との接合部分の材質がニッケルであることを特徴とす
    る電解槽。
JP2308580A 1990-11-16 1990-11-16 電解槽 Pending JPH04183884A (ja)

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JP2308580A JPH04183884A (ja) 1990-11-16 1990-11-16 電解槽

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JPH04183884A true JPH04183884A (ja) 1992-06-30

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