JPS63219595A

JPS63219595A - 溶融塩電解装置

Info

Publication number: JPS63219595A
Application number: JP5358687A
Authority: JP
Inventors: Takuya Tamao; 卓也玉生
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-13
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH086194B2

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】［産業上の利用分野コこの発明は、マグネシウムなどの金属を、その溶融塩を
電気分解することによって製造するための溶融塩電解装
置に関する。

［従来の技術］塩化マグネシウムを溶融して電気分解し、金属マグネシ
ウムを製造する技術は、天然資源を用いる場合の他、ク
ロール法による金属チタン製造の副生物である塩化マグ
ネシウムを循環再利用するためにも重要な技術となって
いる。このための装置として、第２図及び第３図に示す
ような電解槽１が知られている（特開昭５８−１６１７
８８）。

これは、円筒状の金属製の外殻２の内側を耐火物で内張
すして壁構造体３を構成し、この壁構造体３の内側に、
該壁構造体３の一直径に平行な一対の隔壁４．４を立設
して電解室５を構成し、その外側に分離室６を、さらに
その外側にマグネシウム溜７を設けて成っている。電解
室５には中央に黒鉛電極（陽極）８を、両端に鉄板電極
（陰極）９をそれぞれ設け、その間に支持台８を等間隔
に配置し、この上にそれぞれ中間電極１１を載置して、
小さい電解室を直列にした構成としている。また、隔壁
４の上部には、電解室５で浮上した金属マグネシウムＭ
と溶融塩りの混合物を分離室６へ流出させる流出口１２
を、下部には溶融塩りを電解室５へ流入さける流入口１
３を設けている。そして、電解室５及び分離室６に溶融
塩りを満たして電解を行い、陽極８の表面及び各中間電
極１１の陽極１１ａの表面で塩素ガスを発生させ、陰極
１０の表面及び各中間電極１１の陰極ｔｔｂの表面で金
属マグネシウムＭを生成するもので、生成された粒状の
金属マグネシウムＭと溶融塩りの混合物は、塩素ガスの
上昇に伴うリフト効果で上昇し、流出口１２より分離室
６に流れ、逆に分離室６からは溶融塩りが流入口１３よ
り補充され、また、分離室６では比重差によって混合物
が上層の金属マグネシウムＭと下層の溶融塩りとに分離
され、金属マグネシウムＭはマグネシウム溜７に移行さ
れる。

上記の処理は、Ｍ１４により電解槽！全体を気密に覆っ
て内部の雰囲気を不活性とし、温度を金属マグネシウム
の融点より約３０℃程高い温度に保って行われ、電解処
理に伴う発熱による昇温を防ぐために、電解槽ｌの外殻
２を水や空気により冷却し、また１分離室６へ流れる無
駄な電流を減少させるために、上記壁構造体３や隔壁４
等は絶縁性耐火物で形成されている。

上記のような電解槽ｌは、外殻２及び壁構造体３が円筒
状となっており、温度変化に伴う応力が均一に作用する
ので耐用期間が長いという利点を何している。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、上記のような電解槽ｌにおいては、次のよう
な問題点かあった。

（１）電解量を増やすために通電量を上げると、電解槽
１の外殻２の風冷あるいは水冷による吸熱量を発熱量が
上まわり、溶融塩りや金属マグネシウムＭの温度が上昇
する。そして、必要以上の温度上昇は電解能率及び電流
効率の低下を引き起こし、壁構造体３や隔壁４等の侵食
を促進してしまう。

このような不都合を避けるために、溶融塩り浴中に風冷
管を挿入して溶融塩りを冷却する方法ら採用されている
が、電解槽ｌの構造が複雑になるとともに、冷却効果も
不充分で温度の制御も難しい。

（２）溶融塩しに予め含有され、あるいは、槽中の雰囲
気中の微量の酸素と金属マグネシウムか結合して生成さ
れた酸化マグネシウムなどを含む不純物（スラッジ）が
電解１１の底部に堆積し、底の上昇を招くとともに、流
入口１３を閉塞したり狭くしてしまうので、定期的にこ
れを人手で除去しておりこのために手間がかかっていた
。また、電解、室５などでは中間電極１１かあるために
このような作業も困難で、操業を停止し、中間電極１１
を持ちあげて掻出しを行わなければならず、装置の稼動
率が下った。

［問題点を解決するための手段］上記のような問題点を解決するために、この発明は、溶
融塩電解装置において、電解槽内の溶融塩を電解槽外へ
流通させてまた電解槽に戻す循環流路を設置し、上記循
環流路に、該流路中を流れる溶融塩を冷却する冷却装置
と、該溶融塩中の不純物を分離させる不純物除去装置と
を設置したものである。溶融塩を循環流路に流通させる
手段としては、電解槽の上方に設けた槽よりコンプレッ
サによりガス吸引し、さらに上昇管中の溶融塩中にガス
を吹き込み溶融塩を上昇移動せしめ、さらに下降管中に
導き溶融塩を循環させる方法が、冷ＩＩ＋　４’＋：　
ｍ　　ル　ｈｚ　Ｊ＊　　　　−ｋ　　す９Ｍｆ　　！
？）　％ｌ　加ｔ、？ｆｆ１ｎｉＸｂｌ＋う利点を備え
ている。

［作用］このような溶融塩電解装置においては、溶融塩を循環流
路を通して一旦電解槽の外部へ導き、そこで溶融塩を冷
却し、また、該溶融塩中の不純物を除去するので、冷却
効率、除去効率が高く、またその制御が容易になる。

［実施例］以下、この発明の実施例を第１図を参照して説明する。

なお、この溶融塩電解装置は、第２図及び第３図の電解
４槽ｌに第１図の装置が付加的に設置されてなるもので
、電解槽ｌの構造の説明は重複するので省く。

第１図において、２１は電解槽１の１１４を挿通して分
離室６に挿入された上昇管、２２はこの上昇管２１の上
端に設置された冷却室、２３は上記冷却室２２の他端か
ら下降してスラッジ除去室２４において開口する第１下
降管、２５は上記スラッジ除去室２４の上端から下降し
て蓋１４を挿通して分離室６に挿入された第２下降管で
あり、これらの上昇管２１から第２下降管２５に至る経
路は気密にされ、溶融塩りの循環流路Ｃを構成している
。

上記循環流路Ｃを構成する各部分は、それぞれ溶融塩り
と反応せず、また溶融塩りの温度に耐える材料、例えば
ステンレスなどから形成されており、上昇管２１及び第
２下降管２５の金属マグネシウムＭに接触する位置には
、アルミナキャスタブルなどの耐火物からなる保護間２
６が外装されて金属マグネシウムＭとの反応を防いでい
る。上記上昇管２１の蓋１４よりやや上の位置には、上
昇管２１の内部で開口するガス吹き込み管２７が挿入さ
れており、このガス吹き込み管２７は、冷却室２２の上
部に開口するガス回収管２８と熱交換器２９及びコンプ
レッサ３０を介して連結されている。

上記冷却室２２は、その上側をガス空間Ｒとしており、
冷却室２２の周囲には水冷ジャケット３１が外装されて
おり、この水冷ジャケット３１により冷却室２２の壁を
冷却し、壁あるいはガス空間Ｒ内のガスを介しての熟伝
導により溶融塩りを冷却するようになっており、上記熱
交換器２９により冷却された吹き込みガスによる直接冷
却とと乙に溶融塩■７を冷却する機構を構成している。

上記スラッジ除去室２４は溶融塩りを適当な時間滞留さ
せる容量を持って形成され、第１下降管２３から流出し
た溶融塩りか第２下降管２５の上端へ浮上する過程で不
純物を沈降させるようになっており、底部には沈降した
スラッジを排出ずろための排出バルブ３２が設けられて
いる。また、運転操作の簡略化と安定化のために均圧管
３３が設置されている。

次に、上記のように構成された溶融塩電解装置の作用に
ついて述べる。まず、装置の稼動に当ノニっでは、循環
流路Ｃを予めアルゴンガスて満たしておき、コンプレッ
サ３０の送気口（図示略）をガス吹き込み管２７から外
し、ガス吹き込み管２７を密閉した状態でコンプレッサ
３０を稼動して冷却室２２及び循環流路Ｃの内部の圧力
を下げ、上界管２１及び第２下降管２５から溶融塩りを
吸引Ｕ。

しめ、循環流路Ｃに溶融塩りを一定のレベルまで（すな
わち冷却室２２の気圧が一定の値に下がるまで）満たす
。次に、コンプレッサ３０をガス吹き込み管２７に連結
してアルゴンガスを上昇管２１に吹き込むと、冷却室２
２において浴面が上昇し、それにより、第１下降管２３
、スラッジ除去室２４、第２下降管２５、電解槽１の分
離室６へと溶融塩りの下降流が生じる。また、上昇管２
１の下部では圧力が低下するので分離室６より溶融塩り
が流入する結果、分離室６−上昇管２１−冷却室２２−
第１下降管２３−スラッジ除去室２４−第２下降管２５
−分離室６へと溶融塩りの循環流が生じる。この循環流
の流量は、アルゴンガスの吹き込み量を変えることによ
り制御４〜ることかできる。

また、アルゴンガスは、吹き込み管２７→上昇管２１−
冷却室２２（空間Ｒ）→回収管２８−熱交換器２９−コ
ンプレッサ３０の順に循環し再使用されるが、熱交換器
２９及び空間１えにおいて水冷ジャケット３１により冷
却され、上昇〒７２１または空間Ｒにおいて溶融塩りの
熱を奪い冷却する。

このアルゴンガスの温度は熱交換４２つまたは水冷ジャ
ケット３１の冷却能力を変えることにより調節できる。

なお、溶融塩しは冷却室２２においてその壁との直接接
触によってら冷却される。

冷却された溶融塩りは第１下降管２３を通ってスラッジ
除去室２４に流入し、上向して第２下降管２５へと流入
するが、この上向流は速度が暖やかになっており、そこ
で溶融塩１７に自存されていた比重の大きいスラッジが
除去室２４の底部に沈降して分離され、清浄化された溶
融塩りが第２下降管２５より分離室６へ戻されろ。これ
らの過程においては、均圧管３３のバルブ３　ｌｉ・・
・を適宜開閉して、冷却室２２、スラッジ除去室２１、
分離室６相互間の圧力を調整して運転を円滑に行うよう
にする。

（実施の結果）第１図に示す装置において、上昇管２＋、第１及び第２
下降管２３．２５をそれぞれ内径２００　ｍｍφ、冷却
室２２を８００＋ｎｍφ、スラッジ除去室２４を５００
ｍｍφ、コンプレッサ３０の排気能力を３６０１１１３
／ｈｏｕｒと設定し、冷却室２２の空間Ｒのゲージ圧力
を４００　ｍｍ１ｌ　ｇ、アルゴンガスのゲージ圧力が
ガス吹き込み管２７において６００＋ａｍＨｇとなるよ
うにコンプレッサ３０の負荷を設定した。第２図及び第
３図に示すような電解槽ｌ（浴量約１００　ｔｏｎ）に
おいて、印加電圧３０Ｖ１通電ｆｆ１５５ｋＡの条件で
浴温７００℃で安定操業を行りていたものに、第１図の
装置を取り付けた結果、循環流路Ｃ内をｌ　ＯＯＱ／ｓ
ｅｃの溶融塩りが流れ、第２下降管２５において浴温は
６７５℃であった。

そのまま操業を継続した結果、５時間後に電解槽ｌ内の
浴温か６９０℃となった。次に、電流を５７ｋＡまで増
加したところ、約５時間後に電解槽ｌ内の温度が６９７
℃で安定し、２４時間の操業後に、排出バルブ３２より
、赤黒く濁ったスラッジが約５ｋｇ排出された。このと
きの水冷ジャケット３１での放熱機は約７２万Ｋ　ｃａ
ｌ／ｈｏｕｒであった。

以下に、従来例と本例との比較を表にまとめて示す。

なお、溶融塩及びスラッジの組成は次のようであった。

溶融塩：ＭｇＣ１，・・・５０％、ＫＣＩ・・・２５％
、ＮａＣ１・・・２５％、不純物少量。

スラッジ：Ｍｇ０（主体）、その他Ｆｅ、Ｆｅｄ。

Ｔｉ、Ｔｉｅ、。

なお、上記の装置において、例えば、電解槽ｌ内の適当
箇所に溶融塩りの温度を検知するセンサを設置し、この
検知値に基づいて、吹き込み管２７からのガス吹き込み
量、あるいは水冷ジャケット３１の通水量など調整して
溶融塩りの温度を制御する機構を設けてもよい。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明は、溶融塩電解装置にお
いて、電解槽内の溶融塩を電解槽外へ流通させてまた電
解槽に戻す循環流路を設置し、上記循環流路に、該流路
中を流れる溶融塩を冷却する冷却装置と、該溶融塩中の
不純物を分離させる不純物除去装置とを設置したもので
あるので、溶融塩を冷却し、また、溶融塩に含まれてい
る酸化マグネシウムなどの不純物（スラッジ）を除去す
ることが効率的に行える。従って、同一の電解槽におい
て電流を増加させて金属マグネシウムの生産量を増やす
ことができ、また、電解槽の浴温を生産効率及び電流効
率の最もよい温度に制御することにより生産性を向上す
ることができる。また、スラッジが電解槽の底部に堆積
して底の上昇や流通口の閉塞を招くことが防がれ、従来
これを除去するために費やしていた手間と時間が大幅に
軽減されるとともに、装、置の稼動率が向上されるなど
の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は従来の
電解槽の平面図、第３図は第２図のｌ−■矢視図である
。ｌ・・・・・・電解槽、８・・・・・・陽極、９・・・
・・・陰極、１１・・・・・・中間電極、２１・・曲・
上昇管、２２・・・・・・冷却室、２３・・・・・・第
１下降管、２４・・・・・・スラッジ除去室、２５・・
・・・・第２下降管、Ｃ・・・・・・循環流路。

Claims

【特許請求の範囲】

溶融塩を満たす電解槽と、この溶融塩に通電する電極と
を備えた溶融塩電解装置において、上記電解槽には、上
記電解槽内の溶融塩を槽外へ流通させてまた槽に戻す循
環流路が設置され、上記循環流路には、溶融塩を冷却す
る冷却装置と、該溶融塩中の不純物を分離させる不純物
除去装置とが設置されていることを特徴とする溶融塩電
解装置。