JP2001303286A - 低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物 - Google Patents
低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物Info
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- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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- C25C1/02—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of light metals
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- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温アルカリ金属電解プロセスによるアルカ
リ金属を生産する方法を提供すること。 【解決手段】 アルカリ金属を生産する方法であって、
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択で１種ま
たは数種のＩＢ族ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＶＩＩＩハロゲン化物、あるいは（２）ＩＩＩＡ族
ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ族
ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せ、あるいは
（３）水であるコエレクトロライトの存在下で、アルカ
リ金属ハロゲン化物を電解する段階を含むことを特徴と
する方法。
リ金属を生産する方法を提供すること。 【解決手段】 アルカリ金属を生産する方法であって、
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択で１種ま
たは数種のＩＢ族ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＶＩＩＩハロゲン化物、あるいは（２）ＩＩＩＡ族
ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ族
ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せ、あるいは
（３）水であるコエレクトロライトの存在下で、アルカ
リ金属ハロゲン化物を電解する段階を含むことを特徴と
する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ金属を生
産するための電解プロセスおよびその電解液に関する。
産するための電解プロセスおよびその電解液に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ金属は非常に反応性の高い元素
であり、単体の形のものは自然界には見られない。水素
などの一般的な還元剤も、アルカリ金属を化合物から金
属の状態に還元するほど強くはない。電解還元は欠くこ
とのできないものであり、英ロンドンの王立研究所のＲ
ｕｍｆｏｒｄ／Ｔｈｏｍｐｓｏｎ伯爵の助手Ｈｕｍｐｈ
ｒｙ Ｄａｖｙ卿による、１８０７年の単体アルカリ金
属の発見に至る古典的実験でも使用された。電解還元
は、アルカリ金属の工業生産に使用されている。現在、
世界的に使用されているプロセスは、ナトリウムおよび
リチウムをそれらの塩化物から生産するために２０世紀
初頭に導入された、いわゆる「ダウンズ（Ｄｏｗｎ
ｓ）」法である。
であり、単体の形のものは自然界には見られない。水素
などの一般的な還元剤も、アルカリ金属を化合物から金
属の状態に還元するほど強くはない。電解還元は欠くこ
とのできないものであり、英ロンドンの王立研究所のＲ
ｕｍｆｏｒｄ／Ｔｈｏｍｐｓｏｎ伯爵の助手Ｈｕｍｐｈ
ｒｙ Ｄａｖｙ卿による、１８０７年の単体アルカリ金
属の発見に至る古典的実験でも使用された。電解還元
は、アルカリ金属の工業生産に使用されている。現在、
世界的に使用されているプロセスは、ナトリウムおよび
リチウムをそれらの塩化物から生産するために２０世紀
初頭に導入された、いわゆる「ダウンズ（Ｄｏｗｎ
ｓ）」法である。
【０００３】ダウンズ法では、電解液の融解温度を６０
０℃弱に引き下げるため、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２および
ＢａＣｌ２の混合物から成る溶融塩電解液が使用され
る。これによって、約８００℃というはるかに高い融点
を有する純粋なＮａＣｌを使用するのに比べ、プロセス
がより実用的になる。それでもなお、このような温度で
電解プロセスを操作することは難しく、多数の操作上の
制約が生じる。ダウンズ法の操作温度が高いため、電解
槽の設計では、電気化学工学実践で通常使用されてい
る、はるかに空間効率のよい積重ね多重平形電極／隔膜
部品構成ではなく、同心円筒形のカソード、ワイヤメッ
シュ隔膜、およびアノードが使用される。さらに、この
高い操作温度は、平形ワイヤメッシュ鋼隔膜を柔軟に
し、そのため隔膜が機械的に不安定となって、アノード
とカソードの間で前後にたわみ、その結果、部分的な短
絡／アークが生じ、これによって隔膜が焼けて穴があい
てしまう。隔膜の穴は、カソードで生成されたナトリウ
ムおよびアノードで生成された塩素の逆混合を許し、こ
れによって電解槽の電流効率が低下する。一方、円筒形
ワイヤメッシュは、同じ種類の平形ワイヤメッシュスク
リーンよりもはるかに堅固で機械的にはるかに安定であ
るため、電極間に鋼隔膜がある同心円筒形構成ではこの
問題が回避される。
０℃弱に引き下げるため、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２および
ＢａＣｌ２の混合物から成る溶融塩電解液が使用され
る。これによって、約８００℃というはるかに高い融点
を有する純粋なＮａＣｌを使用するのに比べ、プロセス
がより実用的になる。それでもなお、このような温度で
電解プロセスを操作することは難しく、多数の操作上の
制約が生じる。ダウンズ法の操作温度が高いため、電解
槽の設計では、電気化学工学実践で通常使用されてい
る、はるかに空間効率のよい積重ね多重平形電極／隔膜
部品構成ではなく、同心円筒形のカソード、ワイヤメッ
シュ隔膜、およびアノードが使用される。さらに、この
高い操作温度は、平形ワイヤメッシュ鋼隔膜を柔軟に
し、そのため隔膜が機械的に不安定となって、アノード
とカソードの間で前後にたわみ、その結果、部分的な短
絡／アークが生じ、これによって隔膜が焼けて穴があい
てしまう。隔膜の穴は、カソードで生成されたナトリウ
ムおよびアノードで生成された塩素の逆混合を許し、こ
れによって電解槽の電流効率が低下する。一方、円筒形
ワイヤメッシュは、同じ種類の平形ワイヤメッシュスク
リーンよりもはるかに堅固で機械的にはるかに安定であ
るため、電極間に鋼隔膜がある同心円筒形構成ではこの
問題が回避される。
【０００４】約６００℃という高い操作温度に必要なダ
ウンズ法の前述の同心円筒形電解槽設計は、ダウンズ電
解槽の空間効率が非常に悪いことをも意味する。このこ
とは、単位生産あたりの資本費および運転費の高騰に直
接にはねかえる。
ウンズ法の前述の同心円筒形電解槽設計は、ダウンズ電
解槽の空間効率が非常に悪いことをも意味する。このこ
とは、単位生産あたりの資本費および運転費の高騰に直
接にはねかえる。
【０００５】ダウンズ電解槽の操作温度が高いことは、
溶融混合塩電解液の凝固温度が電解槽の操作温度よりも
約２０℃低いだけであることと相まって、電解槽の円滑
な操作を困難にする。電解槽の「フリーズアップ」およ
びその他の「異常」はしばしばであり、工業的電解プロ
セスとしては異常に高い操作労働が必要となる。このこ
とが、ダウンズ法が自動化になじまない理由でもある。
リチウムは現在、修正ダウンズ法によって生産されてい
る。
溶融混合塩電解液の凝固温度が電解槽の操作温度よりも
約２０℃低いだけであることと相まって、電解槽の円滑
な操作を困難にする。電解槽の「フリーズアップ」およ
びその他の「異常」はしばしばであり、工業的電解プロ
セスとしては異常に高い操作労働が必要となる。このこ
とが、ダウンズ法が自動化になじまない理由でもある。
リチウムは現在、修正ダウンズ法によって生産されてい
る。
【０００６】ＮａＣｌ／Ｈ２Ｏ溶液からカソードに金属
ナトリウムを付着させる低温電解プロセスもあるが、得
られる金属ナトリウムが純粋なナトリウムではなく、ナ
トリウムの割合が通常で約０．５％Ｎａと低い液体水銀
／ナトリウムアマルガムである。残りの９９％超は金属
水銀である。このプロセスは、希釈したナトリウムアマ
ルガムを水と反応させることによって水酸化ナトリウム
水溶液を生産するのに使用される。一般的に、Ｍａｒｓ
ｈａｌｌ Ｓｉｔｔｉｎｇ著「Ｓｏｄｉｕｍ，Ｉｔｓ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎ
ｄ Ｕｓｅｓ」，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ ＭｏｎｏｇｒａｐｈＳｅｒｉｅｓ，
Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒ
ｐ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９５６）およびＣ．Ｌ．Ｍ
ａｎｔｅｌｌ著「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｂ
ｏｏｋ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｔｏｒ
ｏｎｔｏ，Ｌｏｎｄｏｎ（１９６０）を参照されたい。
ナトリウムから水銀を分離する問題およびコストのた
め、このプロセスを使用して金属ナトリウムを経済的に
生産することはできない。例えば、蒸留による分離は、
水銀の沸点（３５７℃）がナトリウム（８８０℃）より
もはるかに低く、９９％の水銀を蒸発させて、約１％の
ナトリウムを残分として得るのはあまりに費用がかかり
すぎるため、非現実的である。
ナトリウムを付着させる低温電解プロセスもあるが、得
られる金属ナトリウムが純粋なナトリウムではなく、ナ
トリウムの割合が通常で約０．５％Ｎａと低い液体水銀
／ナトリウムアマルガムである。残りの９９％超は金属
水銀である。このプロセスは、希釈したナトリウムアマ
ルガムを水と反応させることによって水酸化ナトリウム
水溶液を生産するのに使用される。一般的に、Ｍａｒｓ
ｈａｌｌ Ｓｉｔｔｉｎｇ著「Ｓｏｄｉｕｍ，Ｉｔｓ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎ
ｄ Ｕｓｅｓ」，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ ＭｏｎｏｇｒａｐｈＳｅｒｉｅｓ，
Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒ
ｐ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９５６）およびＣ．Ｌ．Ｍ
ａｎｔｅｌｌ著「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｂ
ｏｏｋ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｔｏｒ
ｏｎｔｏ，Ｌｏｎｄｏｎ（１９６０）を参照されたい。
ナトリウムから水銀を分離する問題およびコストのた
め、このプロセスを使用して金属ナトリウムを経済的に
生産することはできない。例えば、蒸留による分離は、
水銀の沸点（３５７℃）がナトリウム（８８０℃）より
もはるかに低く、９９％の水銀を蒸発させて、約１％の
ナトリウムを残分として得るのはあまりに費用がかかり
すぎるため、非現実的である。
【０００７】最近、電池に応用するため、非水性有機溶
媒ベースのアルカリ金属塩化物電解液に関する物理化学
的基礎研究が実施された。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．１４３，ＮＯ．７，２２６２−２
２６６ページ，１９９６年７月を参照されたい。この研
究からは、アルカリ金属を生産するためのプロセスは生
まれなかった。
媒ベースのアルカリ金属塩化物電解液に関する物理化学
的基礎研究が実施された。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．１４３，ＮＯ．７，２２６２−２
２６６ページ，１９９６年７月を参照されたい。この研
究からは、アルカリ金属を生産するためのプロセスは生
まれなかった。
【０００８】したがって、アルカリ金属をより経済的に
生産することができる電解プロセスを開発する必要性が
高まっている。自動化を可能にするなど、操作性を向上
させることができるプロセスを開発する必要もある。
生産することができる電解プロセスを開発する必要性が
高まっている。自動化を可能にするなど、操作性を向上
させることができるプロセスを開発する必要もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低温
アルカリ金属電解プロセスを提供することにある。
アルカリ金属電解プロセスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コエレ
クトロライトおよびアルカリ金属ハロゲン化物の存在下
で電解を実施する段階を含む、低温電解プロセスが提供
される。このコエレクトロライトは、（１）窒素または
リン化合物、および任意選択でＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＩＢ族ハロゲン化物、ＶＩＩＩ族ハロゲン化物また
はこれらの２種以上の組合せ、あるいは（２）ＩＩＩＡ
族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ
族ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せ、あるい
は（３）水を含む。
クトロライトおよびアルカリ金属ハロゲン化物の存在下
で電解を実施する段階を含む、低温電解プロセスが提供
される。このコエレクトロライトは、（１）窒素または
リン化合物、および任意選択でＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＩＢ族ハロゲン化物、ＶＩＩＩ族ハロゲン化物また
はこれらの２種以上の組合せ、あるいは（２）ＩＩＩＡ
族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ
族ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せ、あるい
は（３）水を含む。
【００１１】本発明によればさらに、電解プロセスであ
って、（１）液体アルカリ金属、または（２）ビスマ
ス、鉛、スズ、アンチモン、インジウム、ガリウム、タ
リウムおよびカドミウムから成るグループから選択され
た２種以上の金属の液体低融点合金、または（３）導電
性液体溶媒和アルカリ金属を含むカソードを使用してこ
のプロセスを実施する段階を含むプロセスが提供され
る。
って、（１）液体アルカリ金属、または（２）ビスマ
ス、鉛、スズ、アンチモン、インジウム、ガリウム、タ
リウムおよびカドミウムから成るグループから選択され
た２種以上の金属の液体低融点合金、または（３）導電
性液体溶媒和アルカリ金属を含むカソードを使用してこ
のプロセスを実施する段階を含むプロセスが提供され
る。
【００１２】本発明によればさらに、電解液が提供され
る。この電解液は、アルカリ金属ハロゲン化物と、
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択でＩＩＩ
Ａ族ハロゲン化物、ＩＢ族ハロゲン化物、ＶＩＩＩ族ハ
ロゲン化物またはこれらの２種以上の組合せ、あるいは
（２）ＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、
またはＩＩＩＡ族ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の
組合せ、あるいは（３）水を含むコエレクトロライトと
を含む。
る。この電解液は、アルカリ金属ハロゲン化物と、
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択でＩＩＩ
Ａ族ハロゲン化物、ＩＢ族ハロゲン化物、ＶＩＩＩ族ハ
ロゲン化物またはこれらの２種以上の組合せ、あるいは
（２）ＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、
またはＩＩＩＡ族ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の
組合せ、あるいは（３）水を含むコエレクトロライトと
を含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の電解は低温で実施され
る。用語「低温」は、約３００℃よりも低い温度、好ま
しくは約２５０℃よりも低い温度、最も好ましくは２０
０℃よりも低い温度を指す。これを、約２０℃から約３
００℃、好ましくは約５０℃から２５０℃、より好まし
くは約７０℃から約２００℃、最も好ましくは９０℃か
ら２００℃とすることができる。本発明の電解によっ
て、実質的に純粋なアルカリ金属、例えばナトリウムを
生産することができる。用語「実質的に純粋」は、アル
カリ金属１ｋｇあたり約４００ｍｇ未満、好ましくは約
３００ｍｇ未満、より好ましくは約２００ｍｇ未満、最
も好ましくは１００ｍｇ未満の不純物を含むアルカリ金
属を指す。
る。用語「低温」は、約３００℃よりも低い温度、好ま
しくは約２５０℃よりも低い温度、最も好ましくは２０
０℃よりも低い温度を指す。これを、約２０℃から約３
００℃、好ましくは約５０℃から２５０℃、より好まし
くは約７０℃から約２００℃、最も好ましくは９０℃か
ら２００℃とすることができる。本発明の電解によっ
て、実質的に純粋なアルカリ金属、例えばナトリウムを
生産することができる。用語「実質的に純粋」は、アル
カリ金属１ｋｇあたり約４００ｍｇ未満、好ましくは約
３００ｍｇ未満、より好ましくは約２００ｍｇ未満、最
も好ましくは１００ｍｇ未満の不純物を含むアルカリ金
属を指す。
【００１４】任意のアルカリ金属ハロゲン化物を本発明
に使用することができる。用語「アルカリ金属」は、リ
チウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウ
ム、フランシウム、またはこれらの２種以上の組合せを
指す。現時点の好ましいアルカリ金属ハロゲン化物は塩
化ナトリウムである。これは、ナトリウムを生産するた
めの電解に塩化ナトリウムが広く使用されているためで
ある。
に使用することができる。用語「アルカリ金属」は、リ
チウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウ
ム、フランシウム、またはこれらの２種以上の組合せを
指す。現時点の好ましいアルカリ金属ハロゲン化物は塩
化ナトリウムである。これは、ナトリウムを生産するた
めの電解に塩化ナトリウムが広く使用されているためで
ある。
【００１５】本発明の一実施形態によれば、窒素または
リン化合物、好ましくはカチオン部分とアニオン部分と
を有する含窒素イオン性化合物をコエレクトロライト
（ｃｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）として使用すること
ができる。この化合物は固体でもまたは液体でもよい。
現時点では非水性液体が好ましい。カチオン部分は有機
カチオンであることが好ましい。カチオン部分は、１種
または数種のイミダゾリウム塩、Ｎ−アルキルピリジニ
ウム塩、テトラアルキルアンモニウム塩およびテトラア
ルキルホスホニウム塩を含む。例えば、アルカリ金属ハ
ロゲン化物と組み合わせたときにアルカリ金属ハロゲン
化物の融点を、先に開示した低い温度にまで引き下げる
ことができる任意のイミダゾリウム塩を使用することが
できる。
リン化合物、好ましくはカチオン部分とアニオン部分と
を有する含窒素イオン性化合物をコエレクトロライト
（ｃｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）として使用すること
ができる。この化合物は固体でもまたは液体でもよい。
現時点では非水性液体が好ましい。カチオン部分は有機
カチオンであることが好ましい。カチオン部分は、１種
または数種のイミダゾリウム塩、Ｎ−アルキルピリジニ
ウム塩、テトラアルキルアンモニウム塩およびテトラア
ルキルホスホニウム塩を含む。例えば、アルカリ金属ハ
ロゲン化物と組み合わせたときにアルカリ金属ハロゲン
化物の融点を、先に開示した低い温度にまで引き下げる
ことができる任意のイミダゾリウム塩を使用することが
できる。
【００１６】アニオン部分は、アルカリ金属ハロゲン化
物の融点を下げる目的に使用できるものであればどんな
アニオンでもよい。適当なアニオンの例としては、１種
または数種の塩化物、臭化物、ヨウ化物、テトラフルオ
ロホウ酸塩およびヘキサフルオロリン酸塩などがある。
現時点の好ましいアニオンは塩化物である。
物の融点を下げる目的に使用できるものであればどんな
アニオンでもよい。適当なアニオンの例としては、１種
または数種の塩化物、臭化物、ヨウ化物、テトラフルオ
ロホウ酸塩およびヘキサフルオロリン酸塩などがある。
現時点の好ましいアニオンは塩化物である。
【００１７】この窒素またはリン化合物は、置換基の種
類の数だけ誘導体を含むことができる。現在のところ、
部分的にまたは完全にアルキル化されたイミダゾリウム
ハロゲン化物、例えば塩化物を使用することが好まし
い。完全アルキル化イミダゾリウムハロゲン化物は、イ
ミダゾリウム環の水素が全てヒドロカルビル基に置換さ
れたものであり、このヒドロカルビル基は１から約２０
個の炭素原子を含むことができ、アルキル、アルケニル
またはアリール基であることができる。一般に、アンモ
ニウムおよびホスホニウム塩はペルアルキル化、ピリジ
ニウム塩はＮ−置換、イミダゾリウム塩はＮ，Ｎ−二置
換される。
類の数だけ誘導体を含むことができる。現在のところ、
部分的にまたは完全にアルキル化されたイミダゾリウム
ハロゲン化物、例えば塩化物を使用することが好まし
い。完全アルキル化イミダゾリウムハロゲン化物は、イ
ミダゾリウム環の水素が全てヒドロカルビル基に置換さ
れたものであり、このヒドロカルビル基は１から約２０
個の炭素原子を含むことができ、アルキル、アルケニル
またはアリール基であることができる。一般に、アンモ
ニウムおよびホスホニウム塩はペルアルキル化、ピリジ
ニウム塩はＮ−置換、イミダゾリウム塩はＮ，Ｎ−二置
換される。
【００１８】適当な窒素またはリン化合物の例には、１
−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−プ
ロピル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブチ
ル−２，３−ジメチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブ
チル−２，３，４，５−テトラメチルイミダゾリウム、
１，２，３，４，５−ペンタメチルイミダゾリウム、１
−メチルピリジニウム、環の非窒素位置にアルキル基を
有するピリジン誘導体、テトラメチルアンモニウム、テ
トラメチルホスホニウム、およびこれらの２種以上の組
合せなどがある。ただしこれらに限定されるわけではな
い。現時点での好ましいイミダゾリウムハロゲン化物
は、１−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウムク
ロリド、１−ブチル−２，３，４，５−テトラメチル−
１Ｈ−イミダゾリウムクロリド、または１，２，３，
４，５−ペンタメチル−１Ｈ−イミダゾリウムクロリド
である。
−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−プ
ロピル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブチ
ル−２，３−ジメチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブ
チル−２，３，４，５−テトラメチルイミダゾリウム、
１，２，３，４，５−ペンタメチルイミダゾリウム、１
−メチルピリジニウム、環の非窒素位置にアルキル基を
有するピリジン誘導体、テトラメチルアンモニウム、テ
トラメチルホスホニウム、およびこれらの２種以上の組
合せなどがある。ただしこれらに限定されるわけではな
い。現時点での好ましいイミダゾリウムハロゲン化物
は、１−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウムク
ロリド、１−ブチル−２，３，４，５−テトラメチル−
１Ｈ−イミダゾリウムクロリド、または１，２，３，
４，５−ペンタメチル−１Ｈ−イミダゾリウムクロリド
である。
【００１９】イミダゾリウムハロゲン化物に、ＩＢ族金
属ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族金属ハロゲン化物、ＶＩＩ
Ｉ族金属ハロゲン化物、またはこれらの２種以上の組合
せを組み合わせることもできる。本発明で使用する用語
「ＩＢ族」、「ＩＩＩＡ族」、「ＶＢ族」または「ＶＩ
ＩＩ属」は、ＣＡＳ版の元素周期表「ｔｈｅ Ｐｅｒｉ
ｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
ｓ」，ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ ＆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，６７ｔｈ ｅｄｉｔｉｏ
ｎ，１９８６−１９８７，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃ
ａ Ｒａｔｏｎ，Ｆｌｏｒｉｄａによる。適当なＩＢ族
ハロゲン化物の例には、塩化銅、臭化銅などのハロゲン
化銅、塩化銀などのハロゲン化銀、塩化金などのハロゲ
ン化金、およびこれらの２種以上の組合せが含まれる。
ＩＩＩＡ族ハロゲン化物の例には、塩化アルミニウム、
臭化アルミニウムなどのハロゲン化アルミニウム、塩化
ホウ素などのハロゲン化ホウ素、塩化ガリウムなどのハ
ロゲン化ガリウム、塩化インジウムなどのハロゲン化イ
ンジウム、塩化タリウムなどのハロゲン化タリウム、お
よびこれらの２種以上の組合せが含まれる。適当なＶＢ
族ハロゲン化物の例には、塩化タンタルなどのハロゲン
化タンタル、塩化バナジウムなどのハロゲン化バナジウ
ム、塩化ニオブなどのハロゲン化ニオブ、およびこれら
の２種以上の組合せが含まれる。ＶＩＩＩ族ハロゲン化
物の例には、塩化鉄、臭化鉄どのハロゲン化鉄、塩化コ
バルト、臭化コバルトなどのハロゲン化コバルト、塩化
ニッケル、臭化ニッケルなどのハロゲン化ニッケル、塩
化ロジウムなどのハロゲン化ロジウム、および塩化レニ
ウムなどのハロゲン化レニウムが含まれる。
属ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族金属ハロゲン化物、ＶＩＩ
Ｉ族金属ハロゲン化物、またはこれらの２種以上の組合
せを組み合わせることもできる。本発明で使用する用語
「ＩＢ族」、「ＩＩＩＡ族」、「ＶＢ族」または「ＶＩ
ＩＩ属」は、ＣＡＳ版の元素周期表「ｔｈｅ Ｐｅｒｉ
ｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
ｓ」，ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ ＆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，６７ｔｈ ｅｄｉｔｉｏ
ｎ，１９８６−１９８７，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃ
ａ Ｒａｔｏｎ，Ｆｌｏｒｉｄａによる。適当なＩＢ族
ハロゲン化物の例には、塩化銅、臭化銅などのハロゲン
化銅、塩化銀などのハロゲン化銀、塩化金などのハロゲ
ン化金、およびこれらの２種以上の組合せが含まれる。
ＩＩＩＡ族ハロゲン化物の例には、塩化アルミニウム、
臭化アルミニウムなどのハロゲン化アルミニウム、塩化
ホウ素などのハロゲン化ホウ素、塩化ガリウムなどのハ
ロゲン化ガリウム、塩化インジウムなどのハロゲン化イ
ンジウム、塩化タリウムなどのハロゲン化タリウム、お
よびこれらの２種以上の組合せが含まれる。適当なＶＢ
族ハロゲン化物の例には、塩化タンタルなどのハロゲン
化タンタル、塩化バナジウムなどのハロゲン化バナジウ
ム、塩化ニオブなどのハロゲン化ニオブ、およびこれら
の２種以上の組合せが含まれる。ＶＩＩＩ族ハロゲン化
物の例には、塩化鉄、臭化鉄どのハロゲン化鉄、塩化コ
バルト、臭化コバルトなどのハロゲン化コバルト、塩化
ニッケル、臭化ニッケルなどのハロゲン化ニッケル、塩
化ロジウムなどのハロゲン化ロジウム、および塩化レニ
ウムなどのハロゲン化レニウムが含まれる。
【００２０】コエレクトロライトの量は、アルカリ金属
ハロゲン化物の融解温度を、先に開示した低い温度にま
で引き下げることができるものでありさえすれば任意で
ある。一般に、コエレクトロライトとアルカリ金属ハロ
ゲン化物のモル比は、約０．０１：１から約１００：１
とすることができ、約０．１：１から約１０：１である
ことが好ましく、０．５：１から約２：１であることが
最も好ましい。第２の金属（ＩＢ、ＩＩＩＡまたはＶＩ
ＩＩ族）ハロゲン化物がイミダゾリウム塩とともに存在
する場合、第２の金属ハロゲン化物とアルカリ金属ハロ
ゲン化物のモル比もこれと同じ範囲とすることができ
る。例えば、１−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾ
リイウムクロリド、塩化アルミニウムおよび塩化ナトリ
ウムを含む電解液のモル比１−エチル−３−メチル−１
Ｈ−イミダゾリイウムクロリド：塩化アルミニウム：塩
化ナトリウムを、約１：２：１とすることができる。
ハロゲン化物の融解温度を、先に開示した低い温度にま
で引き下げることができるものでありさえすれば任意で
ある。一般に、コエレクトロライトとアルカリ金属ハロ
ゲン化物のモル比は、約０．０１：１から約１００：１
とすることができ、約０．１：１から約１０：１である
ことが好ましく、０．５：１から約２：１であることが
最も好ましい。第２の金属（ＩＢ、ＩＩＩＡまたはＶＩ
ＩＩ族）ハロゲン化物がイミダゾリウム塩とともに存在
する場合、第２の金属ハロゲン化物とアルカリ金属ハロ
ゲン化物のモル比もこれと同じ範囲とすることができ
る。例えば、１−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾ
リイウムクロリド、塩化アルミニウムおよび塩化ナトリ
ウムを含む電解液のモル比１−エチル−３−メチル−１
Ｈ−イミダゾリイウムクロリド：塩化アルミニウム：塩
化ナトリウムを、約１：２：１とすることができる。
【００２１】電解槽のアノードは、導電性炭素、ＤＳＡ
（登録商標）（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ ｓｔａｂ
ｌｅ ａｎｏｄｅ）、ＶＩＩＩ属金属酸化物、またはア
ノードで遊離した例えば塩素ガスなどのハロゲン化物に
よって腐食されない白金などのＶＩＩＩ属金属から構成
することができる。電解槽のカソード側では、カソード
を、ポリマーイオン交換膜と接触した導電性炭素、また
はＶＩＩＩ金属などの金属から構成することができる。
カソードは、カソードで生成された液体アルカリ金属を
加熱された外部の収集チャンバに移送するための物理手
段を備えることができる。電解槽の操作中、生成した液
体アルカリ金属はカソードと共同してこのカソード機能
を実施する。液体アルカリ金属をカソードから外部に移
送するこの物理手段を、溶融アルカリ金属が収集容器の
中に流れ込むこと可能にする、機械加工したチャネルま
たはみぞ、穴系、あるいは相互連絡した孔隙を有する多
孔質材料とすることができる。この機能を実施する方法
はこの他にも多数あり、当業者であればその好みに応じ
て案出することができる。
（登録商標）（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ ｓｔａｂ
ｌｅ ａｎｏｄｅ）、ＶＩＩＩ属金属酸化物、またはア
ノードで遊離した例えば塩素ガスなどのハロゲン化物に
よって腐食されない白金などのＶＩＩＩ属金属から構成
することができる。電解槽のカソード側では、カソード
を、ポリマーイオン交換膜と接触した導電性炭素、また
はＶＩＩＩ金属などの金属から構成することができる。
カソードは、カソードで生成された液体アルカリ金属を
加熱された外部の収集チャンバに移送するための物理手
段を備えることができる。電解槽の操作中、生成した液
体アルカリ金属はカソードと共同してこのカソード機能
を実施する。液体アルカリ金属をカソードから外部に移
送するこの物理手段を、溶融アルカリ金属が収集容器の
中に流れ込むこと可能にする、機械加工したチャネルま
たはみぞ、穴系、あるいは相互連絡した孔隙を有する多
孔質材料とすることができる。この機能を実施する方法
はこの他にも多数あり、当業者であればその好みに応じ
て案出することができる。
【００２２】理論によって結びつけないでほしいが、ポ
リマーイオン交換膜を使用することによって、操作中に
カソードで誘発されるイミダゾリウムベースの電解液の
化学劣化を防ぐことができる。このイオン交換膜は、ア
ルカリ金属イオンは容易に通過させるが、アルカリ金属
イオンよりも高い原子価のカチオンはあまり通過させな
い材料とすることができる。適当な膜材料の例には、米
デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎのイー・アイ・デュ
ポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー社からＮａ
ｆｉｏｎ（登録商標）の商品名で販売されている過フッ
化イオン交換ポリマーなどがある。ただし、これに限定
されるわけではない。カソードの表面に形成された金属
アルカリ金属との反応によって起こる劣化からＮａｆｉ
ｏｎ（登録商標）膜を保護するため、第２の膜を使用す
ることができる。第２の膜は、第１の膜とカソードの間
に挿入することができる。適当な第２の膜の例としては
アクリルポリマーがある。ただし、この他の材料にも適
当なものはある。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、アクリ
ル膜およびカソードを互いに緊密に物理接触させること
が好ましい。これは、いくつかの方法で達成することが
できる。例えば、これを、アクリルポリマーの溶液、次
いでＮａｆｉｏｎ（登録商標）ポリマーの溶液を炭素カ
ソードに塗布し、この被覆カソード／膜アセンブリを乾
燥させることによって実施することができる。
リマーイオン交換膜を使用することによって、操作中に
カソードで誘発されるイミダゾリウムベースの電解液の
化学劣化を防ぐことができる。このイオン交換膜は、ア
ルカリ金属イオンは容易に通過させるが、アルカリ金属
イオンよりも高い原子価のカチオンはあまり通過させな
い材料とすることができる。適当な膜材料の例には、米
デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎのイー・アイ・デュ
ポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー社からＮａ
ｆｉｏｎ（登録商標）の商品名で販売されている過フッ
化イオン交換ポリマーなどがある。ただし、これに限定
されるわけではない。カソードの表面に形成された金属
アルカリ金属との反応によって起こる劣化からＮａｆｉ
ｏｎ（登録商標）膜を保護するため、第２の膜を使用す
ることができる。第２の膜は、第１の膜とカソードの間
に挿入することができる。適当な第２の膜の例としては
アクリルポリマーがある。ただし、この他の材料にも適
当なものはある。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、アクリ
ル膜およびカソードを互いに緊密に物理接触させること
が好ましい。これは、いくつかの方法で達成することが
できる。例えば、これを、アクリルポリマーの溶液、次
いでＮａｆｉｏｎ（登録商標）ポリマーの溶液を炭素カ
ソードに塗布し、この被覆カソード／膜アセンブリを乾
燥させることによって実施することができる。
【００２３】本発明によれば、水分を排除することが好
ましい。これは、水が電解液中のハロゲン化物と反応し
て、ハロゲン化物を加水分解するからである。水分の排
除は、ガスを通さない気密封止された電解槽を構築する
ことによって達成することができる。高度な空間効率を
達成するため、電解槽を、周知の積重ね多重平板配置に
構築すると有利である。周知の電気化学工学プラクティ
スを使用して、電解液を循環させ補充するための手段、
電解電流を提供するための手段、カソード生成物である
液体アルカリ金属およびアノード生成物である塩素ガス
を処理するための手段を設ける。電解槽は一般に、連続
モードで操作される。その低温操作のため、本発明のプ
ロセスは自動操作によく適している。
ましい。これは、水が電解液中のハロゲン化物と反応し
て、ハロゲン化物を加水分解するからである。水分の排
除は、ガスを通さない気密封止された電解槽を構築する
ことによって達成することができる。高度な空間効率を
達成するため、電解槽を、周知の積重ね多重平板配置に
構築すると有利である。周知の電気化学工学プラクティ
スを使用して、電解液を循環させ補充するための手段、
電解電流を提供するための手段、カソード生成物である
液体アルカリ金属およびアノード生成物である塩素ガス
を処理するための手段を設ける。電解槽は一般に、連続
モードで操作される。その低温操作のため、本発明のプ
ロセスは自動操作によく適している。
【００２４】完全アルキル化塩化イミダゾリウムはカソ
ード還元に対して抵抗性を有するので、これが電解液中
に存在するときには膜の代わりに多孔質隔膜を使用する
ことができ、これによって運転費を引き下げることがで
きる。隔膜は、異なるさまざまな材料から構成すること
ができる。具体的な例としては、ガラスファイバ織布、
ポリマースクリーンおよびポリマー織布がある。電解槽
の設計および構造は先に開示したものと同様である。
ード還元に対して抵抗性を有するので、これが電解液中
に存在するときには膜の代わりに多孔質隔膜を使用する
ことができ、これによって運転費を引き下げることがで
きる。隔膜は、異なるさまざまな材料から構成すること
ができる。具体的な例としては、ガラスファイバ織布、
ポリマースクリーンおよびポリマー織布がある。電解槽
の設計および構造は先に開示したものと同様である。
【００２５】本発明によれば、コエレクトロライトを、
ＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、または
その組合せとすることもできる。例えば、ＩＩＩＡ族ハ
ロゲン化物とアルカリ金属ハロゲン化物の近共晶無機塩
混合物、またはＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲ
ン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物の混合物があ
る。ＩＩＩＡ族ハロゲン化物またはＶＢ族ハロゲン化物
とアルカリ金属ハロゲン化物のモル比は、約０．０１：
１から約１００：１とすることができ、約０．１：１か
ら約１０：１であることが好ましく、約０．５：１から
約２：１であることが最も好ましい。例えば、ＮａＣｌ
／ＡｌＣｌ３／ＴａＣｌ５（モル比約２０：７０：１
０）を含む混合物を使用することができる。これらの混
合物は、先に記載したものと同様のイオン交換膜ととも
に使用することができる。これらの混合物の１つを使用
した電解槽の操作温度は、約１３０℃から１６０℃とす
ることができる。
ＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、または
その組合せとすることもできる。例えば、ＩＩＩＡ族ハ
ロゲン化物とアルカリ金属ハロゲン化物の近共晶無機塩
混合物、またはＩＩＩＡ族ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲ
ン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物の混合物があ
る。ＩＩＩＡ族ハロゲン化物またはＶＢ族ハロゲン化物
とアルカリ金属ハロゲン化物のモル比は、約０．０１：
１から約１００：１とすることができ、約０．１：１か
ら約１０：１であることが好ましく、約０．５：１から
約２：１であることが最も好ましい。例えば、ＮａＣｌ
／ＡｌＣｌ３／ＴａＣｌ５（モル比約２０：７０：１
０）を含む混合物を使用することができる。これらの混
合物は、先に記載したものと同様のイオン交換膜ととも
に使用することができる。これらの混合物の１つを使用
した電解槽の操作温度は、約１３０℃から１６０℃とす
ることができる。
【００２６】本発明によれば、アルカリ金属ハロゲン化
物の水溶液を使用しても電解を実施することができる。
すなわち、水をコエレクトロライトとすることができ
る。アルカリ金属ハロゲン化物の重量パーセント（％）
は、約１から約４０％とすることができ、約１０から約
３５％であることが好ましく、約２０から約３５％であ
ることがより好ましく、約３０％であることが最も好ま
しい。例えば、ＮａＣｌ約３０％およびＨ２Ｏ約７０％
を含む溶液を、多孔質隔膜の有無にかかわらず使用する
ことができる。
物の水溶液を使用しても電解を実施することができる。
すなわち、水をコエレクトロライトとすることができ
る。アルカリ金属ハロゲン化物の重量パーセント（％）
は、約１から約４０％とすることができ、約１０から約
３５％であることが好ましく、約２０から約３５％であ
ることがより好ましく、約３０％であることが最も好ま
しい。例えば、ＮａＣｌ約３０％およびＨ２Ｏ約７０％
を含む溶液を、多孔質隔膜の有無にかかわらず使用する
ことができる。
【００２７】水をコエレクトロライトとして使用すると
きには、カソードを、電解槽の操作で使用される内部操
作圧での水溶液の沸騰温度よりも低い融点を有する金属
合金である金属カソードから構成することができる。電
解槽を周囲大気圧で操作する場合には、金属カソード合
金の融解温度を約１０５℃未満とすることができる。適
当な金属カソードはさらに、水素ガスの発生よりもカソ
ードへのアルカリ金属の付着が優先する高い水素過電
圧、金属カソード合金中での金属アルカリ金属の溶解
度、および液体金属カソード合金の十分に高い沸騰温度
を含むことができる。合金の沸騰温度は一般に、アルカ
リ金属の沸騰温度よりも大幅に高く、電解後に、さまざ
まな蒸留法によって液体金属カソード合金からアルカリ
金属を分離することができる。本発明によれば、この合
金が、（１）約１０５℃未満の融解温度、（２）高い水
素過電圧（水銀と同程度）、（３）アルカリ金属に対す
る溶解度、（４）アルカリ金属よりも大幅に高い沸騰温
度を有することが好ましい。適当な液体金属カソード合
金の例として、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、スズ
（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、
ガリウム（Ｇａ）、タリウム（Ｔｉ）およびインジウム
（Ｉｎ）から成るグループから選択された２種以上の金
属から得られる合金を挙げることができる。電解槽の設
計、構造および操作は、先に開示したものと実質的に同
じでよい。カソードに金属合金を使用する利点は、液体
金属カソード合金の密度が電解液の密度に比べて高いた
めに、カセイアルカリ／塩素生産用の水銀電解槽の設計
に類似した水平電解槽設計を使用できる点にある。アル
カリ金属を含む液体カソード合金からのアルカリ金属の
分離は、電解槽の外部での操作で実施することができ、
これによって電解プロセスが容易になる。例えば、周囲
圧力蒸留、減圧蒸留および／または窒素またはその他の
不活性ガス化学種をキャリヤガスとして使用する不活性
キャリヤガス蒸留など、さまざまな蒸留法を使用するこ
とができる。そのはるかに低い沸騰温度（はるかに高い
蒸気圧）のため、アルカリ金属は液体合金から蒸発し、
続いてこれを凝縮し、受器中に集めることができる。
「空身（ｄｅｎｕｄｅｄ）」の液体金属カソード合金
は、電解槽のカソード区画に再循環させることができ
る。向流熱交換技法を使用して、分離段階または精製段
階のエネルギー所要量、あるいは両方の段階のエネルギ
ー所要量を最小化することができる。溶媒抽出などのそ
の他のアルカリ金属分離法も実行可能である。
きには、カソードを、電解槽の操作で使用される内部操
作圧での水溶液の沸騰温度よりも低い融点を有する金属
合金である金属カソードから構成することができる。電
解槽を周囲大気圧で操作する場合には、金属カソード合
金の融解温度を約１０５℃未満とすることができる。適
当な金属カソードはさらに、水素ガスの発生よりもカソ
ードへのアルカリ金属の付着が優先する高い水素過電
圧、金属カソード合金中での金属アルカリ金属の溶解
度、および液体金属カソード合金の十分に高い沸騰温度
を含むことができる。合金の沸騰温度は一般に、アルカ
リ金属の沸騰温度よりも大幅に高く、電解後に、さまざ
まな蒸留法によって液体金属カソード合金からアルカリ
金属を分離することができる。本発明によれば、この合
金が、（１）約１０５℃未満の融解温度、（２）高い水
素過電圧（水銀と同程度）、（３）アルカリ金属に対す
る溶解度、（４）アルカリ金属よりも大幅に高い沸騰温
度を有することが好ましい。適当な液体金属カソード合
金の例として、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、スズ
（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、
ガリウム（Ｇａ）、タリウム（Ｔｉ）およびインジウム
（Ｉｎ）から成るグループから選択された２種以上の金
属から得られる合金を挙げることができる。電解槽の設
計、構造および操作は、先に開示したものと実質的に同
じでよい。カソードに金属合金を使用する利点は、液体
金属カソード合金の密度が電解液の密度に比べて高いた
めに、カセイアルカリ／塩素生産用の水銀電解槽の設計
に類似した水平電解槽設計を使用できる点にある。アル
カリ金属を含む液体カソード合金からのアルカリ金属の
分離は、電解槽の外部での操作で実施することができ、
これによって電解プロセスが容易になる。例えば、周囲
圧力蒸留、減圧蒸留および／または窒素またはその他の
不活性ガス化学種をキャリヤガスとして使用する不活性
キャリヤガス蒸留など、さまざまな蒸留法を使用するこ
とができる。そのはるかに低い沸騰温度（はるかに高い
蒸気圧）のため、アルカリ金属は液体合金から蒸発し、
続いてこれを凝縮し、受器中に集めることができる。
「空身（ｄｅｎｕｄｅｄ）」の液体金属カソード合金
は、電解槽のカソード区画に再循環させることができ
る。向流熱交換技法を使用して、分離段階または精製段
階のエネルギー所要量、あるいは両方の段階のエネルギ
ー所要量を最小化することができる。溶媒抽出などのそ
の他のアルカリ金属分離法も実行可能である。
【００２８】本発明の別の実施形態では、液体「溶媒和
アルカリ金属」カソードを使用したアルカリ金属電解プ
ロセスが提供される。このカソードは、イオン交換膜ま
たは多孔質隔膜とともに使用することができる。電解液
は、第１の実施形態において先に開示したものと同じで
よい。液体「溶媒和アルカリ金属」カソードでは、電解
槽操作温度をアルカリ金属の融解温度（９８℃）よりも
かなり低くすることができるという利点を得ることがで
きる。
アルカリ金属」カソードを使用したアルカリ金属電解プ
ロセスが提供される。このカソードは、イオン交換膜ま
たは多孔質隔膜とともに使用することができる。電解液
は、第１の実施形態において先に開示したものと同じで
よい。液体「溶媒和アルカリ金属」カソードでは、電解
槽操作温度をアルカリ金属の融解温度（９８℃）よりも
かなり低くすることができるという利点を得ることがで
きる。
【００２９】本明細書で使用する「溶媒和アルカリ金
属」という用語は、アルカリ金属および例えばエーテ
ル、芳香属化合物などの１種または数種の有機溶媒を指
す。溶媒和アルカリ金属の一例は、重量比約２５：１５
０：５０のナトリウム／ナフタレン／エチレングリコー
ルジメチルエーテルである。アルカリ金属に対して適当
な溶媒系はその他にもいくつかある。溶媒和アルカリ金
属のアルカリ金属含量は、溶媒和アルカリ金属溶液が導
電性となるものであればどんな重量％であってもよい。
一般に、アルカリ金属含量は約５から約８０重量％とす
ることができ、約２０から約７０重量％であることが好
ましく、約１５から約６０重量％であることが最も好ま
しい。電解後、アルカリ金属が濃縮された溶媒和アルカ
リ金属溶液の一部分を別の容器に移し、そこで、アルカ
リ金属から溶媒を、例えば蒸留によって除去することが
できる。純粋なアルカリ金属は、従来の手段によってア
ルカリ金属の貯蔵および出荷にまわすことができる。
「空身」の溶媒は、電解回路の液体溶媒和アルカリ金属
カソードストリーム中に再循環させることができる。
属」という用語は、アルカリ金属および例えばエーテ
ル、芳香属化合物などの１種または数種の有機溶媒を指
す。溶媒和アルカリ金属の一例は、重量比約２５：１５
０：５０のナトリウム／ナフタレン／エチレングリコー
ルジメチルエーテルである。アルカリ金属に対して適当
な溶媒系はその他にもいくつかある。溶媒和アルカリ金
属のアルカリ金属含量は、溶媒和アルカリ金属溶液が導
電性となるものであればどんな重量％であってもよい。
一般に、アルカリ金属含量は約５から約８０重量％とす
ることができ、約２０から約７０重量％であることが好
ましく、約１５から約６０重量％であることが最も好ま
しい。電解後、アルカリ金属が濃縮された溶媒和アルカ
リ金属溶液の一部分を別の容器に移し、そこで、アルカ
リ金属から溶媒を、例えば蒸留によって除去することが
できる。純粋なアルカリ金属は、従来の手段によってア
ルカリ金属の貯蔵および出荷にまわすことができる。
「空身」の溶媒は、電解回路の液体溶媒和アルカリ金属
カソードストリーム中に再循環させることができる。
【００３０】本発明をさらに説明するため以下に実施例
を示す。これらの実施例を、本発明の範囲を過度に限定
するものと解釈してはならない。
を示す。これらの実施例を、本発明の範囲を過度に限定
するものと解釈してはならない。
【００３１】実施例１ この実施例では、塩化イミダゾリウム−塩化アルミニウ
ム−塩化ナトリウム溶融塩浴中で金属ナトリウムを調製
する手順を開示する。ナトリウムイオンの選択的還元に
は被膜カソードを使用する。
ム−塩化ナトリウム溶融塩浴中で金属ナトリウムを調製
する手順を開示する。ナトリウムイオンの選択的還元に
は被膜カソードを使用する。
【００３２】全ての化学品は受領した状態のまま使用し
た。１−エチル−３−メチル−Ｈイミダゾリウムクロリ
ド、塩化アルミニウム（９９．９９％）、ナフタレン
（９９＋％）、ポリアクリル酸（２５重量％水溶液）、
およびＮａｆｉｏｎ（登録商標）過フッ化イオン交換樹
脂（低級脂肪族アルコールと水の混合物に溶解した５重
量％溶液）は、Ａｌｄｒｉｃｈ社（米ウィスコンシン州
５３２０１ Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ）から購入した。塩化
ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび
テトラヒドロフラン（ＴＸ−０２４８４−６）は、ＥＭ
Ｓｃｉｅｎｃｅ社（米ニュージャージー州０８０２７
Ｇｉｂｂｓｔｏｗｎ）から購入した。テトラヒドロフ
ラン（ＴＨＦ）は窒素を用いて脱気し、使用前に、活性
化した４Ａモレキュラーシーブにかけて保管した。直径
１．２ｃｍのステンレス鋼３０４クーポンは、Ｍｅｔａ
ｌ Ｓａｍｐｌｅｓ社（米アラバマ州３６２６８ Ｍｕ
ｎｆｏｒｄ）から入手した。
た。１−エチル−３−メチル−Ｈイミダゾリウムクロリ
ド、塩化アルミニウム（９９．９９％）、ナフタレン
（９９＋％）、ポリアクリル酸（２５重量％水溶液）、
およびＮａｆｉｏｎ（登録商標）過フッ化イオン交換樹
脂（低級脂肪族アルコールと水の混合物に溶解した５重
量％溶液）は、Ａｌｄｒｉｃｈ社（米ウィスコンシン州
５３２０１ Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ）から購入した。塩化
ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび
テトラヒドロフラン（ＴＸ−０２４８４−６）は、ＥＭ
Ｓｃｉｅｎｃｅ社（米ニュージャージー州０８０２７
Ｇｉｂｂｓｔｏｗｎ）から購入した。テトラヒドロフ
ラン（ＴＨＦ）は窒素を用いて脱気し、使用前に、活性
化した４Ａモレキュラーシーブにかけて保管した。直径
１．２ｃｍのステンレス鋼３０４クーポンは、Ｍｅｔａ
ｌ Ｓａｍｐｌｅｓ社（米アラバマ州３６２６８ Ｍｕ
ｎｆｏｒｄ）から入手した。
【００３３】電気装置：Ｂｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ
Ｓｙｓｔｅｍ社（米インディアナ州４７９０６−１３８
２ Ｗｅｓｔ Ｌａｆａｙｅｔｔｅ）のＣＶ−２７ポテ
ンシオスタットを使用した。電極および溶融塩浴の保持
には、Ｅｌｅｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社（米ニュー
ヨーク州０８５４０ Ｅ．ａｍｈｅｒｓｔ）のＣ−２０
０ Ｈ型電解槽を使用した。ＥＧ＆−Ｇ Ｐｒｉｎｃｅ
ｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（ニュー
ジャージー州０８５４０ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ）のフラ
ットサンプルホルダをカソードとして使用した。Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社の１０ｃｍ２白金フラグ
電極をアノードとして使用し、１０ｃｍ ２白金箔を持た
ない同じ電極を擬似参照電極として使用した。
Ｓｙｓｔｅｍ社（米インディアナ州４７９０６−１３８
２ Ｗｅｓｔ Ｌａｆａｙｅｔｔｅ）のＣＶ−２７ポテ
ンシオスタットを使用した。電極および溶融塩浴の保持
には、Ｅｌｅｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社（米ニュー
ヨーク州０８５４０ Ｅ．ａｍｈｅｒｓｔ）のＣ−２０
０ Ｈ型電解槽を使用した。ＥＧ＆−Ｇ Ｐｒｉｎｃｅ
ｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（ニュー
ジャージー州０８５４０ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ）のフラ
ットサンプルホルダをカソードとして使用した。Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社の１０ｃｍ２白金フラグ
電極をアノードとして使用し、１０ｃｍ ２白金箔を持た
ない同じ電極を擬似参照電極として使用した。
【００３４】膜の調製：１．２×１．２ｃｍの炭素フェ
ルト片（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社のＧＦ−
Ｓ２）を、１Ｎ ＮａＯＨ１０ｍｌおよび粉砕したＮａ
ＯＨ０．５ｇをポリアクリル酸溶液１０ｍｌに追加する
ことによってナトリウム型に転化させたポリアクリル酸
溶液で２回処理した。この炭素フェルトは、処理と処理
の間に空気乾燥し、処理後にも一晩空気乾燥した。その
結果得られた炭素フェルト誘導体の片面に、ＮａＯＨ
０．０２ｇを前述のＮａｆｉｏｎ（登録商標）樹脂２ｍ
ｌに追加することによってナトリウム型に転化させたＮ
ａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を塗布した。この炭素フェ
ルトを空気乾燥し、その後１６０℃で１分間加熱した。
次いでこの膜をＳＳ３０４クーポンのサイズにカット
し、真空条件下で一晩乾燥させた。
ルト片（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ社のＧＦ−
Ｓ２）を、１Ｎ ＮａＯＨ１０ｍｌおよび粉砕したＮａ
ＯＨ０．５ｇをポリアクリル酸溶液１０ｍｌに追加する
ことによってナトリウム型に転化させたポリアクリル酸
溶液で２回処理した。この炭素フェルトは、処理と処理
の間に空気乾燥し、処理後にも一晩空気乾燥した。その
結果得られた炭素フェルト誘導体の片面に、ＮａＯＨ
０．０２ｇを前述のＮａｆｉｏｎ（登録商標）樹脂２ｍ
ｌに追加することによってナトリウム型に転化させたＮ
ａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を塗布した。この炭素フェ
ルトを空気乾燥し、その後１６０℃で１分間加熱した。
次いでこの膜をＳＳ３０４クーポンのサイズにカット
し、真空条件下で一晩乾燥させた。
【００３５】溶融塩の調製：全ての操作は、窒素ガス条
件下のＶａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅドライボッ
クス中で実施した。モル比１：２：１の１−エチル−３
−メチル−１Ｈ−イミダゾリウムクロリド、塩化アルミ
ニウムおよび塩化ナトリウムを含む溶融塩浴を、Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１４３，２２６２−２２６６
（１９９６）に開示の文献手順に従って調製した。ま
ず、イミダゾリウム塩と塩化アルミニウムを混合して酸
性浴とし、次いで、これに塩化ナトリウムを追加して中
和した。この３元浴を、一晩（約１６時間）混合してか
ら使用した。
件下のＶａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅドライボッ
クス中で実施した。モル比１：２：１の１−エチル−３
−メチル−１Ｈ−イミダゾリウムクロリド、塩化アルミ
ニウムおよび塩化ナトリウムを含む溶融塩浴を、Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１４３，２２６２−２２６６
（１９９６）に開示の文献手順に従って調製した。ま
ず、イミダゾリウム塩と塩化アルミニウムを混合して酸
性浴とし、次いで、これに塩化ナトリウムを追加して中
和した。この３元浴を、一晩（約１６時間）混合してか
ら使用した。
【００３６】電解は、窒素ガス条件下のＶａｃｕｕｍ
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅドライボックス中で実施した。Ｈ
型電解槽を加熱マントルに入れ、約２．５インチ（６．
３５ｃｍ）の深さまで砂に埋めた。砂浴温度は、電解の
間中１００〜１２０℃に維持した。電解槽の中に溶融塩
を、フラットセルホルダを電解槽に入れたときに、電解
槽のチャンバを接続するフリットが溶融塩で覆われる高
さまで加えた。溶融塩浴中のイミダゾリウム塩：塩化ア
ルミニウム：塩化ナトリウムのモル比を１：２：１に維
持するため、電解開始前に固体塩化ナトリウムを浴に加
えた。
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅドライボックス中で実施した。Ｈ
型電解槽を加熱マントルに入れ、約２．５インチ（６．
３５ｃｍ）の深さまで砂に埋めた。砂浴温度は、電解の
間中１００〜１２０℃に維持した。電解槽の中に溶融塩
を、フラットセルホルダを電解槽に入れたときに、電解
槽のチャンバを接続するフリットが溶融塩で覆われる高
さまで加えた。溶融塩浴中のイミダゾリウム塩：塩化ア
ルミニウム：塩化ナトリウムのモル比を１：２：１に維
持するため、電解開始前に固体塩化ナトリウムを浴に加
えた。
【００３７】カソードは、フラットセルホルダ内に以下
の方法で組み付けた。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）のワッ
シャをＴｅｆｚｅｌ（登録商標）−２８０試料ホルダの
中に入れた。次に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーテ
ィングした面をホルダの外側に向けて膜を追加した。次
に、ＳＳ３０４クーポンをホルダに入れた。Ｏリングを
有するサンプルホルダプラグおよびサンプルホルダキャ
ップを所定の位置に取り付けた。電極取付棒および作用
電極ホルダを取り付け、このアセンブリをＣ−２００
Ｈ型電解槽に追加できるようにした。コーティングされ
た炭素フェルトの表面１ｃｍ２を電解液と接触させた。
の方法で組み付けた。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）のワッ
シャをＴｅｆｚｅｌ（登録商標）−２８０試料ホルダの
中に入れた。次に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーテ
ィングした面をホルダの外側に向けて膜を追加した。次
に、ＳＳ３０４クーポンをホルダに入れた。Ｏリングを
有するサンプルホルダプラグおよびサンプルホルダキャ
ップを所定の位置に取り付けた。電極取付棒および作用
電極ホルダを取り付け、このアセンブリをＣ−２００
Ｈ型電解槽に追加できるようにした。コーティングされ
た炭素フェルトの表面１ｃｍ２を電解液と接触させた。
【００３８】白金フラグ電極を電解液中に下げた。この
チャンバを、窒素を用いて、メタノールＫＯＨ溶液中に
フラッシングし、ナトリウム付着反応中に発生した塩化
物を洗浄した。
チャンバを、窒素を用いて、メタノールＫＯＨ溶液中に
フラッシングし、ナトリウム付着反応中に発生した塩化
物を洗浄した。
【００３９】−１．９５Ｖから−２．１５Ｖの電位（対
白金ワイヤ電極）を２日間にわたって合計１５時間、印
加した。印加電位、電流および浴温を表１に示す。開始
から１０時間後、印加電位を中断し、浴温を９６℃まで
下げた。電解を再開すると電流はゆっくりと上昇した。
白金ワイヤ電極）を２日間にわたって合計１５時間、印
加した。印加電位、電流および浴温を表１に示す。開始
から１０時間後、印加電位を中断し、浴温を９６℃まで
下げた。電解を再開すると電流はゆっくりと上昇した。
【００４０】ナトリウムの形成は以下の方法で証明し
た。１５時間の電解の後、フラットセルホルダから膜を
取り外し、ＴＨＦで簡単に洗浄して、溶融塩を除去し
た。互いに接着した炭素フェルトおよびＳＳ３０４クー
ポンを、ＴＨＦに溶解した０．１Ｍナフタレン溶液約５
ｍｌの中に入れた。ナトリウムナフタリドを指示する緑
色は、観察されなかった。膜を除去してから水約５ｍｌ
を加えた。膜の中にナトリウムが形成されたことを示唆
する活発なガスの発生が観察された。ナフタレンは膜を
通過することができないが、水は両方の層を通って容易
に移送される。ナトリウムは水と活発に反応して、水酸
化ナトリウムおよび水素ガスを生じる（Ｆ．Ａ．Ｃｏｔ
ｔｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ，「Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ」，４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ
ａｎｄ Ｓｏｎｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８０；ｐ
ｐ．２５７−２５８）。
た。１５時間の電解の後、フラットセルホルダから膜を
取り外し、ＴＨＦで簡単に洗浄して、溶融塩を除去し
た。互いに接着した炭素フェルトおよびＳＳ３０４クー
ポンを、ＴＨＦに溶解した０．１Ｍナフタレン溶液約５
ｍｌの中に入れた。ナトリウムナフタリドを指示する緑
色は、観察されなかった。膜を除去してから水約５ｍｌ
を加えた。膜の中にナトリウムが形成されたことを示唆
する活発なガスの発生が観察された。ナフタレンは膜を
通過することができないが、水は両方の層を通って容易
に移送される。ナトリウムは水と活発に反応して、水酸
化ナトリウムおよび水素ガスを生じる（Ｆ．Ａ．Ｃｏｔ
ｔｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ，「Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ」，４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ
ａｎｄ Ｓｏｎｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８０；ｐ
ｐ．２５７−２５８）。
【００４１】
【表１】
【００４２】実施例２ この実施例は、低融点合金カソードを使用した電解によ
って高濃度塩化ナトリウム水溶液からナトリウム金属を
調製する手順を示す。全ての化学品は、Ａｌｄｒｉｃｈ
社（米ウィスコンシン州５３２０１ Ｍｉｌｗａｕｋｅ
ｅ）から購入した。
って高濃度塩化ナトリウム水溶液からナトリウム金属を
調製する手順を示す。全ての化学品は、Ａｌｄｒｉｃｈ
社（米ウィスコンシン州５３２０１ Ｍｉｌｗａｕｋｅ
ｅ）から購入した。
【００４３】空気および水分を排除するため、全てのプ
ロセスおよび反応は乾燥アルゴン条件下で実施した。塩
化ナトリウムを高純度の水に溶解して、室温における飽
和塩溶液を作成した。これは、高温で過剰の塩化ナトリ
ウムを加え、この溶液を冷却し、上澄みをデカンテーシ
ョンによって取り出すことによって実施した。
ロセスおよび反応は乾燥アルゴン条件下で実施した。塩
化ナトリウムを高純度の水に溶解して、室温における飽
和塩溶液を作成した。これは、高温で過剰の塩化ナトリ
ウムを加え、この溶液を冷却し、上澄みをデカンテーシ
ョンによって取り出すことによって実施した。
【００４４】以下の割合の原料成分を組み合わて攪拌融
解物とすることによって、低温液体金属カソード合金を
作成した：ビスマス（４８重量％）、鉛（２３重量
％）、スズ（１８重量％）およびインジウム（１１重量
％）。この合金は、概ね８０℃から８５℃の間に第１ア
レストを有し、〜７３℃の凝固点を有する。
解物とすることによって、低温液体金属カソード合金を
作成した：ビスマス（４８重量％）、鉛（２３重量
％）、スズ（１８重量％）およびインジウム（１１重量
％）。この合金は、概ね８０℃から８５℃の間に第１ア
レストを有し、〜７３℃の凝固点を有する。
【００４５】この電解は、一般に知られた設計の装置で
あるＨ型電解槽に、合金および電解槽を加熱し、その温
度を維持し、乾燥アルゴンスイープで不活性化する手段
を追加して変更した電解槽中で実施した。電気接続とそ
の底部で連絡したカソードの脚部には約３インチの液体
金属カソードを置き、その上面に数インチの飽和塩化ナ
トリウムを入れた。塩化ナトリウム溶液は、ガラスファ
イバ隔膜を介してアノード区画と連絡させた。電解槽の
電極間隔は４インチ（約１０．１６ｃｍ）とした。液体
金属カソードおよびカソード区画の温度は、運転中８５
℃から９６℃に維持した。Ｈ型電解槽電極に、Ｈｅｗｌ
ｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ社の調整電源からＤＣ電流を供
給した。
あるＨ型電解槽に、合金および電解槽を加熱し、その温
度を維持し、乾燥アルゴンスイープで不活性化する手段
を追加して変更した電解槽中で実施した。電気接続とそ
の底部で連絡したカソードの脚部には約３インチの液体
金属カソードを置き、その上面に数インチの飽和塩化ナ
トリウムを入れた。塩化ナトリウム溶液は、ガラスファ
イバ隔膜を介してアノード区画と連絡させた。電解槽の
電極間隔は４インチ（約１０．１６ｃｍ）とした。液体
金属カソードおよびカソード区画の温度は、運転中８５
℃から９６℃に維持した。Ｈ型電解槽電極に、Ｈｅｗｌ
ｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ社の調整電源からＤＣ電流を供
給した。
【００４６】電解槽温度が安定したときに電極電圧の印
加を開始した。電圧は、１時間かけて５ボルトまで上
げ、次いでさらに３．５時間、５ボルトに保った。電解
液中の塩化ナトリウム濃度を維持するため、電解の間、
定期的に、塩化ナトリウム電解液数ｍｌをアノード区画
から抜き取り、同じ量の新鮮な飽和温塩化ナトリウム水
溶液をカソード区画の水相に加えた。３．５時間経過時
に、電極電流をオンにしたまま、合金／塩水溶液界面か
ら約１ １／４インチのところから開始して４「カッ
ト」の液体金属合金をカソード区画から取り出した。そ
れぞれのカットを引き抜くと、次のカットが合金／塩水
溶液界面に近づいた。これらのカットは、冷却した純粋
な乾燥鉱油に滴下することによって集め、この固体合金
を、ＩＣＰ／ＡＥＳ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｈａ
ｒｇｅｄ ｐｌａｓｍａ／ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ）によって分析した。この分析に
よれば、金属ナトリウムが形成され、液体金属合金中に
含まれていた。
加を開始した。電圧は、１時間かけて５ボルトまで上
げ、次いでさらに３．５時間、５ボルトに保った。電解
液中の塩化ナトリウム濃度を維持するため、電解の間、
定期的に、塩化ナトリウム電解液数ｍｌをアノード区画
から抜き取り、同じ量の新鮮な飽和温塩化ナトリウム水
溶液をカソード区画の水相に加えた。３．５時間経過時
に、電極電流をオンにしたまま、合金／塩水溶液界面か
ら約１ １／４インチのところから開始して４「カッ
ト」の液体金属合金をカソード区画から取り出した。そ
れぞれのカットを引き抜くと、次のカットが合金／塩水
溶液界面に近づいた。これらのカットは、冷却した純粋
な乾燥鉱油に滴下することによって集め、この固体合金
を、ＩＣＰ／ＡＥＳ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｈａ
ｒｇｅｄ ｐｌａｓｍａ／ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ）によって分析した。この分析に
よれば、金属ナトリウムが形成され、液体金属合金中に
含まれていた。
【００４７】 液体金属カソードブランク、ナトリウム２３ｐｐｍ カット１ ナトリウム１９ｐｐｍ 合金／水溶液界面か
ら最も遠い。 カット２ ナトリウム３２ｐｐｍ カット３ ナトリウム７５ｐｐｍ カット４ ナトリウム２００ｐｐｍ 合金／水溶液界面
に最も近い。
ら最も遠い。 カット２ ナトリウム３２ｐｐｍ カット３ ナトリウム７５ｐｐｍ カット４ ナトリウム２００ｐｐｍ 合金／水溶液界面
に最も近い。
【００４８】液体金属合金からナトリウム金属を周知の
蒸留技術によって精製することができ、継続使用のた
め、空身の液体金属合金を電解槽のカソード区画に戻す
ことができる。
蒸留技術によって精製することができ、継続使用のた
め、空身の液体金属合金を電解槽のカソード区画に戻す
ことができる。
【００４９】実施例３ この実施例は、低融点合金カソードを使用した電解によ
る高濃度塩化リチウム水溶液からのリチウム金属の調製
を示す。
る高濃度塩化リチウム水溶液からのリチウム金属の調製
を示す。
【００５０】全てのプロセスおよび反応は、実施例２で
説明したのと同じように実施したが、（１）高濃度塩化
リチウム（２８．３重量％）を電解液として使用し、
（２）液体金属カソードおよびカソード区画の温度を９
０℃から９７℃に維持し、（３）５ボルトでの実行時間
を３．５時間ではなく４．８時間とし、（４）４．８時
間経過時に電極電流をオンにしたまま、カソード区画か
ら１２「カット」の液体金属合金を取り出した点が異な
る。
説明したのと同じように実施したが、（１）高濃度塩化
リチウム（２８．３重量％）を電解液として使用し、
（２）液体金属カソードおよびカソード区画の温度を９
０℃から９７℃に維持し、（３）５ボルトでの実行時間
を３．５時間ではなく４．８時間とし、（４）４．８時
間経過時に電極電流をオンにしたまま、カソード区画か
ら１２「カット」の液体金属合金を取り出した点が異な
る。
【００５１】 液体金属カソードブランク、リチウム５ｐｐｍ未満 カット１ リチウム５ｐｐｍ未満 合金／水溶液界面か
ら最も遠い。 カット２から１１ リチウム５ｐｐｍ未満 カット１２ リチウム１６ｐｐｍ 合金／水溶液界面に
最も近い。
ら最も遠い。 カット２から１１ リチウム５ｐｐｍ未満 カット１２ リチウム１６ｐｐｍ 合金／水溶液界面に
最も近い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード エム． ブランク アメリカ合衆国 19810 デラウェア州 ウィルミントン マークリン ドライブ 2701 (72)発明者 ウォルター ジョン シモンズ アメリカ合衆国 25401 ウェストバージ ニア州 マーチンズバーグ スクラブル ロード 451 (72)発明者 オズワルド ロバート バーグマン アメリカ合衆国 19803 デラウェア州 ウィルミントン バーンレイ ロード 715
Claims (10)
- 【請求項１】 アルカリ金属を生産する方法であって、
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択で１種ま
たは数種のＩＢ族ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＶＩＩＩハロゲン化物、あるいは（２）ＩＩＩＡ族
ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ族
ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せ、あるいは
（３）水であるコエレクトロライトの存在下で、アルカ
リ金属ハロゲン化物を電解する段階を含むことを特徴と
する方法。 - 【請求項２】 前記窒素またはリン化合物が、イミダゾ
リウム塩、Ｎ−アルキルピリジニウム塩、テトラアルキ
ルアンモニウム塩およびテトラアルキルホスホニウム塩
から成るグループから選択された１種または数種の化合
物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記窒素またはリン化合物が、１−エチ
ル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−プロピル
−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブチル−
２，３−ジメチル−１Ｈ−イミダゾリウム、１−ブチル
−２，３，４，５−テトラメチルイミダゾリウム、１，
２，３，４，５−ペンタメチルイミダゾリウム、１−メ
チルピリジニウム、環上の非窒素位置にアルキル基を有
するピリジン誘導体、テトラメチルアンモニウム、テト
ラメチルホスホニウムから成るグループから選択された
１種または数種の化合物であり、前記ＩＢ族ハロゲン化
物が、ハロゲン化銅、ハロゲン化銀またはハロゲン化金
であり、前記ＩＩＩＡ族ハロゲン化物が、ハロゲン化ア
ルミニウム、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化ガリウム、
ハロゲン化インジウムまたはハロゲン化タリウムであ
り、前記ＶＩＩＩ族ハロゲン化物が、ハロゲン化鉄、ハ
ロゲン化コバルトまたはハロゲン化ニッケルであること
を特徴とする請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記コエレクトロライトが塩化アルミニ
ウムおよび完全アルキル化塩化イミダゾリウムを含む場
合には、イオン交換膜または隔膜を含む電解槽中で実施
され、前記コエレクトロライトが塩化アルミニウムおよ
び１−エチル−３−メチル−１Ｈ−イミダゾリウムクロ
リドを含む場合には、イオン交換膜を含む電解槽中で実
施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項５】 前記コエレクトロライトが水であり、カ
ソードが、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ
およびＣｄから成るグループから選択された２種以上の
液体低融点合金から成る電解槽中で、アルカリ金属を生
産するために実施されることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項６】 電解方法であって、（１）液体アルカリ
金属、または（２）ビスマス、鉛、スズ、アンチモン、
インジウム、ガリウム、タリウムおよびカドミウムから
成るグループから選択された２種以上の金属の合金、ま
たは（３）導電性液体溶媒和アルカリ金属を含むカソー
ドを使用して前記方法を実施する段階を含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項７】 前記アルカリ金属がナトリウム、カリウ
ムまたはリチウムであることを特徴とする請求項１から
６のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項８】 ３００℃未満の温度で実施されることを
特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項９】 前記アルカリ金属がナトリウムまたはリ
チウムであり、前記アルカリ金属１ｋｇあたり４００ｍ
ｇ未満の不純物を有する前記アルカリ金属が生産される
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項１０】 アルカリ金属ハロゲン化物、ならびに
（１）窒素またはリン化合物、および任意選択で１種ま
たは数種のＩＢ族ハロゲン化物、ＩＩＩＡ族ハロゲン化
物、ＶＩＩＩハロゲン化物、あるいは（２）ＩＩＩＡ族
ハロゲン化物、ＶＢ族ハロゲン化物、またはＩＩＩＡ族
ハロゲン化物とＶＢ族ハロゲン化物の組合せを含むこと
を特徴とする電解液組成物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/536,424 US6368486B1 (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Low temperature alkali metal electrolysis |
| US09/536424 | 2000-03-28 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011088407A Division JP5538290B2 (ja) | 2000-03-28 | 2011-04-12 | 低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001303286A true JP2001303286A (ja) | 2001-10-31 |
| JP4834237B2 JP4834237B2 (ja) | 2011-12-14 |
Family
ID=24138438
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001090971A Expired - Fee Related JP4834237B2 (ja) | 2000-03-28 | 2001-03-27 | 低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物 |
| JP2011088407A Expired - Fee Related JP5538290B2 (ja) | 2000-03-28 | 2011-04-12 | 低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011088407A Expired - Fee Related JP5538290B2 (ja) | 2000-03-28 | 2011-04-12 | 低温電解プロセスによるアルカリ金属の製法および電解液組成物 |
Country Status (5)
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|---|---|
| US (3) | US6368486B1 (ja) |
| JP (2) | JP4834237B2 (ja) |
| CN (2) | CN100595338C (ja) |
| FR (2) | FR2807072B1 (ja) |
| HK (1) | HK1100853A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013531738A (ja) * | 2010-06-30 | 2013-08-08 | シー アメンドラ スティーヴン | リチウム金属の電解生成 |
Families Citing this family (75)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19940069A1 (de) * | 1999-08-24 | 2001-03-08 | Basf Ag | Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines Alkalimetalls aus wäßriger Lösung |
| US6368486B1 (en) * | 2000-03-28 | 2002-04-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Low temperature alkali metal electrolysis |
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