JP2997265B1 - 電解還元装置 - Google Patents
電解還元装置Info
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- JP2997265B1 JP2997265B1 JP11020891A JP2089199A JP2997265B1 JP 2997265 B1 JP2997265 B1 JP 2997265B1 JP 11020891 A JP11020891 A JP 11020891A JP 2089199 A JP2089199 A JP 2089199A JP 2997265 B1 JP2997265 B1 JP 2997265B1
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Abstract
【要約】
【課題】 陰極部を電解槽から電気的に確実に絶縁で
き、陰極電流密度が向上して溶融金属の回収率を増大さ
せることができ、比較的安価でかつ大容量の電解還元装
置を提供できる。 【解決手段】 電解還元装置は、溶融塩１８を貯え底部
の一部に凹部１１が形成された電解槽１２と、凹部内に
凹部と所定の隙間をあけかつ電解槽と電気的に絶縁して
設けられた導電性容器１３と、上記隙間に連通する不活
性ガスの導入流路１２ａと、電解槽内に吹出すように導
入流路に不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解槽
の外部に設けられ溶融塩１８を溶融状態にして電解槽の
電解液とするヒータ１７と、電解槽の溶融塩中に保持さ
れる陽極１９とを備える。凹部周縁と容器の上端周縁と
が蓋１６で覆われ、導電性容器の底部に陰極となる導電
性突起１３ａが凹部より突設される。
き、陰極電流密度が向上して溶融金属の回収率を増大さ
せることができ、比較的安価でかつ大容量の電解還元装
置を提供できる。 【解決手段】 電解還元装置は、溶融塩１８を貯え底部
の一部に凹部１１が形成された電解槽１２と、凹部内に
凹部と所定の隙間をあけかつ電解槽と電気的に絶縁して
設けられた導電性容器１３と、上記隙間に連通する不活
性ガスの導入流路１２ａと、電解槽内に吹出すように導
入流路に不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解槽
の外部に設けられ溶融塩１８を溶融状態にして電解槽の
電解液とするヒータ１７と、電解槽の溶融塩中に保持さ
れる陽極１９とを備える。凹部周縁と容器の上端周縁と
が蓋１６で覆われ、導電性容器の底部に陰極となる導電
性突起１３ａが凹部より突設される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融塩電解により
ウラン等の溶融塩中において複数の原子価をとる金属を
溶融状態で生成する電解還元装置に関するものである。
ウラン等の溶融塩中において複数の原子価をとる金属を
溶融状態で生成する電解還元装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融塩電解では金属酸化物や金属塩が還
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
このような装置として従来、図４に示すようなものが知
られている。即ち、電解槽１は電解電流が溶融塩２の中
を流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解槽の
厳密な温度管理により電解槽１の側面部１ａのフッ化物
塩部分２ａを非溶融状態にして電解槽の側面部１ａを絶
縁状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解槽１
の底部のみに限定して電解を行い、必要な陰極電流密度
を得ることができるようになっている。また図５に示す
ように、内側面に絶縁層３を有するＡｌ電解槽４内に溶
融塩浴５を生成させ、溶融塩浴５中に上方から陽極６を
吊り下げ、陰極７を中実又は中空の形状の複数の電極か
ら構成し、この陰極７を電解槽４の底部に生成した溶融
Ａｌパッド８浴面から突出するように設け、陽極３３の
下面と陰極３０の上面との間隔を特定の短い間隔に保つ
ことにより、陰極の消耗と両極間の電圧降下を少なくす
る金属の電解製造法が知られている（米国特許４，０７
１，４２０）。
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
このような装置として従来、図４に示すようなものが知
られている。即ち、電解槽１は電解電流が溶融塩２の中
を流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解槽の
厳密な温度管理により電解槽１の側面部１ａのフッ化物
塩部分２ａを非溶融状態にして電解槽の側面部１ａを絶
縁状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解槽１
の底部のみに限定して電解を行い、必要な陰極電流密度
を得ることができるようになっている。また図５に示す
ように、内側面に絶縁層３を有するＡｌ電解槽４内に溶
融塩浴５を生成させ、溶融塩浴５中に上方から陽極６を
吊り下げ、陰極７を中実又は中空の形状の複数の電極か
ら構成し、この陰極７を電解槽４の底部に生成した溶融
Ａｌパッド８浴面から突出するように設け、陽極３３の
下面と陰極３０の上面との間隔を特定の短い間隔に保つ
ことにより、陰極の消耗と両極間の電圧降下を少なくす
る金属の電解製造法が知られている（米国特許４，０７
１，４２０）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
前者の溶融塩電解方法では電解槽側面部の塩部分２ａの
みを非溶融状態にして電解槽側面部に絶縁部分を形成さ
せるため、溶融塩の融点付近での温度制御が要求され、
装置の運転中の電解槽全体の厳密な温度管理が必要とな
る不具合がある。またアルミニウム電解にあってはアル
ミニウムの融点が支持塩の融点より低いため、支持塩温
度が一部において支持塩を凍結させる温度であってもア
ルミニウムは融体として生成するが、ウランの電解にあ
ってはウランの融点が支持塩の融点より高いため、支持
塩温度の一部を凍結させる温度ではウランが固体状態と
なり、生成される金属のその後の取扱いが困難になる不
具合がある。また電解槽１の側面部１ａを絶縁状態にし
て陰極面積を制御する方法では陰極面積を陽極面積より
小さくすることは困難で、複数のイオン種を持つウラン
のように高い陰極電流密度での電解が必要となる金属で
は、その電解が困難になる場合がある。このような場合
に、電解電流を増大させることも考えられるが、電解電
流を増大させることは陽極電流密度の増大を伴い、陽極
が気泡により覆われるいわゆる陽極効果が発生する可能
性が高まり好ましくない。
前者の溶融塩電解方法では電解槽側面部の塩部分２ａの
みを非溶融状態にして電解槽側面部に絶縁部分を形成さ
せるため、溶融塩の融点付近での温度制御が要求され、
装置の運転中の電解槽全体の厳密な温度管理が必要とな
る不具合がある。またアルミニウム電解にあってはアル
ミニウムの融点が支持塩の融点より低いため、支持塩温
度が一部において支持塩を凍結させる温度であってもア
ルミニウムは融体として生成するが、ウランの電解にあ
ってはウランの融点が支持塩の融点より高いため、支持
塩温度の一部を凍結させる温度ではウランが固体状態と
なり、生成される金属のその後の取扱いが困難になる不
具合がある。また電解槽１の側面部１ａを絶縁状態にし
て陰極面積を制御する方法では陰極面積を陽極面積より
小さくすることは困難で、複数のイオン種を持つウラン
のように高い陰極電流密度での電解が必要となる金属で
は、その電解が困難になる場合がある。このような場合
に、電解電流を増大させることも考えられるが、電解電
流を増大させることは陽極電流密度の増大を伴い、陽極
が気泡により覆われるいわゆる陽極効果が発生する可能
性が高まり好ましくない。
【０００４】また図５に示した後者の電解製造法では、
電解槽４と突出した陰極７が電気的に接続されているた
め、絶縁層３の絶縁性が劣化した場合、その部分の電解
槽４にも金属が析出し易い問題点がある。
電解槽４と突出した陰極７が電気的に接続されているた
め、絶縁層３の絶縁性が劣化した場合、その部分の電解
槽４にも金属が析出し易い問題点がある。
【０００５】本発明の目的は、陰極部を電解槽から電気
的に確実に絶縁でき、陰極電流密度が向上して溶融金属
の回収率を増大させることができ、比較的安価でかつ大
容量の電解還元装置を提供することにある。
的に確実に絶縁でき、陰極電流密度が向上して溶融金属
の回収率を増大させることができ、比較的安価でかつ大
容量の電解還元装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、溶融塩１８を貯え底部の一部に凹部
１１が形成された電解槽１２と、凹部１１内に凹部１１
と所定の隙間をあけかつ電解槽１２と電気的に絶縁して
設けられた導電性容器１３と、上記隙間に連通する不活
性ガスの導入流路１２ａと、電解槽１２内に吹出すよう
に導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段
と、電解槽１２の外部に設けられ溶融塩１８を溶融状態
にして電解槽１２の電解液とするヒータ１７と、電解槽
１２の溶融塩１８中に保持される陽極１９とを備えた電
解還元装置であって、電解槽１２の凹部１１周縁と導電
性容器１３の上端周縁とを覆う蓋１６が設けられ、導電
性容器１３の底部に１又は２以上の陰極となる導電性突
起１３ａが凹部１１より突出するように設けられたこと
を特徴とする電解還元装置である。凹部１１と導電性容
器１３との間に隙間を設けることにより、導電性容器１
３と電解槽１２とは電気的に絶縁される。ガス供給手段
により導入流路１２ａを介して凹部１１と導電性容器１
３との間の隙間に不活性ガスを圧送することにより、溶
融した溶融塩１８が隙間に侵入することを防止する。こ
の状態で陽極１９及び陰極となる導電性突起１３ａに通
電して電解還元を実施すると、凹部１１より突出する突
起１３ａに電流が集中し、溶融塩１８中の金属陽イオン
が突起１３ａに溶融金属となって析出し、この溶融金属
２１が突起１３ａに沿って流下して導電性容器１３内に
貯えられる。
図１に示すように、溶融塩１８を貯え底部の一部に凹部
１１が形成された電解槽１２と、凹部１１内に凹部１１
と所定の隙間をあけかつ電解槽１２と電気的に絶縁して
設けられた導電性容器１３と、上記隙間に連通する不活
性ガスの導入流路１２ａと、電解槽１２内に吹出すよう
に導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段
と、電解槽１２の外部に設けられ溶融塩１８を溶融状態
にして電解槽１２の電解液とするヒータ１７と、電解槽
１２の溶融塩１８中に保持される陽極１９とを備えた電
解還元装置であって、電解槽１２の凹部１１周縁と導電
性容器１３の上端周縁とを覆う蓋１６が設けられ、導電
性容器１３の底部に１又は２以上の陰極となる導電性突
起１３ａが凹部１１より突出するように設けられたこと
を特徴とする電解還元装置である。凹部１１と導電性容
器１３との間に隙間を設けることにより、導電性容器１
３と電解槽１２とは電気的に絶縁される。ガス供給手段
により導入流路１２ａを介して凹部１１と導電性容器１
３との間の隙間に不活性ガスを圧送することにより、溶
融した溶融塩１８が隙間に侵入することを防止する。こ
の状態で陽極１９及び陰極となる導電性突起１３ａに通
電して電解還元を実施すると、凹部１１より突出する突
起１３ａに電流が集中し、溶融塩１８中の金属陽イオン
が突起１３ａに溶融金属となって析出し、この溶融金属
２１が突起１３ａに沿って流下して導電性容器１３内に
貯えられる。
【０００７】また蓋１６を凹部１１周縁と導電性容器１
３の上端周縁とを覆うように凹部１１周縁と導電性容器
１３の間に設けることにより、圧送する不活性ガスのガ
ス量を少なくしても溶融塩が隙間に侵入することを防止
し、陰極となる導電性突起１３ａと陽極１９との距離を
接近させることができるので、陰極の電流密度が向上し
溶融金属の回収率を増大させることができる。
３の上端周縁とを覆うように凹部１１周縁と導電性容器
１３の間に設けることにより、圧送する不活性ガスのガ
ス量を少なくしても溶融塩が隙間に侵入することを防止
し、陰極となる導電性突起１３ａと陽極１９との距離を
接近させることができるので、陰極の電流密度が向上し
溶融金属の回収率を増大させることができる。
【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、複数の導電性突起１３ａが導電性容器１３
の底部中心に対して対称に設けられた電解還元装置であ
る。複数の導電性突起１３ａを使用することにより、陽
極に対向する陰極の表面積が増大し、溶融金属の回収率
を増大させる。請求項３に係る発明は、請求項１に係る
発明であって、蓋１６が絶縁性部材である電解還元装置
である。蓋１６を絶縁性部材により構成することによ
り、万一溶融塩が隙間に侵入した場合であっても、陰極
となる導電性容器１３における面積が拡大することを防
止する。
明であって、複数の導電性突起１３ａが導電性容器１３
の底部中心に対して対称に設けられた電解還元装置であ
る。複数の導電性突起１３ａを使用することにより、陽
極に対向する陰極の表面積が増大し、溶融金属の回収率
を増大させる。請求項３に係る発明は、請求項１に係る
発明であって、蓋１６が絶縁性部材である電解還元装置
である。蓋１６を絶縁性部材により構成することによ
り、万一溶融塩が隙間に侵入した場合であっても、陰極
となる導電性容器１３における面積が拡大することを防
止する。
【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、導電性容器１３が絶縁材
１４を介して電解槽１２の底部に設置された電解還元装
置である。導電性容器１３を絶縁材１４を介して設置す
ることにより、導電性容器１３を確実に凹部１１と所定
の隙間をもって容易に電解槽１２の底部に設けることが
できる。
いずれかに係る発明であって、導電性容器１３が絶縁材
１４を介して電解槽１２の底部に設置された電解還元装
置である。導電性容器１３を絶縁材１４を介して設置す
ることにより、導電性容器１３を確実に凹部１１と所定
の隙間をもって容易に電解槽１２の底部に設けることが
できる。
【００１０】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
いずれかに係る発明であって、電解槽１２、導電性容器
１３及び導電性突起１３ａがそれぞれ黒鉛からなり、蓋
１６が窒化ホウ素からなる電解還元装置である。黒鉛及
び窒化ホウ素を材料とすることにより、比較的高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させ、装置を安価に
製作することができる。
いずれかに係る発明であって、電解槽１２、導電性容器
１３及び導電性突起１３ａがそれぞれ黒鉛からなり、蓋
１６が窒化ホウ素からなる電解還元装置である。黒鉛及
び窒化ホウ素を材料とすることにより、比較的高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させ、装置を安価に
製作することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の電解還元装置の実施の形
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置は複数
の原子価をとる金属であるウランの酸化物（ＵＯ2，Ｕ3
Ｏ8等）を電解還元するのに適する。図１に示すよう
に、黒鉛製の電解槽１２は底部に貫通孔１０を有する円
筒体であって、その底部の中央に円形の凹部１１が形成
される。凹部１１内には凹部１１と所定の隙間を有する
ように円形の黒鉛製導電性容器１３が設けられる。導電
性容器１３の底部には陰極となる単一の導電性突起１３
ａが凹部１１より突出するように設けられる。導電性容
器１３は窒化ホウ素製の絶縁材１４を介して凹部１１の
底部に設置される。絶縁材１４は電解槽１２と導電性容
器１３とを適切な距離で離間しかつ電気的に絶縁する。
電解槽１２の凹部１１周縁と導電性容器１３の先端周縁
との間には絶縁性部材である円形の窒化ホウ素製蓋１６
が設けられる。蓋１６の上面は電解槽１２の底部表面と
同一平面をなすように形成され、蓋１６には下端が導電
性容器１３に所定の隙間を持って挿入可能な外形を有す
る挿入筒部１６ａが形成される。電解槽１２には導電性
容器１３との隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２
ａが形成され、電解槽１２の外部には図示しないがこの
導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段で
あるガスボンベが設けられる。電解槽１２の溶融塩１８
中には陽極１９が保持して設けられる。また電解槽１２
の外部には加熱することにより溶融塩１８を溶融状態に
して電解槽１２の電解液とするヒータ１７が設けられ
る。
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置は複数
の原子価をとる金属であるウランの酸化物（ＵＯ2，Ｕ3
Ｏ8等）を電解還元するのに適する。図１に示すよう
に、黒鉛製の電解槽１２は底部に貫通孔１０を有する円
筒体であって、その底部の中央に円形の凹部１１が形成
される。凹部１１内には凹部１１と所定の隙間を有する
ように円形の黒鉛製導電性容器１３が設けられる。導電
性容器１３の底部には陰極となる単一の導電性突起１３
ａが凹部１１より突出するように設けられる。導電性容
器１３は窒化ホウ素製の絶縁材１４を介して凹部１１の
底部に設置される。絶縁材１４は電解槽１２と導電性容
器１３とを適切な距離で離間しかつ電気的に絶縁する。
電解槽１２の凹部１１周縁と導電性容器１３の先端周縁
との間には絶縁性部材である円形の窒化ホウ素製蓋１６
が設けられる。蓋１６の上面は電解槽１２の底部表面と
同一平面をなすように形成され、蓋１６には下端が導電
性容器１３に所定の隙間を持って挿入可能な外形を有す
る挿入筒部１６ａが形成される。電解槽１２には導電性
容器１３との隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２
ａが形成され、電解槽１２の外部には図示しないがこの
導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段で
あるガスボンベが設けられる。電解槽１２の溶融塩１８
中には陽極１９が保持して設けられる。また電解槽１２
の外部には加熱することにより溶融塩１８を溶融状態に
して電解槽１２の電解液とするヒータ１７が設けられ
る。
【００１２】このように構成された電解還元装置では、
凹部１１と導電性容器１３との間に隙間を設けたので、
導電性容器１３と電解槽１２との間が電気的に絶縁され
る。この電解還元装置の電解槽１２内に支持塩を入れて
溶融状態にし、これと同時に凹部１１と導電性容器１３
との間の隙間にガス供給手段であるガスボンベにより不
活性ガスを導入流路１２ａを介して図の実線矢印で示す
ように圧送することにより溶融塩１８が隙間に侵入する
ことを防止する。なお、電解槽１２の外部に設けられた
ヒータ１７により加熱して支持塩を溶融状態にする他
に、電解電流が流れる際に発生する熱を利用して支持塩
を溶融してもよい。
凹部１１と導電性容器１３との間に隙間を設けたので、
導電性容器１３と電解槽１２との間が電気的に絶縁され
る。この電解還元装置の電解槽１２内に支持塩を入れて
溶融状態にし、これと同時に凹部１１と導電性容器１３
との間の隙間にガス供給手段であるガスボンベにより不
活性ガスを導入流路１２ａを介して図の実線矢印で示す
ように圧送することにより溶融塩１８が隙間に侵入する
ことを防止する。なお、電解槽１２の外部に設けられた
ヒータ１７により加熱して支持塩を溶融状態にする他
に、電解電流が流れる際に発生する熱を利用して支持塩
を溶融してもよい。
【００１３】支持塩を溶融させた後、陽極１９及び陰極
となる導電性突起１３ａに通電すると、突起１３ａに電
流が集中し、有効な電流の流れが両者の間に流れる。こ
の状態で原料のＵＯ2，Ｕ3Ｏ8等の金属酸化物を電解槽
１２に供給すると、この金属酸化物の電解還元が行わ
れ、電解液である溶融塩１８中の金属陽イオンは突起１
３ａの表面に溶融金属となって析出する。この溶融金属
２１は溶融塩との比重差により突起１３ａに沿って流下
して導電性容器１３内に貯えられる。導電性容器１３内
に貯留した金属２１は、図示しないがその後真空吸引装
置やサイホン装置により、或いは図２に示すように装置
に設けられた排出口１３ｂを介して回収される。なお、
図１に示した実施の形態の電解還元装置では、導電性容
器１３の底部に単一の導電性突起１３ａを凹部１１より
突出するように設けたが、この突起の数は２個、３個、
４個以上でもよい。例えば図３（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、４個の導電性突起１３ａを導電性容器１３の底
部中心に対して対称に設けてもよい。
となる導電性突起１３ａに通電すると、突起１３ａに電
流が集中し、有効な電流の流れが両者の間に流れる。こ
の状態で原料のＵＯ2，Ｕ3Ｏ8等の金属酸化物を電解槽
１２に供給すると、この金属酸化物の電解還元が行わ
れ、電解液である溶融塩１８中の金属陽イオンは突起１
３ａの表面に溶融金属となって析出する。この溶融金属
２１は溶融塩との比重差により突起１３ａに沿って流下
して導電性容器１３内に貯えられる。導電性容器１３内
に貯留した金属２１は、図示しないがその後真空吸引装
置やサイホン装置により、或いは図２に示すように装置
に設けられた排出口１３ｂを介して回収される。なお、
図１に示した実施の形態の電解還元装置では、導電性容
器１３の底部に単一の導電性突起１３ａを凹部１１より
突出するように設けたが、この突起の数は２個、３個、
４個以上でもよい。例えば図３（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、４個の導電性突起１３ａを導電性容器１３の底
部中心に対して対称に設けてもよい。
【００１４】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ＜実施例１＞図２に示すように、容積が約７０，０００
ｃｍ3の電解槽１２を用意した。即ち、黒鉛製の電解槽
１２は底部に貫通孔１０を有する円筒体であって、その
底部の中央に円形の凹部１１が形成される。電解槽１２
の内部には下端が底部と所定の間隔をあけて仕切壁１２
ｂを設け、この仕切壁１２ｂと電解槽１２の側壁とによ
り、原料となるウラン酸化物を溶融塩１８中に供給する
ための供給口１２ｃを形成した。電解槽１２の外部には
加熱することにより塩を溶融状態にして電解槽の電解液
とするヒータ１７を設けた。凹部１１は電解槽１２の底
部に形成された円形の孔であって、孔には内径が１２６
ｍｍ、深さが７０ｍｍの円形の黒鉛製導電性容器１３を
窒化ホウ素からなる絶縁材１４を介して凹部１１と所定
の隙間を有するように底部に設置した。導電性容器１３
と凹部１１との間には、外径が１１６ｍｍの挿入筒部１
６ａを有する窒化ホウ素からなる円形の蓋１６をはめ込
み、導電性容器１３と挿入筒部１６ａとの隙間が５ｍｍ
になるように電解槽１２の底部を封止した。導電性容器
１３の底部には陰極となる導電性突起１３ａを凹部１１
より突出するように設けた。
ｃｍ3の電解槽１２を用意した。即ち、黒鉛製の電解槽
１２は底部に貫通孔１０を有する円筒体であって、その
底部の中央に円形の凹部１１が形成される。電解槽１２
の内部には下端が底部と所定の間隔をあけて仕切壁１２
ｂを設け、この仕切壁１２ｂと電解槽１２の側壁とによ
り、原料となるウラン酸化物を溶融塩１８中に供給する
ための供給口１２ｃを形成した。電解槽１２の外部には
加熱することにより塩を溶融状態にして電解槽の電解液
とするヒータ１７を設けた。凹部１１は電解槽１２の底
部に形成された円形の孔であって、孔には内径が１２６
ｍｍ、深さが７０ｍｍの円形の黒鉛製導電性容器１３を
窒化ホウ素からなる絶縁材１４を介して凹部１１と所定
の隙間を有するように底部に設置した。導電性容器１３
と凹部１１との間には、外径が１１６ｍｍの挿入筒部１
６ａを有する窒化ホウ素からなる円形の蓋１６をはめ込
み、導電性容器１３と挿入筒部１６ａとの隙間が５ｍｍ
になるように電解槽１２の底部を封止した。導電性容器
１３の底部には陰極となる導電性突起１３ａを凹部１１
より突出するように設けた。
【００１５】また導電性容器１３には電解により生成さ
れた溶融金属２１を排出可能に構成されたクランク状の
排出口１３ｂを形成し、排出口１３ｂの中間に連通する
ように縦孔１２ｄを電解槽１２の側壁に形成し、この縦
孔１２ｄに先端にセラミック製の封止栓２４ａを有する
遮断用ロッド２４を挿入した。遮断用ロッド２４は図の
実線矢印で示すように上昇すると、この排出口１３ｂを
開放し、破線矢印で示すように下降すると、この排出口
１３ｂを遮断するように構成した。次いで、フッ化物溶
融塩１８を生成するフッ化物を準備した。このフッ化物
は７４重量％のＢａＦ2と、１１重量％のＬｉＦと、１
５重量％のＵＦ4とからなる約１８０ｋｇの混合物であ
る。このフッ化物混合物を電解槽１２に供給し、ヒータ
１７の高周波誘導加熱コイルに通電して電解槽１２を加
熱し、徐々にウランの融点以上の１２００℃まで昇温し
た。これと同時に凹部１１と導電性容器１３との間の隙
間にガス供給手段であるガスボンベから不活性ガスのア
ルゴンを導入流路１２ａを介して圧送し、供給したフッ
化物混合物が溶融塩となったときにも、この溶融塩が上
記隙間に侵入することを防止した。
れた溶融金属２１を排出可能に構成されたクランク状の
排出口１３ｂを形成し、排出口１３ｂの中間に連通する
ように縦孔１２ｄを電解槽１２の側壁に形成し、この縦
孔１２ｄに先端にセラミック製の封止栓２４ａを有する
遮断用ロッド２４を挿入した。遮断用ロッド２４は図の
実線矢印で示すように上昇すると、この排出口１３ｂを
開放し、破線矢印で示すように下降すると、この排出口
１３ｂを遮断するように構成した。次いで、フッ化物溶
融塩１８を生成するフッ化物を準備した。このフッ化物
は７４重量％のＢａＦ2と、１１重量％のＬｉＦと、１
５重量％のＵＦ4とからなる約１８０ｋｇの混合物であ
る。このフッ化物混合物を電解槽１２に供給し、ヒータ
１７の高周波誘導加熱コイルに通電して電解槽１２を加
熱し、徐々にウランの融点以上の１２００℃まで昇温し
た。これと同時に凹部１１と導電性容器１３との間の隙
間にガス供給手段であるガスボンベから不活性ガスのア
ルゴンを導入流路１２ａを介して圧送し、供給したフッ
化物混合物が溶融塩となったときにも、この溶融塩が上
記隙間に侵入することを防止した。
【００１６】次に、電解槽１２の上方から陽極１９をフ
ッ化物溶融塩１８中に挿入し、導電性突起１３ａを陰極
として陰極電流密度が０．７〜１．６Ａ／ｃｍ2の範囲
で通電した後、原料となるＵＯ2を供給口１２ｃから供
給して溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電
解液である溶融塩１８中のウランイオン（Ｕ4+）が突起
１３ａに金属ウランとなって析出し、この金属ウラン２
１が突起１３ａに沿って流下して導電性容器１３内に貯
留した。この状態での遮断用ロッド２４を上昇させて排
出口１３ｂを開放することにより溶融した金属ウラン２
１は排出口１３ｂを介して排出することができ、遮断用
ロッド２４を再び下降させて排出口１３ｂを遮断するこ
とにより電解作業を再び再開させることができた。従っ
て、実施例１における電解還元装置では、溶融した金属
ウラン２１が排出した分だけ供給口１２ｃから原料のウ
ラン酸化物を新たに供給することにより連続的に電解還
元することができた。
ッ化物溶融塩１８中に挿入し、導電性突起１３ａを陰極
として陰極電流密度が０．７〜１．６Ａ／ｃｍ2の範囲
で通電した後、原料となるＵＯ2を供給口１２ｃから供
給して溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電
解液である溶融塩１８中のウランイオン（Ｕ4+）が突起
１３ａに金属ウランとなって析出し、この金属ウラン２
１が突起１３ａに沿って流下して導電性容器１３内に貯
留した。この状態での遮断用ロッド２４を上昇させて排
出口１３ｂを開放することにより溶融した金属ウラン２
１は排出口１３ｂを介して排出することができ、遮断用
ロッド２４を再び下降させて排出口１３ｂを遮断するこ
とにより電解作業を再び再開させることができた。従っ
て、実施例１における電解還元装置では、溶融した金属
ウラン２１が排出した分だけ供給口１２ｃから原料のウ
ラン酸化物を新たに供給することにより連続的に電解還
元することができた。
【００１７】＜比較例１＞図４に示す電解槽１と同一の
構造を有する容積が約４００リットルの電解槽を用意
し、実施例１と同一組成のフッ化物を電解槽に供給し、
電気炉により１２００℃まで昇温して溶融させた。その
後、原料のウラン酸化物を電解槽に入れ電解を行った。
この時、陰極面積は特に限定されていない状態である
が、槽の容積を大きくしたスケールアップを行うことに
よりかろうじて陰極電流密度約０．４Ａ／ｃｍ2を保っ
て電解を行った。
構造を有する容積が約４００リットルの電解槽を用意
し、実施例１と同一組成のフッ化物を電解槽に供給し、
電気炉により１２００℃まで昇温して溶融させた。その
後、原料のウラン酸化物を電解槽に入れ電解を行った。
この時、陰極面積は特に限定されていない状態である
が、槽の容積を大きくしたスケールアップを行うことに
よりかろうじて陰極電流密度約０．４Ａ／ｃｍ2を保っ
て電解を行った。
【００１８】＜比較例２＞図示しないが、実施例１の黒
鉛電解槽と陰極とを短絡させた以外は実施例１と同一の
条件及び手順で電解を行った。この時の陰極電流密度は
０．１Ａ／ｃｍ2以下となった。
鉛電解槽と陰極とを短絡させた以外は実施例１と同一の
条件及び手順で電解を行った。この時の陰極電流密度は
０．１Ａ／ｃｍ2以下となった。
【００１９】＜比較試験及び評価＞実施例１、比較例１
及び比較例２における電解終了後、それぞれの電解槽を
解体した。実施例１の電解槽１２の凹部１１と導電性容
器１３との間の隙間を目視により観察した結果、溶融塩
の侵入は認められず空間が確保されていた。また実施例
１、比較例１及び比較例２の電解槽を解体して得られた
電解生成物である金属ウランを取出し、それぞれの金属
ウランの量から溶融塩電解における電流効率を計測し
た。その結果、実施例１における電流効率は５５％以上
であったのに対し、比較例１では約３０％であった。ま
た比較例２では金属ウランがほとんど析出されず、従っ
て電流効率はほぼ０％であった。これは、比較例１にお
ける陰極電流密度がやや不足であるためと考えられる。
また比較例２で金属ウランがほとんど析出しなかったの
は陰極電流密度が絶対的に不足しているためと考えられ
る。また実施例１において有効に電解が行われ、比較例
２において金属ウランが得られなかったことから、導電
性容器１３が電解槽１２と確実に絶縁されていることが
判った。
及び比較例２における電解終了後、それぞれの電解槽を
解体した。実施例１の電解槽１２の凹部１１と導電性容
器１３との間の隙間を目視により観察した結果、溶融塩
の侵入は認められず空間が確保されていた。また実施例
１、比較例１及び比較例２の電解槽を解体して得られた
電解生成物である金属ウランを取出し、それぞれの金属
ウランの量から溶融塩電解における電流効率を計測し
た。その結果、実施例１における電流効率は５５％以上
であったのに対し、比較例１では約３０％であった。ま
た比較例２では金属ウランがほとんど析出されず、従っ
て電流効率はほぼ０％であった。これは、比較例１にお
ける陰極電流密度がやや不足であるためと考えられる。
また比較例２で金属ウランがほとんど析出しなかったの
は陰極電流密度が絶対的に不足しているためと考えられ
る。また実施例１において有効に電解が行われ、比較例
２において金属ウランが得られなかったことから、導電
性容器１３が電解槽１２と確実に絶縁されていることが
判った。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
解槽の底部の一部に形成された凹部内にこの凹部と所定
の隙間をあけかつ電解槽と電気的に絶縁して導電性容器
を設け、上記隙間に連通する不活性ガスの導入流路と、
導入流路に不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解
槽の溶融塩中に保持される陽極とを備え、導電性容器の
底部に１又は２以上の陰極となる導電性突起を上記凹部
より突出するように設けたので、電解を実施した時、陰
極となる導電性突起と陽極との間に電流が集中して有効
に流れる。その結果、陰極部を電解槽から電気的に確実
に絶縁でき、かつ陰極電流密度が向上して溶融金属の回
収率を増大させることができる。
解槽の底部の一部に形成された凹部内にこの凹部と所定
の隙間をあけかつ電解槽と電気的に絶縁して導電性容器
を設け、上記隙間に連通する不活性ガスの導入流路と、
導入流路に不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解
槽の溶融塩中に保持される陽極とを備え、導電性容器の
底部に１又は２以上の陰極となる導電性突起を上記凹部
より突出するように設けたので、電解を実施した時、陰
極となる導電性突起と陽極との間に電流が集中して有効
に流れる。その結果、陰極部を電解槽から電気的に確実
に絶縁でき、かつ陰極電流密度が向上して溶融金属の回
収率を増大させることができる。
【００２１】また蓋を凹部周縁と導電性容器の上端周縁
との間に設ければ、圧送する不活性ガスのガス量を少な
くしても溶融塩が隙間に侵入することを防止できる。更
に、電解槽、導電性容器及び導電性突起をそれぞれ黒鉛
から構成し、蓋を窒化ホウ素から構成すれば、高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させて、比較的安価
で大容量の電解還元装置を得ることができる。
との間に設ければ、圧送する不活性ガスのガス量を少な
くしても溶融塩が隙間に侵入することを防止できる。更
に、電解槽、導電性容器及び導電性突起をそれぞれ黒鉛
から構成し、蓋を窒化ホウ素から構成すれば、高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させて、比較的安価
で大容量の電解還元装置を得ることができる。
【図１】本発明の電解還元装置の中央縦断面図。
【図２】本発明の別の電解還元装置の中央縦断面図。
【図３】（ａ） 本発明の別の導電性容器を示す図３
（ｂ）のＡ−Ａ線断面図。
（ｂ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】（ｂ） 図３（ａ）の平面図。
【図４】従来の電解還元装置を示す図１に対応する断面
図。
図。
【図５】従来の別の電解還元装置を示す図１に対応する
一部断面斜視図。
一部断面斜視図。
１１ 凹部 １２ 電解槽 １２ａ 導入流路 １３ 導電性容器 １３ａ 導電性突起 １４ 絶縁材 １６ 蓋 １７ ヒータ １８ 溶融塩 １９ 陽極
フロントページの続き (72)発明者 星野 康史 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 総合研究所 環境・エネルギー研究所 内 (72)発明者 高澤 寛 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 総合研究所 環境・エネルギー研究所 内 (72)発明者 尾上 毅 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 総合研究所 環境・エネルギー研究所 内 (56)参考文献 特開 平11−229173（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−67998（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271389（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25C 7/00,3/34
Claims (5)
- 【請求項１】 溶融塩(18)を貯え底部の一部に凹部(11)
が形成された電解槽(12)と、 前記凹部(11)内に前記凹部(11)と所定の隙間をあけかつ
前記電解槽(12)と電気的に絶縁して設けられた導電性容
器(13)と、 前記隙間に連通する不活性ガスの導入流路(12a)と、 前記電解槽(12)内に吹出すように前記導入流路(12a)に
不活性ガスを圧送するガス供給手段と、 前記電解槽(12)の外部に設けられ前記溶融塩(18)を溶融
状態にして前記電解槽(12)の電解液とするヒータ(17)
と、 前記電解槽(12)の溶融塩(18)中に保持される陽極(19)と
を備えた電解還元装置であって、 前記電解槽(12)の凹部(11)周縁と前記導電性容器(13)の
上端周縁とを覆う蓋(16)が設けられ、 前記導電性容器(13)の底部に１又は２以上の陰極となる
導電性突起(13a)が前記凹部(11)より突出するように設
けられたことを特徴とする電解還元装置。 - 【請求項２】 複数の導電性突起(13a)が導電性容器(1
3)の底部中心に対して対称に設けられた請求項１記載の
電解還元装置。 - 【請求項３】 蓋(16)が絶縁性部材である請求項１記載
の電解還元装置。 - 【請求項４】 導電性容器(13)が絶縁材(14)を介して電
解槽(12)の底部に設置された請求項１ないし３いずれか
記載の電解還元装置。 - 【請求項５】 電解槽(12)、導電性容器(13)及び導電性
突起(13a)がそれぞれ黒鉛からなり、蓋(16)が窒化ホウ
素からなる請求項１ないし４いずれか記載の電解還元装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020891A JP2997265B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020891A JP2997265B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2997265B1 true JP2997265B1 (ja) | 2000-01-11 |
| JP2000219990A JP2000219990A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=12039855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11020891A Expired - Lifetime JP2997265B1 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電解還元装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2997265B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8460535B2 (en) * | 2009-04-30 | 2013-06-11 | Infinium, Inc. | Primary production of elements |
| JP7377633B2 (ja) * | 2019-06-21 | 2023-11-10 | 三菱重工業株式会社 | 電解製錬炉 |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP11020891A patent/JP2997265B1/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000219990A (ja) | 2000-08-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990921 |