JP2001508130A - 金属抽出法及び装置、並びにそれに関連するセンサー装置 - Google Patents
金属抽出法及び装置、並びにそれに関連するセンサー装置Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 溶融電解質から金属を抽出する方法において、 高い移動度を有する必要のない金属抽出用の被還元金属種である移動性金属種 及び0.001(Ω−cm)-1よりも大きいイオン伝導度を有する陰イオン種を 含む溶融電解質と電気的接触状態にある陰極を準備し、 イオン膜によって陰極及び溶融電解質から分離された陽極を準備し、そして 陰極と陽極との間で電位を発生させ、これによって、溶融電解質中の金属種を 陰極において還元し、電解質中の陰イオン種をイオン膜を横切って輸送し、陰イ オン種を陽極で酸化し、そして 還元された金属種を収集する、 ことからなる溶融電解質からの金属抽出法。 2. 還元しようとする金属種が輸送数によって測定して0.9未満の移動度 を有する請求項1記載の方法。 3. イオン伝導度が0.1(Ω−cm)-1よりも大きい請求項1記載の方法 。 4. 溶融電解質を金属抽出の前に分析してその組成及び電解質中のイオンの 輸送特性を測定し、 測定された組成及び輸送特性を基にして電解質の特性を調整して、必要に応じ て陰イオン拡散率及びイオン移動度を向上させる、 ことを更に含む請求項1記載の方法。 5. 電位が、単一の金属種を選択的に還元するように選択される請求項1記 載の方法。 6. 電位が、2種又はそれ以上の金属種を選択的に還元するように選択され る請求項1記載の方法。 7. 物質輸送制限が、大きい陰極−溶融金属電解質接触面積を提供するため の大きい表面積を有する陰極を使用することによって最小限にされる請求項1記 載の方法。 8. 溶融電解質を撹拌することを更に含む請求項1記載の方法。 9. 溶融電解質が塩基性酸化物を含む請求項1記載の方法。 10. 金属抽出プロセスが、陰極において抽出金属の樹枝状結晶成長を形成 するように抽出金属の融点よりも低い温度で操作される請求項1記載の方法。 11. 溶融電解質が約400℃よりも高い温度にある請求項1記載の方法。 12. 溶融電解質が約1000℃〜約1600℃の範囲内の温度にある請求 項1記載の方法。 13. イオン膜が操作条件下に主としてイオン伝導性の特性を有する請求項 1記載の方法。 14. イオン膜が実質上非孔質である請求項1記載の方法。 15. イオン膜が液体電解質からなる請求項1記載の方法。 16. イオン膜が、溶融電解質と接触している第一膜、及び陽極への電子伝 導を抑制するための手段を含む請求項1記載の方法。 17. 陽極への電子伝導を抑制するための手段が、第一膜に隣接する第二膜 であって、実質上イオン伝導特性のみを有するものからなる請求項16記載の方 法。 18. 固体イオン膜が、溶融電解質を保持するための容器の少なくとも一部 分を構成する請求項1記載の方法。 19. 容器が固体イオン膜から構成される請求項18記載の方法。 20. 陽極においてガス状反応体生成物を除去することを更に含む請求項1 記載の方法。 21. 溶融電解質を金属抽出の前に分析してその組成及び電解質中のイオン の輸送特性を測定する工程が、 溶融電解質−陰極界面において電位の測定を可能にするために陰極及び溶融電 解質の両方と電気的接触状態にある第一参照電極を準備し、 膜−基準ガス界面における電位を表わす参照電極として働かせることを可能に するためにイオン膜及び基準ガスと電気的接触状態に配置された第二参照電極を 準備し、そして 第一及び第二参照電極間で電位を測定する、 を含む請求項4記載の方法。 22. 電解質中の金属種が、遷移金属、主族の金属、希土類元素、アルカリ 金属及びアルカリ土類元素よりなる群から選択される請求項1記載の方法。 23. 電解質が、MeX(ここで、Meは、金(Au)、銀(Ag)、ニッ ケル(Ni)、カドミウム(Cd)、コバルト(Co)、タングステン(W)、 錫(Sn)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、銅(Cu)、 鉛(Pb)、鉄(Fe)、モリブデン(Mo)、珪素(Si)、マグネシウム( Mg)、マンガン(Mn)、硼素(B)及びチタン(Ti)よりなる群から選択 される1種以上の金属種であり、そしてXは、酸化物、硫化物、ハロゲン化物及 びそれらの混合物よりなる群から選択される陰イオン性種である)を含む請求項 1記載の方法。 24. 溶融電解質が金属酸化物スラグを含む請求項1記載の方法。 25. 陰極が不活性金属及びプラズマアーク電極よりなる群から選択される 請求項1記載の方法。 26. 金属抽出プロセスが複数の電解セルで実施され、各セルが陰極及び陽 極を含み、そして各陰極及び陽極が独立して電位を適用することができる請求項 1記載の方法。 27. 金属抽出プロセスで複数の陰極が使用される請求項1記載の方法。 28. 金属種の組成及び輸送特性を測定する方法において、 陰極と陽極との間で電位を発生させ、ここで、溶融電解質と電気的接触にある 陰極が測定されるべき金属種を含み、陰極及び溶融電解質が金属種と結合した陰 イオンを輸送することができるイオン膜によって陽極から分離され、これによっ て電流が発生されるようにし、そして 得られる電流−電位プロファイルを、陰極−電解質界面及びイオン膜−基準ガ ス界面において参照電極を利用して監視する、 ことを含む測定法。 29. 参照電極が、溶融電解質−陰極界面で電位の測定を可能にするために 陰極及び溶融電解質の両方と電気的接触状態にある第一参照電極と、膜−基準ガ ス界面における電位を表わす参照電極として働かせるのを可能にするためにイオ ン膜及び基準ガスと電気的接触状態に配置された第二参照電極とを含む請求項2 8記載の方法。 30. 発生した電位が、溶融金属電解質中の金属種をその対応する金属に電 解還元させる請求項28記載の方法。 31. 発生した電位が、単一の金属種を選択的に電解還元させる請求項28 記載の方法。 32. 発生した電位が、複数の金属種を同時に電解還元させる請求項28記 載の方法。 33. 固体電解質膜に隣接した第二イオン膜を更に含む請求項28記載の方 法。 34. 陽極がイオン膜と接触している請求項28記載の方法。 35. 受け手段において電気入カシグナルを受け取り、そして 溶融電解質の組成及び輸送特性の特有の出力シグナル特性を伝送する、ことを 更に含む請求項28記載の方法。 36. 発生した電位が電位スイープからなる請求項28記載の方法。 37. 発生した電位がステップ電位からなる請求項28記載の方法。 38. 適用した電位から生じる電流を測定することを更に含む請求項28記 載の方法。 39. 溶融電解質からの金属抽出装置において、 高い移動度を有する必要のない金属抽出用の被還元金属種である移動性金属種 及び0.001(Ω−cm)-1よりも大きいイオン伝導度を有する陰イオン種を 含む溶融電解質を保持するための容器、 陰極及び陽極、ここで、陰極は溶融電解質と電気的に接触しており、陰極及び 溶融金属電解質は電解質中の陰イオン種を輸送するイオン膜によって陽極から分 離されており、及び 陰極と陽極との間で電位を発生させるための電源、 を含む金属抽出装置。 40. 金属種の組成及び輸送特性の測定装置において、 金属含量、酸化状態及び輸送特性を測定しようとする溶融電解質を受け入れる ための容器、 陰極及び陽極、ここで、陰極は溶融電解質と電気的接触しており、陰極及び溶 融電解質は、電解質中の金属陽イオンと結合した陰イオン種を輸送することがで きる固体電解質イオン膜によって陽極から分離され、そして陽極は固体電イオン 膜及び基準ガスと接触しており、 膜−基準ガス界面における電位を表わす参照電極として働くことができるよう に固体膜及び基準ガスと電気的接触状態に配置された第一参照電極、 電解質−陰極界面において電位を測定することができるように陰極及び溶融電 解質と電気的接触状態に配置された第二参照電極、 陰極と陽極との間で電位を発生させるための電源、及び 第一参照電極と第二参照電極との間で電位を測定するための手段、 を含む測定装置。 41. イオン膜が、溶融金属電解質と接触状態にある第一膜、及び陽極への 電子伝導を抑制するための手段を含む請求項39記載の装置。 42. 陽極への電子伝導を抑制するための手段が、第一膜に隣接する第二膜 であって、実質上イオン伝導特性のみを有するものからなる請求項39記載の装 置。 43. 陰極が大きい陰極−溶融金属電解質接触面積を提供するための大きい 表面積を有する請求項39記載の装置。 44. 溶融電解質内で物質輸送を向上させるための撹拌手段を更に含む請求 項39記載の装置。 45. 溶融電解質が塩基性酸化物を含む請求項39記載の装置。 46. 溶融電解質が、陰極において抽出金属の樹枝状結晶成長を行うように 抽出金属の融点よりも低い温度にある請求項39記載の装置。 47. 溶融電解質が約400℃よりも高い温度にある請求項39記載の装置 。 48. 溶融電解質が約1000℃〜約1600℃の範囲内の温度にある請求 項39記載の装置。 49. イオン膜が操作条件下に主としてイオン伝導性の特性を有する請求項 39記載の装置。 50. イオン膜が固体電解質からなる請求項39又は40記載の装置。 51. 固体電解質が安定化ジルコニア(SZ)、弗化カルシウム及び硫化カ ルシウムよりなる群から選択される請求項30又は40記載の装置。 52. イオン膜が液体電解質からなる請求項39記載の装置。 53. 液体イオン膜が、CaAlSiFeOx(ここで、xは、溶融金属酸 化物に高い酸素伝導度及び0.1未満の電子輸送数に相当する電子伝導度を提供 するように選択される)からなる請求項52記載の装置。 54. 溶融金属電解質を保持するための容器の少なくとも一部分が固体イオ ン膜から構成される請求項39又は40記載の装置。 55. 容器が固体イオン膜から構成される請求項39又は40記載の装置。 56. 溶融電解質−陰極界面において電位の測定を可能にするために陰極及 び溶融電解質の両方と電気的接触状態にある第一対照電極、 膜−基準ガス界面における電位を表わす参照電極として働かせることを可能に するためにイオン膜及び基準ガスと電気的接触状態に配置された第二参照電極、 及び 第一及び第二参照電極間で電位を測定するための手段、 を更に含む請求項39又は40記載の装置。 57. 電解質中の金属種が、遷移金属、主族の金属、希土類元素、アルカリ 金属及びアルカリ土類元素よりなる群から選択される請求項39又は40記載の 装置。 58. 電解質が、MeX(ここで、Meは、金(Au)、銀(Ag)、ニッ ケル(Ni)、カドミウム(Cd)、コバルト(Co)、タングステン(W)、 錫(Sn)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、銅(Cu)、 鉛(Pb)、鉄(Fe)、モリブデン(Mo)、珪素(Si)、マグネシウム( Mg)、マンガン(Mn)、硼素(B)及びチタン(Ti)よりなる群から選択 される1種以上の金属種であり、そしてXは、酸化物、硫化物、ハロゲン化物及 びそれらの混合物よりなる群から選択される陰イオン性種である)を含む請求項 39又は40記載の装置。 59. 溶融電解質が金属酸化物スラグを含む請求項39又は40記載の装置 。 60. 電源が、溶融電解質中の金属種をその対応する金属に電解還元するよ うに選択される電位を適用することができる請求項39又は40記載の装置。 61. 電位が、複数の金属種を同時に電解還元させるように選択される請求 項60記載の装置。 62. 陰極が不活性金属及びプラズマアーク電極よりなる群から選択される 請求項39記載の装置。 63. 容器に複数の陰極及び陽極が備えられ、そしてその各々が独立して電 位を適用することができる請求項39記載の装置。 64. 容器が複数の陰極を含む請求項39又は40記載の装置。 65. 電気入力シグナルを受け取りそして溶融電解質の組成及び輸送特性に 特有の出力シグナルを伝達するように適応された手段を更に含む請求項40記載 の装置。 66. 電源が電位スイープを適用する請求項40記載の装置。 67. 電源がステップ電位を適用する請求項40記載の装置。 68. 電流測定手段を更に含む請求項40記載の装置。 69. 電解セルで使用するための複合イオン膜において、 実質的なイオン伝導度を有する第一イオン膜、及び 第一イオン膜と接触する第二イオン膜であって、複合膜を通る電子伝導を抑制 するもの、 を含む複合イオン膜。
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