JPS61186489A - アルカリ金属または土金属の溶融塩化物電解装置 - 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】 本発明は溶融金属塩化物電解装置、特にアルカリ金属又
はアルカリ土金属の塩化物を含む溶融塩から、これらの
金属を製造するための電解装置に関する。

塩化リチウムや塩化マグネシウムのようなアルカリ金属
又はアルカリ土金属塩化物の溶融塩電解においては、密
閉構造の電解室内に陽極及び陰極からなる電極材を複数
組配置した並列型、或はこの電極対間に二極性の中間電
極を１〜数個配置した直列型電解装置が用いられる。こ
のような電解装置においては製品のコストを低下するた
めに電力原単位の低減が望まれるが、これは主として陽
−陰極間の間隔、つまり極間距離の短縮によって行なわ
れる。この際、陽極面で発生する塩素ガスの気泡が陰極
面に触れるのを効果的に防がなければならない。これら
の要件を両立させるためのいくつかの方法が公知である
。例えばＵＳＰ４０５５４７４記賊の並列型装置では陽
極面忙傾斜を設けて塩素ガス流の拡がりを補償すると同
時に、対向する陰極面も傾斜させて、塩素ガスとの接触
を防ぐ構成がとられている。−万ソ連発明者証５９８６
９０には。

陽極の垂直な作用面から多少の上り勾配をもって内方へ
向かつ溝、及び陽極材内でこの溝と接線的に接続された
垂直溝を設ゆ、陽極面で発生する塩素ガスをこれらの溝
にて捕集し排出する構成が提案されている。−万直列屋
の溶融塩化物電解装置としては各電極の作用面を９陰極
面が陰極面の上刃へ来るように傾斜させた構成がフラン
ス特許第２０４９２０１号公報に示されている。しかし
これらの構成によっても、陽極面で生成する塩素のうち
かなりの部分が回収されずに電極間に残留し、拡って陰
極面上の溶滴と反応するので、生成金属及び塩素の収率
は必ずしも満足できるものではなかった。

°　本発明は陽極の構造を改良することによってその作
用面上に生成する塩素ガスの回収効率を向上せしめ、こ
れＫよって陽極と陰極との距離を従来く比べて大巾に短
縮可能とし、さら忙電極面の縦方向の長さを増して床面
積当りの生産量の向上を可能としたものであって、その
要旨とするところは、黒鉛質の陽極と鉄材製の陰極とか
ら成る少くとも一組の電極対、及びこれらの電極対を配
置し。

かつ溶融したアルカリ金属または土金属の塩化物を保持
し得る密閉容器、並びに浴面位を含む陽極材周囲の空間
に配置した絶縁性耐火物から成る隔゛壁を有する電解装
置において、陰極の作用面に対向する陽極の作用面全幅
にわたって、前方へ傾斜して張り出したひさしく庇）状
の突起を設けて該突起の下面及び基部表面により捕集溝
を形成し、−男湯極材内部に実質的に垂直な塩素ガス上
昇孔を設け、これらの捕集溝及び上昇孔を、陽極材表面
に開口し上昇孔に到る。内方へ向って上り勾配をもつ接
続孔で連結したことを特徴とする。アルカリ金属または
アルカリ土金属の溶融塩化物電解装置に存する。

上記のよ５に本発明においては、陽極の表面は前方傾斜
のひさし状乃至下関きのブラインド状突起を呈する。突
起上面は垂直断面が円弧状又は直線状となるように構成
され、その勾配は塩素ガスの気泡が分離しやすいように
垂直に近く、特に水平に対して６０°以上とするのがよ
い。下面の傾斜も大きい方が塩素ガスの導出には有利で
あるが、突起部が相対的に薄くなり、この部分の強度が
低下するので、　１０〜４０°位が適当である。

ひさし状突起下の捕集溝及び接続孔を経て陽極材内方へ
導かれた塩素ガスは上昇孔内を経て回収される。ガスを
分離した浴は開放した上昇孔の頂部から電解室内へ還流
させ、或は大径の又は断面積の大きな上昇孔を用い、ガ
スを分離した浴を上昇孔細部を経て孔底から電解室内へ
戻すことができる。いずれにせよ円滑な電解操作を継続
するためには滑らかな浴の対流を形成することが必要で
ある。陽極全体の構成は平板状のものでもよいが。

加工、取付の点からは円柱状に形成するのが好都合であ
る。突起はどちらの場合でも各段が独立した水平な階段
状にすることができるが２円柱状構成の場合は特にら旋
状に形成することもできる。

これらの突起は公知の機械加工作業によって形成するこ
とができる。

陰極は一枚の鉄板を陽極と平行に、或は共軸的に配置し
た平板又は円筒面とすると簡便ではある。

このほかに平板状陽極の場合には特開昭５８−２２３８
５に記載されているように、数本の支柱に複数の水平な
横長の鉄片を、同一平面上Ｋ又は同一角度で上下に傾斜
して縦一列に取付けた構成とすることができる。また円
柱状構成の場合にはこれらの横長鉄片の代りに円環や円
錐（台）猿が利用モぎ、％に円錐猿ヲ縦−列に配置した
陰極では析出する金属を陰極作用面の背後から回収する
ようにも構成できる。

なお電解装置の寿命決定の要因としては電極材と共に、
交換困蟲な部所に用いる消耗材が大きな比重を占めるの
で１本発明の電解装置では、電解室は鋼製容器で構成し
、内部にも煉瓦等で作成された部材の使用を控えるのが
好ましい。

本発明に従って構成した電解装置においては。

突起状陽極表面で発生した塩素ガスは、直上にある別の
突起下面の捕集溝で捕えられ、極間への塩素の拡散が本
質的になくなりたので、極間距離を３０ｗ以下に小さく
することができ、さらに電極作用面の縦の長さを１７７
Ｌ以上に延長することが可能くなりた。

次に本発明を図面によって説明する。

第１図ｍはＬｉＬ：ｌやＭｇ　Ｃ１ｍの溶融塩電解に適
した１本発明による電解装置の一例を示す縦断面図であ
り、第２図及び第５図はこのような電解装置において特
に、電解浴レベル調節用の構成。

さらに生成金属収集タンクを用いた。別の例を示す縦断
面図である。

特に第１図において、電解室１は本質的′に鉄系材製の
円筒状容器２で限定され、容器２の外周は断熱煉瓦やセ
ラミックフ、アイバー等の耐熱層３及び鉄系材製の外被
４で覆われている。容器の中央には本質的に円筒状の黒
鉛製陽極５が容器とはソ共軸的に配置され、これは下方
を、絶縁材製の隔離板６及び鉄又はステンレス鋼製支持
台７によって支持される。陽極５の周囲にはこれと共軸
的に鉄系材製の円柱面乃至管状の陰極板８が、２〜数枚
の鉄板９を介して容器壁２により支持される。

この陰極支持板９は同時に２通電用の導電材としてい機
能も兼ねる。陽極材表面の陰極面より上方の部分は絶縁
材層１０で覆つ。陽極材の上端は給電のために蓋１１か
ら突出しているが、蓋との間には・絶縁性隔壁を挟装し
て絶縁する。−万容器２の上部側壁には負側のターミナ
ル１２が設けられる。このように不発明の電解装置にお
いては容器材を導電回路の一部として利用する。

陽極表面にはリング状の突起（その一つを代表的に１３
で示す）が数段設けられ、陰極に対向する前面並び圧下
面には、塩素ガス誘導のために陽極材内方へ向って上り
勾配が付けられている。隣接突起１３の間には円周上の
数ケ所に設けた接続孔（代表的に１４で示す）が開口し
ており、その他端は、陽極材中央に軸方向に設けた上昇
孔１５に連結されている。

浴面に析出する金属を介しての漏洩電流を防止するため
に１本発明においては鉄板で補強されたスリーブ状の絶
縁材製隔壁１６が陽極材の周囲に配置される。容器２は
保温のため全体的に断熱材等で囲まれているが、電極特
に陰極を配置した部位の周囲では、断熱材層の厚さを減
じたり、或は水冷ジャケット等の配置忙より効率的に冷
却を行なって許容電流値を向上せしめ、これによりて装
置の生産性の向上を図ることができる。容器の底部忙は
ヒーター１７を配設することにより、電解操作中断時に
おける電解浴の温度維持、並びに縦長構造の電解容器に
おいて、浴上下部の温度差を小さく保つことが可能にな
る。

この構成において電解操作により生成された塩素ガスは
陽極の（突起）表面に沿って上昇し、随伴する一部の浴
と共に各突起１３に設けた接続孔１４から上昇孔１５へ
入り、浴から分離して排出口１８を経て排出される。分
離した浴は孔１５内を下降し、支持台７の底部の開口１
９から電解室内へ戻る。陰極表面で生成した金属は極間
を上昇し、浴面に蓄積され、適宜吸引等の方法で操作用
開口２０かも回収される。

第２図の装置２１では容器２２．断熱材２３及び外被２
４から成る電解室の基本的構成は第１図の場合とはソ同
一である。陽極２５の外周狭面にも同様の突起２６が設
けられ、突起下面に接続孔２７が開口している点も上記
と同様であるが、上昇孔側は表面近くの陽極材内に、軸
と平行に複数本、設けられている。陰極２９は、縦に数
個配置した上開きテーパー付きのリング３０で構成され
、各リングは２〜数ケ所において導電兼支持用の鉄板３
１．３２で容器２２の内面に支持される。このような陰
極リングはこのほか必要に応じて１〜数ケ所を垂直支柱
を用いて固定補強するのがよい。析出した金属はこの場
合リングの外方へ導かれ、陰極の背後を通って浴面に達
するので、塩素ガスとの再結合による生産効率の低下は
さらに改善される。陽極２５への通電はこの図の場合鋼
製の導電部３３を介して行なわれ。

この導電部は冷却のため、中空く形成され送風管３４を
介して冷却用突気が送られる。

生成した塩素ガスは接続孔２７及び上昇孔２８を経て、
陽極材に隣接する上方空間に集められ、排出口３５から
排出される。電解室内の監視のため、また極間清掃のた
め蓋３６には操作口３７．３８が設置されている。電解
浴の補給及び生成金属取出しは。

容器上部の開口３９から行なう。

この図示した例では特に、容器底部に中空環状小室釦が
設けられている。小室上部には排気及び不活性ガス供給
のための配管４１が接続され、また小室壁面底部には内
面及び外面に複数の開口４２が設けられている。電解操
作の進行と共に電解質が消費されるが、この構成におい
ては小室内へ管４工がら不活性ガスを圧送し、中の浴を
押出すことに。

より浴レベルの低下を補償し、これによりて電解浴の装
入回数を減し９手間の節減及び浴の空気への露出回数を
減すことが可能になった。

以上の構成は既述のように個々に設置してもよいが、第
３図のように一つの容器内に複数の電極対を設置すれば
より大きな生産性を達成することができる。こ−でも１
周囲を断熱材層４５及び外被４６で包囲した容器４７内
に、第２図と同様の構造をもつ陽極４８及び陰極４９並
びに電解浴保持用の小室５０が等間隔で５組設けられて
いる。容器４７の中央には鋼製の密閉縦長の金属収集ｌ
ンク５１が配置さ部５２を経て各電極対に給電して電解
を行なう。生成した金属は陰極支持材５３の間隙から背
後の空間を上昇させ、浴面に集めて取入口聞からタンク
５１ンク底部に開口した排出管５５で）ら回収する。−
万塩素ガスは他の例と同様に、陽極狭面のひさし状突起
から接続孔５６及び上昇孔５７を経て各電極対の上部空
間に到達せしめ、こ−から排出管部を経て回収する。

実施例 本質的に第２図に示す装置を用い℃・Ｍｇ　Ｃｌ　曹の
電解を行なった。電解容器は内径ｔ４４ｍ、高さ３７ｎ
で、厚さ３ｃｒｒＬの鉄板で構成し、外周を厚さ２５ｃ
ｍのシリカ系断熱材で包み、外被で囲った。器底部には
１００ｋＷのニクロムヒーターを配置した。陽極として
は全長２．４ｍの黒鉛丸棒を用い、この下方１２ｍの部
分に外縁径７５ｃｒｒＬ＋内径６７（ｍのリング状突起
を８段形成した。各突起の下面に隣接して直径２ぼ。

傾斜角３０°の捕集孔を１６個ずつ、また直径６０ｃｍ
の円周上に、これらの各捕集孔と連続するように直径３
ｃＩｒＬの上昇孔を１６本、軸に沼りて形成した。陰極
としては最小内径８０ｃｒＩＬのテーパー付鉄板製リン
グを８段並べた。全高１ｍの構成を用いた。

コノ電解装置にてＮａ１ｌ　４５　、％　、　ＫＣｌ　
２５　％　、ＭｇＣ：Ｉｔ３０％（重量比）の組成をも
つ溶融塩を用い１両極間ＩＣ３，８Ｖ、　１２．５ＫＡ
の電力を供給して操業を行なった。。

電解の進行に伴い浴面が低下したが、これは４時間ごと
に器底の小室にＡｒを吹込むことにより約３α浴面を上
げて補償した。このよ５な電解操作を２４時間続け、結
局金属マグネシウム１２４に４）を得た。

このように本発明においては １　電解により発生する塩素ガスを、陽極材内部を通っ
て回収することにより、またはさらに析出金属を陰極の
背面から回収することにより両生放物の再結合による電
力損失は大巾に改善された。

この結果極間距離を縮少して生産効率を上げることが可
能になった。

２、　浴１／ペルの調節用の構成を付加した場合。

電解室への電解浴の装入の頻度を減らし２手間を節減で
きる。

３、　電解装置中央に生成金属溜として鋼製のタンクを
配置した構成においては ａ）　特にタンクの容量を大きくとることにより、生成
金属の外部への排出頻度を簡単に減らすことができる。

ｂ）装置外の独立した溶融金属保持槽を小容量化、乃至
省略し、設備費の節約を図ることができる。

Ｃ）　このタンク内に熱伝導性の大きな金属が貯えられ
るので電解室内の上下部における浴温の差が小さくなる
。このため、上下部均熱化のための特別な加熱手段を講
じることなく、従来に比して縦長の電解室を用いること
ができる。また底部ヒーターの入力も減少できる。

の　このタンクから不活性ガスの圧送により溶融金属を
取出すので、金属取出し操作の際に従来のようＶＣ′ｆ
ｉ：、解室の蓋の開閉が不要なため、ＬｉやＮａのよう
な活性金属が安全に回収できる。

等の利点が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明による電解装置の例を示す縦断面図
である。図において主要部材は次の参照付号で示される
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、黒鉛質の陽極と鉄材製の陰極とから成る少くとも一
   組の電極対、及びこれらの電極対を配置し、かつ溶融し
   たアルカリ金属または土金属の塩化物を保持し得る密閉
   容器、並びに浴面位を含む陽極材周囲の空間に配置した
   絶縁性耐火物から成る隔壁を有する電解装置において、
   陰極の作用面に対向する陽極の作用面全幅にわたって、
   前方へ傾斜して張り出したひさし（庇）状の突起を設け
   て該突起の下面及び基部表面により捕集溝を形成し、一
   方陽極材内部に実質的に垂直な塩素ガス上昇孔を設け、
   これらの捕集溝及び上昇孔を、陽極材表面に開口し上昇
   孔に到る、内方へ向って上り勾配をもつ接続孔で連結し
   たことを特徴とする、アルカリ金属または土金属の溶融
   塩化物電解装置。 ２、上記陽極が本質的に円柱状に、陰極が円筒面状に構
   成されている、特許請求の範囲第１項記載の電解装置。 ３、上記捕集溝が本質的に水平な階段状に構成されてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の電解装置。 ４、上記陽極が本質的に円柱状であり、捕集溝がこの陽
   極の外面にら旋状に設けられている、特許請求の範囲第
   １項記載の電解装置。 ５、上記溶融塩化物が本質的にＬｉＣｌ、ＮａＣｌ又は
   ＭｇＣｌ＿２を含む、特許請求の範囲第１項記載の電解
   装置。 ６、上記電極対下方の電解室内に、上方を少くとも部分
   的に閉じ下方に開口部をもつ小室を設け、該小室の空間
   上部に排気及び不活性ガス供給用の管を連結し、もって
   小室内のガス圧調節によって小室から電解浴を電解室内
   に供給するようにした、特許請求の範囲第１項記載の電
   解装置。 ７、単一の円筒状容器内に、共軸的な同一円周上に上記
   電極対及び小室を複数組配置し、容器中央に本質的に密
   閉された金属収集タンクを設け、該タンクの頂部に外方
   からの操作により開閉可能な生成金属取入口、及びタン
   ク底部に開口した金属排出管を設けた、特許請求の範囲
   第１項記載の電解装置。