JPS5943890A - 電解による金属の製造方法およびその装置 - Google Patents

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】 本発明ｔま、目的金属よりも高密度の溶融篭、解質の電
気分解による金属製造方法およびそのためσ）電解槽に
関する５本発明を以下、塩化マグネシウムを含む溶融電
解質の電気分解によるマグネシウムσ）製造欠参照し′
Ｃ特に説明するが５本発明がその他の電解質およびその
他の金属についても応用できるものであることは了解さ
れるべきである。

塩化マグネシウムケ含む溶融電解質の電気分解において
、マダイ・シウムは陰極で、また塩素が陽極で得られろ
。両者は電解質よりも軽いので、両者は表面へ移行する
、このマグネシウムオ・（よびり、ｉＡ素が相互に接触
するならば、再結合し易く、これが主たる製造ロスの原
因である。このような再結合（再化合）の傾向は、接触
時間、接触の緊密性および電解質湿度に左右されるっ こ＋７’）ような問題の古典的な解決法は、隔膜ゲ用い
て陽極域および陰極域を分ｊｉｆｆすることであった。

しかし隔膜は電極間距離を可成り増加させ、従って電解
槽の内部抵抗を増大させる。この解決法は多年にわたり
商業的に使用されてきているが、最近の工業的操業では
無隔膜電解槽が好まれろようになってきている。隔膜無
しの電解槽は下記の二つのカテゴリイに分類できろ。

（１）陰極で得られろマグネシウムを、陽極で生ずる塩
素と実質的に接触しないように設計された電解槽。この
ようにするには、対面−１−ろπｌ；極間て可成りの距
離を保つことが必要であり、このことは必然的に、電解
質の電気抵抗に打勝つのに可成りの電気エネルギーが消
耗されなげればならｔ、ｃいことケ意味するうこのよう
な電解槽は、マグネシウム／塩素再結合が実質的に田土
されるので、高い電流効率を有する、 （１１）マグネシウム滴’？電解質の表面へ上昇させる
のに塩素乞使用するように設計された電解槽。

この陽／陰極間空隙は非常に縮小でき、従って電解槽の
内部抵抗を低減できるが、ＭｇとＣ６２との逆反応の故
に電流効率が低められる。この電解槽の′電流効率は発
生塩素からの製品Ｍ　ｇの分ν；［［の迅速性に左右さ
れる。

本発明の電解槽は一ヒ記カテゴリイ（１１）に：属する
。

カテゴリイ（１）の電解槽の一つは、米国特許第４．０
５５，４７４号明細書に記載されている。この電解槽で
は、上昇する金属を受けそれ馨主塩素抽集室から離れた
適当な金属捕集位置へ導くために、各陰極の上でかつ浴
の表面の下に延在している逆さにした鋼ｉ、’ｌＩケ使
用する。電解質の循」Ｖ↓は　ｌ、ゼ、極間空隙中のガ
スリフト効果により達成されろ。鋼樋Ｊ：り上位でσ）
塩素の放出後、電′解質は陰極表面の背面に設けられた
空隙中２下向きに流、ｌｔろ。

同じ製品分離法は、中間双極電極”ｔ　ｌｉｉえた電解
槽について最近提案されていイ）（欧州特許明細用第２
７０１６Ａ号）、、この電１管槽でＯま、逆さの樋ｔユ
各陰極表面に設けられ、金属マグネシウムをそれぞれ捕
集して、別の所にある溜へ導き出すようになっているヮ
同様な構成乞陽極表面でｑ）塩素の捕集のために使用す
ることが示唆されＣいる。電極間空隙および電極表面（
殊に陰極表面）の傾きは、二つの生成物乞満足に分離す
るように選定されろ、実験により１両者の混合を防ぎ、
従って商業的量のマグネシウムを生産するのに必要どさ
れろ電流密度で０）電流の通過がち（電極の形状寸法が
最適化された場合でさえも）もたらされＺ、）著しい′
ＩＩｆ［Ｅ降下を防ぐためには、５ｃｒｎの最小空隙が
８快とされることが判明している。

上記カテゴリイ（１１）の市１解槽Ｕ、米国１’ｆｉｉ
’＋第３９０７６５１号明細書に記載されてヤ・；す、
この電解槽では抜部用陽極と抜部用陰極とからなる組込
体が用いられ、その抜部用陰極のそれぞ、）先は、陽極
に対面する二つの表面の間に通路６有し、その通路を介
して、電解質麹マグネシウム混合物が別個の金属捕集室
へ向けて移行するようになっている。その混合物からの
塩素の分離を助長するために、その通路の入口の所に制
限手段を設けることができる。かかる構成は、電解質の
流れがマグネシウム滴欠懸朗状に保持するのに充分な速
さで、しかも完全な脱ガスを生じさせるのに足る遅さで
あるように、通路乞設計することの困難が伴なう、上記
力テゴリイ（１１）の多極性；Ｅ解槽に：１．米国！ｈ
１′Ｆ第２．４６８，０．２２号および第２．６２９．
６８８号明細書に記載されて寸、くっ、このような電解
槽でにマダイ・シウムの捕集すま機械ポンプで電解質７
金属抽集位置へ向けて循」１：１させろことにより実ｈ
１１され；双極垂直スラブ間＋））電極間空隙はその循
環電解質によって掃ぎ払われ：生成マグネシウムは、電
極間空隙に溢って配置ｉ’＋°されかつそれらの空１伶
から液面下の堰によって分離された一つの共通な溜にオ
ーバーフローして入るようにブｘっているうそσ）液面
下に没［７た状態の堰は電気分解質から溜うσ）塩素の
移行を防ぐ、金属マグネシウムは金属抽集中に配置され
たダムによって保留され、電解質だけが電ＷＩ！室中ヘ
ポンプ返送されろ、困難なｊ′は境（ｆｃ力・かわらず
ポンプを連続的に使用し続けなければならない必要から
生ずる運転上の問題は、当業者に周知である、これは、
これらの電解槽が商業的に成功？果していない理由であ
ろＪ ここに我々は、多極式の電解槽におけるマグネシウムの
分離を、ポンプ（機械的ポンプ）ゲ使用せずに電解質を
循環させろことにより実施する方法を見出した。その電
解質の循環は、電解質の大とな上昇速度ケもたらす小さ
な電極間空隙および電極での高電流密度を用い（電枠間
空隙中での塩素の高い流動速度により電解質の大きな上
昇速度がもたらされろ）、しかも何らの大きなＮ１ｍ降
下乞生２させることな（（小さな％極間１１’１１１ｉ
ｊｌｌＨｏ　＞故１１Ｃ）、達成でき、しかも満足な電
流効率（両生酸物の橙めて迅速な分離の故に）がもたら
されろ、我々の特願昭５８−１０４０５９号（昭５８．
６゜１０出願）明細書には、電解質循Ｒ馨電極間空隙の
平面の横方向に生じさせろことが記載されている。この
循環方式（でおいては、電解質／金属混合物を横位置の
排出点まで到達させるのに要する時間は、電極の巾が大
きくなるにつれて増加するので、ある限度を越えると電
解槽の電流効率が不利に１ぶるような電極の「ＩＪの制
限がある。

我々はかかる問題を克服し、なおり・つ上記特願昭５８
−１０４０５９号に記載されている利点乞保持する電解
方法ケ見出した。

本発明によれば、目的金属よりも高密度の溶融電解質σ
）電気外１１１イによって金属を製造才ろためσ）笥ｌ
］屏ｉ曹であって、 陽極；１またＱ」それ以上の中間双極電極；および一つ
の中間双極′市、極に対面している前面とその反対側の
背面とゲ有する陰極；から構成され、それらの電極の間
υこ？１１、気分解域ヶ限定している少なくともＩＭｌ
ｌの電極組込体、ならびにそσ）組込【・卜の上の気体
捕集ネ、ぞ含む電気分解室。

電気分解域θ）ＳＣＸ部および底部と連通［７ているが
気体捕集室とに隔絶されている金属捕集室、陰極の背面
に隣接して延在し、そして金属捕集室に連絡しており；
餉″解質／金属混合物σ）ため（ハ限定された３ｉｆｌ
路オ・）よぴその限Ｑ　、＋Ｌｌｉ路の下流側に金属捕
集のために金属が金属捕集室へ流Ｊ’Ｌ７．．Ｉような
形状と１−だ逆さ圧した溝（樋）を含む；ダクト。

該１またはそれ以上の中間双極鐵、極の頂部縁において
、電、気分解域から上昇して来ろＩｊｆ、　ＩＱ（ｒ’
Ｉ−ｔ　／金属混合物ン陰極の上から流してダクト中ｔ
こ流入さおよび電解質／金属混合物の表面を実質上一定
θ）高さに維持する手段、 を有すること乞特徴とする電解槽が提供されろっさらに
本発明によれば、目的金属よりも高密度の溶融した金属
塩化物電解質σ）電気外Ｍ７ｒにより金属乞製造する方
法であって、 それぞれが１個σ）陽極、１個σ）陰極および１または
それ以上の中間双極電極からなる１組またはそれ以上の
組込体の電極群間の電極間域の下端部へ電解質を導入し
、 陽極と陰極との間に電流を通すことにより、陽極性の電
極表面において塩素乞発生させ、金属ケ陰極表面で生成
させ、そして電解質／金属／塩素混合物乞電極間域乞上
昇させ。

雷、極間域の上端部から退出する電解質／金属混合物を
中間双極電極および陰極の上から流し２て陰極背面の限
定された通路内ケ流下させ、流体表面位乞実質上一定の
高さに維持して、その限定通路においてまたはその限定
通路の上流部で電解質／金属混合′吻から（ｎ塩素０）
実質上完全７ｆ分１ｉｉＩＦを行い、しかも電流の可成
りｒｒ）部分が中間双極電極ン迂回しないようにし、 その限定通路（＋）下流部で電、＊ｌ−質／金属混合物
から金属乞金属ｌ１ｌｉ集域に連絡し、てい７．）節さ
の溝（樋）中へ分離、回収し、そして電解質乞電極間域
σ）下端部へ再循環させ７．）ことを特徴と−する電気
分解による金属σ）製法も提供され７）。

本発明で使１１．１１−ろ中間収（３ｖＩ、電極は、金
属０）生成が起こりうろ１°効陰極面積ケ増人させ、し
ｈ・も電解槽の寸法乞増大させたりまた多数の外部電気
接続に給電することｂで伴なう熱および電力損失会・増
加“↑ろことがないので、有用であり望ましいっ双極電
極使用により生ずる一つσ）間（也（−、ｉ′市流σ）
θニー洩であるっ各極間空隙でり）電気分解反応から生
ずる分極電［Ｅ＋−を非常に高いので、電流し１、可能
なところでは電解質／金属混合物７介して流れ、また。

中間双極電極ゲ介さずにそれを迂回して流れろ傾向があ
る、本発明は、この問題を軽減するように企゛Ｃた下記
のいくつかの特徴？有す・ｂ、（ａ）　　中間双極電極
の頂部７毬えての電流漏洩は。

液体表面の高さ暑、それらの電極のＩ′ｌ縁の高さとほ
ぼ同一に維持するように液面位制（ｉ１１１艮置ン操作
することによって最小化でなろう従って、液面は電気分
解域から上昇して来ろ１１ｊ、解質／金属混合物を陰極
上に注ぎダクト中へ流入させるσ）に必要な高さよりも
余り高くないのが好ましい。

（ｂ）　　中間双極電極の両端部を迂回する電流篩洩は
電極組込体の各端部に隣、接して゛蒐、気絶Ｒ（例えば
耐火物ブロック）を施すことにより実質的に防ぐことが
できる。しかしそ０）ようなブロックは長期間σ〕運転
中に必然的に減耗しまたは破壊され。

迂回電流の漸増をもたらす。

（Ｃ）　　中間双極電極の底縁より下の電流漏洩は。

電気分解域の下端部へ電解質を導入するための通路馨力
える必要のために、完全には除くことができない。ここ
での電流漏洩はその導入通路の寸法馨制限することによ
りおよび／または電解質に対しく従って電流に対し）曲
折流路７力えろことにより、最小化できる、 （ｄｉ　　本発明Ｉ７）好ましい態様においては、中間
双極電極および陰極？、陽棧の主要面に対面させイ）だ
けでなく、陽１□針の端部ふ；よび／またＱまｊ）゛（
部θ）面と対面させろように、配置配列する。こσ）よ
う０てすることによつ°Ｃ５各陽極が中間双極′山極（
Ｃよって全面的に取ｔｊｌ囲まれろようになろっこ１）
）ような設計は、陽極ケ取り囲む高電圧帯域をＪｊえ、
そして電、流の迂回および酬大物損耗θ）問題ケ起こす
ことなく電解槽中で比較的多数の極を使用可能とする極
めて機能的な電極形態を与え７−１３操作において、電
解質、溶融金属および気体（典型的に１は塩素ガス）か
らなる混合物は、電気分解域内を上向きに流れろ、電１
ｆｆ！１．質／金属混合物は。

各中間双極電極θ−）−におよび陰極の１［あふれ、陰
極の背面ダクト中に流入するっこれを用能とするには、
陰極の前面の頂縁に隣接する中間駅１ｍＬ１ｈ：、　Ｉ
＠の頂縁が陰極の上縁の高さと少なくとも同じ高さであ
ることが必要である。、１個より多（／’）中間双極電
極がある場合には、いずれの中間双極電極もそれを陽極
との間にある他の中間１１１′極よりも著しく高くては
ならない。中間双極電極が１個より多く用いられろ場合
、好ましく　＋ｒ、ｔそｉｔらのオペてσ）中間双極電
極の頂部は実質的に同じ置さでＪ−ろか、陰極から陽極
に向けて−Ｉっずかに−１−昇する傾斜ケ形成するよう
に配置されろ。それらの上を越えて流れる電解質／金属
混合物の流れを均等に−・「ろには、中間双極電極およ
び陰極の頂縁はそれらの長さ方向に二沿って美質上水平
であるべきである。

陰極の背面に隣接して延在才ろダクトは、電解質／金属
混合物のための制限伺き通路ヶ（好ましくは陰極の頂縁
の高さと実質的に同じ高さに）含むっこの制限付き通路
は、該混合物の流動？制御して金属筒がその通路を逆流
しないような圧力降下を与える機能？果すものであり、
そのような圧力差＆、ｌｔ、逆さの溝中および金属抽集
中の捕集金属が漏洩が生じたとしても、電、気分解質へ
戻るの乞防ぐに足る値である。従って金属の効率的捕集
は電解槽の破損が著しくなるまで長期間如わたり保持さ
れるであろう、 その制限付き通路は、ダクトの入］二１で気体偏向、分
離器として機能するパンフル（邪魔板）によって構成で
きる。このような気体偏向藩の設計は慣用水力学のＥす
已により行いうる。液体ｉｉ’ｉｊ　＋７’）高さが高
過ぎるならば、電流の可成りの部分が中間電極を迂回し
てしまい、また溶融金属が電気分解室内で合体して循■
ζ°↓電解中に取り込まれず６′（気体抽集室空間中へ
向けて浮上してしまうことがある。液面が低過ぎろなら
ば、塩素またはそ０）仙Ｃハ気体が金属捕集室中に持ち
込まａｔろことがある。従って、　□好ましくは液面Ｑ
；１、中間双極電極の］１′口呆の筒さと実質的に同位
置に保持才ろ。′ｔＬ面位ｊｉａ制御装置馨設けて液面
位を実質的に一定に維持することができる。この装置は
容器の形態とすることができ、これを金属捕集室０）ｒ
ｆ４３．′、解質中に部分的Ｋまたりよ全体的に漬けて
、電気分解室へ、または′？Ｖ気分解質から電解質を移
動させて電気分）１ｇ６室における液面０’Ｌを変動さ
せろことができるようにしだもσ）でよ）ろ、別法とし
て、溶融金属の連続的１＝たべ頻断続的な取出し、およ
び／または新しい相料の導入によって、液面位ケ実質上
一定に維持することもできるっ一絹の電極組込体（アセ
ンブリ）　１．ｒ、　Ｉ）　ｔ））中間双極電極の数は
、余り重要でなく、１〜７枚が便宜であろう。電極は垂
直に配置し、または垂直に対しやや角度を付けて配置し
てもよい。陽極の底に対面する陽極またに中間双極電極
の部分は、ある角度で（または場合によっては水平に）
設置されろ必要があることがあるが、そのような電、極
の部分は制限するのが好ましいう電解槽は単一の電極組
込体（アセンブリ）を含むものであってよい、あるいは
電ｌｉｔイ槽は数組の、例えば５〜８組の、電極組込体
とそれらの間に設けた二重作用陰極と７含んでいてもよ
い。その二重作用陰極は、陰極乞形成する２枚の金属プ
レーｔ−Ｖ含み、そｉｔらのプレートの間に金属捕集室
へ流じるダクト７有するようにできる。

本発明の電解槽は、製造目的の金属の融点よりもわずか
に高い温度で運転して、金属と塩素との逆行反応７可及
的に低めるように設計される。マグネシウム（ｍｐ７５
５１°Ｃ）乞製造するのに使用する場合、電解槽は６５
５〜６９５℃、特に６６０〜６７０　’Ｃで運転する１
ｈが好ましいっ本発明σ〕電ｌｌ１ｉｌ一槽は、高電、
流密度（典型的には０、３〜１．５　Ａ／、：ｒｎ”　
）および小さい′６電極距跡（典型的にば４　＋＋＋ａ
〜２５　ｍ謂）で運転されろように設計される。陽極ｔ
・；よび中間双極電極はグラファイト製が好ましいが、
後者はグンフ′アイト・Ｄ陽極性表面と鋼の陰極性表面
とを有する複合体であってもよい。これらの条件下で電
極寸法は、むしろル１解槽効率に対して重要な影響ケ与
えるので、１１気分解室へρ）空気や水分の侵入化防い
でグラファイト製の陽極および中間電極の消耗を低減す
るようなすべての通常取られろ注意がなさ些なければフ
、【らない。普通、電気分解室中の気体捕集空間は閉鎖
囲いの中にあり、その閉鎖囲いを陽極が貫いて下向きに
突出している。好ましく、ハ、全ト１極父取り巻く千−
の第２フード、また（＃ｊ：各陽極２そ、ｌｔぞれ取り
巻く第２フードヶ設ける。閉鎖囲いと第２フードとの間
の空間には不活性ガスケ満たしてもよい。

金属捕集室は欧州特許第６００４８Ａ号明細唱１に図面
ン参照して本発明をさらに説明する。

第１および２図ｒおいて、電＋１ｌｌｌ’　Ｒ１ｌ：Ｉ
、鋼製外殻１０、断熱層１２、および溶融金属（マグネ
シウム製造の場合は溶融マグネシウム）才６よび溶融電
解質の両者に耐え得る材料の厚い耐火物ライニング１４
からなろっまた電解槽は電気分解室１６；金属（マグネ
シウム）捕集室１８；電気分解室の頂部から金属捕集室
へ連絡しているダク）２０　；および金属捕集室内に配
置された液面位制御装置２２；ケ含んでいる。

電気分解室１６は、６組の電極組込体（アセンブリ）か
らなり、それらの個々の組込体は−っの陽極２４、二つ
の陰極２６および４対の中間双極電極２８．３ｎ、３２
．３４がらなっている。電極は相互に絶縁スペーサ（図
示せず）によって分離され。

そして垂直に配置されて相隣れろ電極間に垂直な電極間
空隙β４えるようになっている。

陰極２６は電解槽の耐火物床面１４に乗っている。各電
極アセンプＩＪ　’＆限定している陰極の対の間で、耐
火物ブロック６６の楡が長手方向の耐火物ブロックろ８
の列ｉ＝支持しており、その各々・ｈ上に陽極または中
間電極が乗っている。ブロック５８は段階的な高さン有
し、最も高いところで陽極２４を支持し、そして最も低
いところで陰極２６に隣合った中間双極電極５４・ｒ支
持しているっこのように′−ｆろと一定寸法の双極電極
を用いるにも拘らず、双極電極の頂部を横切っての速い
電解質の流動のための形態が達成されろ、電気分解室は
。

底を長手方向ブロック５８により、背面および両側面を
耐火物ブロックのカーテンウオール（垂れ壁）４０によ
りライニングされている。このノｙ　−テンウオール４
０は、４２のところに下向きの延長部を有し、これらの
延長部は槁ろ６ＶＣ乗り、また電極アセンプＩＪ　’１
７金属捕集室１Ｂから分離してい゛る。電極アセンブリ
同志の間でカーテンウオール４０は金属捕集室１８中の
金属（マグネシウム）を電気分解室中の頂部空間４４か
ら分離するに足る距離だけ下向ぎに延びている。この頂
部空間４４中には電解槽の屋根部４６によって塩素が保
留され、そこからパイプ４８によって除去されろ。

各陽極２４は電解槽の屋根部４６’＆貫いて突出して、
アノード母線５０に接続されている。一つの潜在的問題
は大気から陽極（ある程度多孔質）を介しての電気分解
室中へのガスの拡散である。

しかし、この問題は、各陽極の頂部の周囲に第２フード
５２を設けることにより、またこの第２フード内の領域
がアルゴンのよ、うな不活性ガスによって充填されろか
、または頂部空間４４中の圧力よりも低い圧力に維持さ
れろようにすることにより回避できる。別法として単一
の取り外し可能なフードをすべての陽極の頂部を取り囲
むように設けることもできる。陰極２６ｉｌ−１：電解
槽の側壁を介して陰極母線５４へ接続される。接続位置
は、他の電極の底部よりも可成り下位になるようにして
、背面壁の耐火物ブロック１４の腐食が電気分解域で可
及的に少なくなるようにする。

４枚の双極電極２８，５０，３２．３４の頂部は、す′
べて実質的に同じ高さにあり、ただし２８の頂部ケ６０
よりもやや高く、６ｏの頂部ゲ６２よりもやや高（、そ
してろ２の頂部を６４の頂部よりもやや高くする。各々
の頂部はその陽極対向側の５６で丸味を付けられて、電
極間域からダクト２０へ上昇しつつある電解質／金属混
合物のために可及的に平滑かつ非乱流の通路６与えろよ
うになっている。陰極２６の頂部は中間双極電極σ）頂
部よりも低く、また陰極は運転中に液面下に没したまま
であるように設計される。

ダクト２０中には陰極の頂部に隣接したところに制限利
き通路５８が設けられている。各陰極の背面には、−列
の面１大物ブロック６０が固定されている。制限利き通
路は、これらの饋１大物ブロックの対面対の間にあり、
あるいは電気分）γ６室の端部においては耐火物ブロッ
ク６０と電、解槽の壁１４との間にある。金属捕集のた
めの逆さの溝６２が耐火物ブロック６０の直ぐ下位のと
ころで各陰極２６の背面に装着されている。所望ならば
、これらの溝は電解槽の背面から金属捕集室へ向けてわ
ずかに上方に傾斜するように配置して金属を捕集室へ導
くようにできる。

金属捕集室では、界面６６の」二に表面層６４の形で金
属マグネシウムが浮」＝シ、金属捕集室の下方部分は電
解質で満たされている。金属取出穴６８が設けられてい
る。

液面位制御装置２２は、ジャケット付ぎの水平の円筒容
器７０からなっており、その両端で閉鎖されており、そ
して電解質中に漬けられている。

コノ円筒容器は両端部においてパイプ７２で支持され、
パイプ７２が必要時にジャケット７４中へ、またはジャ
ケット７４がら空気２導いて熱交換器として作用するよ
うになっている。空気導入パイプは７６で断熱されて、
金属の局部凝固を防止するようになっている（欧州特許
第６００４８Ａ号参照）、、小径のパイプ（図示せず）
が円筒容器の内部の上方部分７８中へアルゴンを供給し
、またはそれからアルゴンを引き出せるようになってい
る。

円筒容器の下方部分中には電解質の出入のための穴８０
がある。金属捕集室中の電解質／金属マグネシウム混合
物の表面位は、容器７０中へアルゴンを供給し、かくし
て電解質６押し出すことにより上昇でき、また容器７０
からアルゴンを抜き出すことにより低下できる。自動検
知手段（図示せず）を設けて液面位を探知し１例えば液
６口を製品金属マグネシウムの取出し中、または塩化マ
グネシウムもしくはその他の電解質成分の導入中に実質
的に一定の高さに維持することができる。運転中に電流
は、電気分解質中の陽極２４と陰極２６との間に流さ」
しろ。電解質はアルノア　１Ｊ金属およびアルカリ土類
金属の塩化物の慣用的混合物であり、多くの場合弗化物
、例えば弗化マグネ／ラムも含み、そして金属マグネシ
ウムの融点よりもわずかに高くなるように選択された運
転高度で液体となるように組成設計される。溶融マグネ
シウムは陰極２６上および中間双極電極２８　、５０　
、　：５２　、５４の陽極対向面上で生成される。塩素
は陽極２４」二および中間双極電極の陰極対向面ヒで生
成される。

上昇する塩素泡の流れが電極間空隙ケａｆｆａたし、か
くして生ずる電解質の上向流は溶融マグネシウム滴を含
む。電気分解域の頂部の液面へ到達する電解質／金属マ
グネシウム混合物は、それらの間にある中間電極および
、ダクト２０の方の陰極の上に流れかかる。次いで電解
質／金属混合物は、電解質中にマグネシウム滴を取り込
ませるように制御された液体乱流な生じさせろように設
計された制御付き通路５８内を下向きに通過する。また
その通路５Ｂは電解質／金属混合物がその通路に到達す
る前に残留塩素ガスが放出されるように電解質の液面か
らある深さの位置に配置される。かかる制限付き通路５
８の寸法は、その通路で５〜５０間の圧力降下が生ずる
ような寸法であるのが好ましい。

本発明の最も重要な特徴は、中間双極電極および制限付
き通路の両者に関して液面位χ制御することである、前
記のように液面は中間双極電極頂部よりも著しく高くて
はならない。これに電流の注口を可及的に少なくするた
めであ７）。液面に関しての制限付き通路の位置は、完
全な塩素分離達成の必要性と、マグネシウム滴が合体し
塩素と再結合しうる場合に表面層の静止を回避する必要
性と、の間の妥協により決定される。

制限付き通路５８の下で、電解質の流れは速度６下げ、
金属油集室１８の方向へ９０°方向転換してその中に入
る。ここから電解質は１８０°方向転換して電極アセン
ブリの下へ流れ戻る１次いでその流れは上向きとなり、
断熱ブロック６Ｂの間を流れ、そして電極間の電気分解
域中に入り上向きに流れろ。制限付き通路５８内ケ流れ
ろ電解質中に取り込まれた金属マグネシウムσ）はとん
どはダクト２０内で放出され、逆さの溝６２内に集まる
。

捕集室１８内で電解質から金属マグネシウムがさらに放
出される。これら二つの源からのマグネシウムは捕集室
の表面へ浮上し、そこから取出されろ。

第６，４および５図は本発明の別の設計の電解槽を示す
。この電１１＋イ槽は電気分解室１００；金属捕集室１
０２；’に、解質／金属混合物乞流すためσ）Ｎｌｌ限
付き通路１０４．および金属捕集用の逆さび）溝１０６
Ｙ含むダクト；ならびに捕集室内に配置された液面位制
御装置１ＯＳ；Ｖ有している。

この電気分解域中は、グラファイト製の長いクサビ形ブ
ロック状の単一陽極１１０を含み、これらのブロックは
一本の連結軸に沿って相互に隣合って位置し、そして陽
極母線１１２によって＠１源に接続されている。陽極は
、陰極母線１１６によって電源に接続されている鋼製陰
極１１４によって完全に取囲まれている。陰極は、垂直
に対して小さな角度をもって陽極の主要面１１９に対面
している側面１１Ｂと、陽極の垂直端部１２１に対面し
ている垂直端部面１２０とからなっている。陰極表面１
１８と陽極表面１１９どの間に挾持されているのは、４
枚の中間双極電極１２２である。

陰極衣ｒＮｉ１２０と陽極端部１２１とσ）間に挾持さ
れているのは４枚の中間双極電極１２４である、鋼製プ
レート１２６が陰極の表面１１８に対しその表面の下端
縁近くで溶接されている。これらのプレートは陰極の延
長部を形成づ−るもσ）であり。

垂直に対し約４５°の角度で傾斜している。これらのプ
レート１２６と陽極の底面１２８との間には、三つの中
間双極電極１ろ０が配置され５これらも垂直に対し約４
５°傾斜している。傾斜したセットの中間双極電極１ろ
Ｏの間には、系中へ電解質を導入するために狭い隙間１
６２が残されている。

プレート１２６と中間双極電極１５０とσ）間σ）傾斜
した電気分解域は、陰極表面１１Ｂ、中間′Ｉｉ″１極
１２２および陽極１１０の間の実質的に垂直な電気分解
域と連通しており、これらの領域へ電解質が連続的１ｃ
、Ｊ−向きに流れ込むようにブｆつている。

すべての電極は絶縁スペーサ（図示せず）によって相互
に分離されている、 電解槽は５鋼製外殻１ろ４．断熱層１ろ６、ならびに溶
融金属（マグネシウム）および使用する溶融電解質の両
者に耐える材質の厚い耐火物ライニング１６８よりなっ
ている。、、電気分１竹域は、熱絶縁された蓋１４０に
よって閉じられ、蓋１４０には塩素ガスを取出すための
排気口１４２が備えなれている。

金属（マグネシウム）捕集室１０２＆−ｔ、電気分解質
１００から、カーテンウオール（垂れ壁）１４４によっ
て分離されている。そのカーテンウオール１４４は電解
槽の屋根部から電解質の表面れての移動（熱膨張による
）を防ぐような寸法である。

このような電解槽の運転は、第１および２図の電１ｔイ
槽の運転と同様である。電解質、マグネシウムおよび塩
素の混合物が、電気分解域の電極の間を上向きに流れ、
中間双極電極および陰極の上にあふれて耐火物ブロック
１５６のところまで行き、制限付き通路１０４ケ流れ下
る。その後、電解質の流速は低下し、マグネシウム滴が
溝１０６および１６０に捕集され、マグネシウム捕集室
へ送られろ。金属マグネシウム捕集室した電解質は通路
１６２に入り、再び電極間の電気分解域中へ上向きに入
る、かくして、電解質は陰極の周囲へ実質的に再循環さ
れるので、マグネシウム捕集室中への、またはそこから
の電解質の循１１！　ｉ７１．わずかに一部分にすぎな
い。

陽極の側端部１２１および底１２８を取囲んでいる陰極
１２０・１２６および中間双極電極１２４゜１５０のた
めに、迂回電流は非常に低い水準にまで低減される。従
って、この電解槽は、中間双極電極使用の利点を達成す
る。すなわち、中間双極電極は金属生成のための有効陰
極１に面積ケ増大させ、しかも電解槽の大きさケ増火せ
ず、または多数の外部電気接続に給電することて伴なう
熱よ・よび電力σ）損失ケ増大ぜす、またそのような中
間駅（，１区電極の主要な潜在的欠点６防いでいる。

第６〜５図の電解槽は好ましい態様ケ示すものであるが
、下記σ）ような神々の設割変すエが可能であり、これ
らσ）改変態様も本発明の範囲内である。

（ａ）　　陰極表面１２６および中間駅４Ｗ＋ｙ、’ｇ
ｉ　ｌ参１ろＯを省いて５中間電橙１２２および１２４
の下σ）迂回電流ケ可及的に小さくするように投首１さ
れた絶縁ブロックで置き換えることができろ。

（１））陰極表面１２０［：び中間駅ｌｊｉ　’Ｐａ；
　極１　’　２４を省いて、中間電極１２２および１３
０σ）　１ｔｌｌ団１“４部をまわる迂回電流ケ可及的
に小さくするように設計された絶縁ブロックで置き換え
ろことができろ、（Ｃ）　　中間電極１２２のみを残し
て、」二記（ａ）・Ｍよび（ｂ）’＆同時に施すことが
てきろっ（ｄ）　　単一陽極の代りに、数個σ）矩形陽
極を用いることができ、それらの陽極の各々のい（つか
の側面または全側面乞陰極オ６よび中間双極電極で取囲
む。

（ｅ）矩形陽極を隣りのマグネシウム捕集室に対して平
行ではなく直角に配列できろ。

（「）陽極はその水平断面が矩形でなくても、正方形ま
たは円形であってもよい。

（ｇ）陽極は下向きにテーバが付けられていてよい、、
ｆなわち、陽極は円筒形や矩形でなく、円錐形またはピ
ラミッド形であってもよい。

【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正面図でアｌ）、
第２図のＡ、Ａで示される二つの面の断面である。 第２図は第１図のＢ−Ｂ線に潅５横面断面図である。 第６図は本発明による電解槽の別の一例の平面（一部断
面）図である・ 第４図は第６図のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。 第５図は第６図のＤ−Ｄ線に清う断面図で゛ある。 陽極２４；　中間双極電極２８・５０．ろ２．ろ４；陰
極２６；　気体捕集空間４４； 電気分解室１６；　金属捕集室１８； 液面位制御手段２２．。 特許出願人　　アルカン・インターナショナル・リミテ
ッド 訃、・　　　５ 代理人　弁理士　湯　１曳　恭　三（′Ｊ（外４名） へ （） ０） （） べｒ （）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　目的金属よりも高密度の溶融［７た金属塩化
   物電解質の電気分解により金属を製造する方法であって
   ： そ、ｌｔぞれが１個σ）陽極、１個の陰極、および１ま
   たはそれ以−にσ）中間双極電極からなる１組またはそ
   れ以−ｈ　０’Ｉ　ａ；ＩＬ込体σ）電極群間Ｑ）電極
   間域の下端部へ電解質な導入し、 陽極と陰極どの間に電流を通すことにより、陽極性の電
   極イ（而において塩素ン発生させ、金属ケ陰極表面に生
   成させ、そして電解質／金属／塩素混合物を電極間域を
   上昇させ。 電極間域の４二端部から退出する電′Ｎ（、質／金属混
   合物を中間双極電極および陰極の上から流して陰極背面
   の限定された通路内ぞ流下させ、液体表面位ゲ実質上一
   定の尚さに維持して、その１仮定通路においてまたはそ
   の限定通路の上流部で電解質／金属混合物から塩素の実
   質上完全な分離乞行い、しかも電流の可成りの部分が中
   間双極電極乞迂回しないようにし。 その限定通路の下流部で電解質／金属混合物から金属ケ
   、金属捕集域に連絡している逆さ向きの溝中へ分離・回
   収し、そして電１’ｆｌｑｊケ市極間域の下端部へ再循
   環させろ、 ことケ特徴どする電気分解による金属０）製造方法っ（
   ２）液体表面を中間双極電極の■ｌ縁の高さ側近に維持
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）　　電解質／金属混合物が限定通路内の通過の際
   に５〜５０１１１３Ｉ＋の圧力降下を受けろように−４
   −る特許請求の範囲第１または２項に記載の方法。 （４）　　塩化マグネシウムよりなる溶融電解質な用い
   て金属マグネシウムを製造する特Ｗ１″請求の範囲第１
   〜６項のいずれかに記載の方法。 ｆ５Ｊ　　使用電解槽は６５５〜６９５℃の温度、０．
   ６〜１．５　Ａ／α２の電流密度、および４〜２５間の
   電極間空隙で運転する特許請求の範囲第４項に記載の方
   法。 （６）　　目的金属よりも高密度の溶融電解質σ）電気
   分解によって金属ヶ製造するｔ二めの装置であって、陽
   極２４；１またはそり、以上の中間双極電、極２８．５
   ０，３２，５４　；　　および中間双極電極の一つに対
   面している前面とその反対側の背面とを有体、ならびに
   その組込体の」二〇）気体捕集空間Ａ４、を含む電気分
   解室１６、 電気分解域のｌ−ｒ、ｔ　ｆｇｌ−および底部と連通し
   ているが気体捕集室４４とは隔絶されている金属抽１１
   各室１Ｂ、陰極２６の背面に隣接して延在しそして金属
   捕集室′１Ｂに連絡しており、電解質／金属混合物のた
   めの制限付ぎ通路５Ｂおよびその制限通路の下流側に金
   属捕集（））ために金属が金属捕集室／＼流動するよう
   な形状とした逆さの溝６２ケ含んでいろダクト２０、 該１またはそれ以上の中間及４実電極の頂部縁において
   電気分解域から上昇する電解質／金属混合物袈陰極の上
   から流してダクト２０中に流入させおよび電解質／金属
   混合物の表面ケ実質上一定の高さに維持する手段２２、 を有することを特徴どする金属製造Ｊ「ｌσ）電気分解
   槽、 （７）陽極は主表面ど端部および／−！、たは下端表面
   とを有し、そして−またはそれ以上０）中間水イ愼電極
   は陽極の主表面と対面しているだけではなく、陽極の端
   部および／または下端：！＜Ｉ＃ｉとも対面している特
   許請求の範囲第６項に記載○′１１Ｌ気分１１１１曹。 （８）各中間双極電極は頂縁ｔま水平でル、す、かつそ
   の陽極対面側で丸味２伺けられている特許請求の範囲第
   ６または７項に記載の電気分解槽。 （９）　　すべての中間双極電極の頂縁は実質的に同じ
   高さである特許請求の範囲第６〜８項のいずれかに記載
   の電気分解槽。 （２）電解質／金属混合物表面ケ実質上一定σ〕高さに
   維持するための手段は、金属捕集室の電解質中に部分的
   または全体的に浸漬された容器の形態の液面制御装置か
   らなり、金属捕集室へ、または金属捕集室から電解質乞
   移行させて液面位を変更できるようしてしたものである
   特許請求の範囲第６〜９項のいずれかに記載の電気分解
   槽。