JP2007509232A - Electrochemical reduction of metal oxides - Google Patents

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ラトチェフ、イヴァン
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ビーエイチピー ビリトン イノベーション プロプライアタリー リミテッド
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Abstract

電解セルの中で固体状態の金属酸化物供給材料を電気化学的に還元する方法が開示されている。電解セルは電解質の溶融浴、アノード、カソード、およびアノードとカソードの間に電位を印加する手段を包含している。本方法は、還元された材料と共に浴から除去される電解質と置き換わるのに必要とされる量の電解質より大きい量である量の電解質を浴の中に供給すること、及び浴の高さを必要とされる高さに又は必要とされる高さの範囲内に維持するように浴から溶融電解質を除去すること、を特徴としている。  A method for electrochemical reduction of a solid state metal oxide feed in an electrolytic cell is disclosed. The electrolysis cell includes an electrolyte molten bath, an anode, a cathode, and a means for applying a potential between the anode and the cathode. The method requires supplying an amount of electrolyte into the bath that is greater than the amount of electrolyte required to replace the electrolyte removed from the bath with the reduced material, and the height of the bath. Characterized in that the molten electrolyte is removed from the bath so that it is maintained at or within the required height range.

Description

本発明は金属酸化物の電気化学的還元に関する。   The present invention relates to electrochemical reduction of metal oxides.

本発明は特に、代表的には0.2重量%以下の低酸素濃度を有する金属を生産するための粉末形態の金属酸化物の連続式または半連続式電気化学的還元に関する。   The invention particularly relates to continuous or semi-continuous electrochemical reduction of metal oxides in powder form to produce metals having a low oxygen concentration, typically less than or equal to 0.2% by weight.

本発明は本出願人によって遂行されている金属酸化物の電気化学的還元に対する継続中の研究プロジェクトの進行中に成された。その研究プロジェクトはチタニア(TiO)の還元に焦点をあわせている。 The present invention has been made during ongoing research projects for the electrochemical reduction of metal oxides being carried out by the applicant. The research project focuses on the reduction of titania (TiO 2 ).

その研究プロジェクトの進行中に、本出願人は溶融CaCl系電解質のプールと、グラファイトから形成されたアノードと、カソードの連なりとを含んでいる電解セルの中でのチタニアの還元を究明する一連の実験を遂行してきた。 During the course of the research project, Applicants have investigated a series of titania reductions in an electrolysis cell that includes a pool of molten CaCl 2 based electrolyte, an anode formed from graphite, and a series of cathodes. Have carried out experiments.

実験に使用したCaCl系電解質は商業的に入手可能なCaCl、いわゆる塩化カルシウム2水和物であって、それは加熱で分解し非常に少量のCaOを生成した。 The CaCl 2 electrolyte used in the experiment was commercially available CaCl 2 , so-called calcium chloride dihydrate, which decomposed upon heating to produce very small amounts of CaO.

本出願人は電解セルをCaOの分解電位より上で、且つCaClの分解電位より下の電位で操作した。 Applicants above the electrolytic cell than the decomposition potential of CaO, and was operated at a potential below the decomposition potential of CaCl 2.

本出願人は電解セルがこれらの電位においてはチタニアを電気化学的に還元して低濃度すなわち0.2重量%未満の濃度の酸素をもったチタンにすることができることを解明した。   Applicants have determined that electrolysis cells can electrochemically reduce titania at these potentials to titanium with a low concentration, i.e., less than 0.2 wt% oxygen.

本出願人は研究の初期にはペレットおよびより大きい固体ブロックの形態のチタニアをそして研究の後期にはチタニア粉末を用いて回分式(batch basis)で電解セルを操作した。
出願人は、また、他の金属酸化物を用いて、回分式で電解セルを操作した。
Applicants operated the electrolytic cell in a batch basis with titania in the form of pellets and larger solid blocks early in the study and later in the study with titania powder.
Applicants have also operated the electrolysis cell in batch mode with other metal oxides.

研究はかかる電解セルの中でチタニア(およびその他の金属酸化物)を電気化学的に還元して低濃度酸素を有する金属にすることが可能であるということを確立したが、本出願人は回分式で電解セルを工業的に操作するには有意な実施上の困難性があることを理解した。   Although research has established that it is possible to electrochemically reduce titania (and other metal oxides) in such electrolysis cells to metals with low oxygen concentrations, the applicant has identified It was understood that there is significant practical difficulty in industrially operating the electrolytic cell with the formula.

研究の結果と技術の工業化の可能性を考察する過程で、本出願人は金属酸化物の粉末およびペレットが制御された様式でセルの中を搬送され、そして還元形態でセルから排出されながら、電解セルを連続式または半連続式で操作することによって商業的生産が達成できるということがわかった。   In the course of considering the results of the study and the possibility of industrialization of the technology, the Applicant, while the metal oxide powders and pellets are transported through the cell in a controlled manner and discharged from the cell in reduced form, It has been found that commercial production can be achieved by operating the electrolysis cell continuously or semi-continuously.

本出願人の名での国際出願PCT/AU2003/001657には、この発明は広い言い方では、溶融電解質の浴とカソードとアノードを含んでいる電解セルの中で固体状態のチタニアのような金属酸化物を電気化学的に還元する方法であって、(a)浴に供給された金属酸化物を電気化学的に還元することができるセル電位をアノードとカソードの間に印加し、(b)金属酸化物を粉末および/またはペレットの形態で連続的または半連続的に浴の中に供給し、(c)該粉末および/またはペレットを浴内の進路に沿って搬送し、そしてその進路に沿って金属酸化物の粉末および/またはペレットが移動するときに金属酸化物を還元し、そして(d)浴から金属を連続的または半連続的に取り出す諸工程を含む上記方法として記載されている。   In the international application PCT / AU2003 / 001657 in the name of the Applicant, the invention is broadly described as a metal oxidation such as solid state titania in an electrolytic cell comprising a bath of molten electrolyte and a cathode and anode. A method for electrochemically reducing an object, wherein (a) a cell potential capable of electrochemically reducing a metal oxide supplied to a bath is applied between an anode and a cathode, and (b) a metal Supplying the oxide continuously or semi-continuously in the form of powder and / or pellets into the bath; (c) conveying the powder and / or pellets along a path in the bath and along the path Described as the above process comprising the steps of reducing the metal oxide as the metal oxide powder and / or pellets move and (d) continuously or semi-continuously removing the metal from the bath That.

この国際出願は用語「粉末および/またはペレット」を3.5mm以下の粒子サイズを有する粒子を意味すると定義している。   This international application defines the term “powder and / or pellets” to mean particles having a particle size of 3.5 mm or less.

本明細書の中に使用されるとき用語「粉末」および「ペレット」は主寸法が5mm未満である粒子を意味すると理解される。   As used herein, the terms “powder” and “pellet” are understood to mean particles having a major dimension of less than 5 mm.

本明細書の中で使用される用語の「粉末」および「ペレット」は、特許保護の範囲を特定の粒子製造手順に限定することを意図していない。   The terms “powder” and “pellet” as used herein are not intended to limit the scope of patent protection to specific particle manufacturing procedures.

用語「半連続式」は該国際出願の中では及び本明細書の中では、方法が(a)金属酸化物粉末および/またはペレットをセルに供給する期間とそのような金属酸化物粉末および/またはペレットのセルへの供給の無い期間、そして(b)還元された材料をセルから取り出す期間とそのような還元された材料のセルからの取り出しの無い期間を含んでいることを意味している。   The term “semi-continuous” is used in the international application and in the present specification, where the method includes (a) the period during which the metal oxide powder and / or pellets are fed to the cell and such metal oxide powder and / or Or includes a period of no supply of pellets to the cell, and (b) a period of removal of the reduced material from the cell and a period of no removal of such reduced material from the cell. .

該オーストラリア仮出願の中では及び本明細書の中では用語「連続式」および「半連続式」の使用の総体的な意図は回分式以外のセルの操作を記述することである。   Within the Australian provisional application and throughout this specification, the general intent of the use of the terms “continuous” and “semi-continuous” is to describe the operation of cells other than batch.

対照的に、用語「回分式」(batch)は該国際出願の中では及び本明細書の中では、金属酸化物が連続的にセルに供給され、そして還元金属がセルのサイクルの最後までセル内に蓄積する状況、たとえば、国防大臣の名での国際出願WO01/62996に開示されているような、を包含すると理解される。   In contrast, the term “batch” is used in the international application and in this specification where the metal oxide is continuously fed to the cell and the reduced metal is fed to the end of the cell cycle. It is understood that the situation accumulates within, for example, as disclosed in the international application WO 01/62996 in the name of the Defense Minister.

上記の最初の発明を成した後に、本出願人は電解セルを連続式または半連続式で操作することに基づいた商業的生産の可能性への更なる研究を遂行した。本出願人は、商業的生産向けのセルが含有すべきセルのカソードは、本明細書の中に記載されているようにペレット形態の金属酸化物を支持するための上面を有して水平に配置されているか又は僅かに傾けられており、そして電解質の浴の中に浸漬されており、そして運動好ましくは前後方向の運動に向くように支持されていて金属酸化物ペレットをカソードの前端に向って動かせるプレートのような部材の形態であるということに気付いた。   After making the first invention described above, the Applicant has conducted further research into the possibility of commercial production based on operating the electrolysis cell in a continuous or semi-continuous manner. Applicants have stated that the cell cathode to be contained in a cell for commercial production has a top surface for supporting the metal oxide in the form of pellets as described herein, and is horizontal. Placed or slightly tilted and immersed in an electrolyte bath and supported for movement, preferably for longitudinal movement, with the metal oxide pellets facing the front end of the cathode. I noticed that it is in the form of a plate-like member that can be moved.

本出願人の名での国際出願PCT/AU2004/000809はこの所謂「シェーカーテーブル(shaker table)」カソード発明を広い言い方で記載している。   International application PCT / AU2004 / 000809 in the name of the applicant describes this so-called “shaker table” cathode invention in a broad way.

本出願人は「シェーカーテーブル」発明についての更なる研究開発を遂行し、そして今や該発明に従った特定の電解セルを設計した。特定電解セル設計の発明はオーストラリア仮出願2003905261からの優先権を主張して本出願人の名で2004年9月27日に提出された国際出願の主題である。特定電解セル設計は多数アノードを特徴とし且つ「シェーカーテーブル」カソードとセルの上方からのアノードとを分離して支持する支持体構造を特徴としており、支持体構造は「シェーカーテーブル」カソードの上面の上方のアノードの間隔を調節することができる。   The Applicant has conducted further research and development on the “shaker table” invention and has now designed a specific electrolysis cell according to the invention. The invention of the specific electrolysis cell design is the subject of an international application filed September 27, 2004 in the name of the present applicant claiming priority from the Australian provisional application 20000305261. Specific electrolysis cell designs feature multiple anodes and feature a support structure that separates and supports the “shaker table” cathode and the anode from above the cell, the support structure on the top surface of the “shaker table” cathode. The spacing of the upper anode can be adjusted.

電解セルを連続式または半連続式で操作することに基づいた商業的生産の可能性についての研究開発の過程で、本出願人は還元金属と共に浴から排出される電解質を補うのに必要とされるものを上回る電解質を連続的または周期的に浴からパージすること及びこのパージを補うために電解質を慎重に添加することがセルの効率的操作には重要であるということに気付いた。   In the course of research and development on commercial production possibilities based on operating electrolytic cells in a continuous or semi-continuous manner, the applicant is required to supplement the electrolyte discharged from the bath with the reducing metal. We have found that it is important for efficient operation of the cell to purge more than one electrolyte from the bath continuously or periodically and to carefully add electrolyte to make up for this purge.

その研究開発の過程で、更に、本出願人はパージされた電解質を清浄化して汚染物質(たとえば炭化物および炭酸塩)を除去することができるということ及び清浄化された電解質を浴に戻すことができるということに気付いた。   In the course of its research and development, the Applicant can also clean the purged electrolyte to remove contaminants (eg, carbides and carbonates) and return the cleaned electrolyte to the bath. I realized that I could do it.

本発明によれば、電解質の溶融浴、アノード、カソード、およびアノードとカソードの間に電位を印加する手段を含んでいるタイプの電解セルの中で固体形態の金属酸化物供給材料を電気化学的に還元する方法であって、(a)溶融電解質の浴に供給された金属酸化物を電気化学的に還元することができる電位をアノードとカソードの間に印加し、(b)連続的または半連続的に金属酸化物供給材料を浴の中に供給し、(c)金属酸化物供給材料を浴内の進路に沿って搬送し、そして金属酸化物を供給材料が進路に沿って移動するにつれて還元し、(d)連続的または半連続的に浴から少なくとも部分的には還元された材料を取り出し、(e)浴から失われる還元された材料および浴から還元された材料と共に除去される電解質を補償するのに必要とされる量の電解質よりも大きい量の電解質を浴の中に供給し、そして(f)浴の高さを必要とされる高さに又は必要とされる高さの範囲内に維持するように浴から溶融電解質を除去する、諸工程を含む上記方法が提供される。   In accordance with the present invention, the solid form metal oxide feed material is electrochemically contained in an electrolytic cell of the type comprising a molten bath of electrolyte, an anode, a cathode, and means for applying a potential between the anode and cathode. (A) a potential capable of electrochemically reducing the metal oxide supplied to the molten electrolyte bath is applied between the anode and the cathode, and (b) continuous or semi-solid. Continuously supplying the metal oxide feed into the bath; (c) conveying the metal oxide feed along a path in the bath; and as the feed moves along the path An electrolyte that is reduced and (d) continuously or semi-continuously removes at least partially reduced material from the bath and (e) reduced material lost from the bath and removed with the reduced material from the bath To compensate Supply an amount of electrolyte larger than the required amount of electrolyte into the bath and (f) maintain the height of the bath at the required height or within the required height range. There is provided a method as described above comprising the steps of removing molten electrolyte from the bath.

上記方法は浴から取り出された還元された材料を補償するのに必要とされる電解質とセルの操作中に還元された材料によって保留された電解質との量を上回る電解質(代表的にはCaCl)の慎重な添加(単数または複数)を行う工程(e)を特徴としている。 The method described above exceeds the amount of electrolyte required to compensate for the reduced material removed from the bath and the electrolyte retained by the reduced material during cell operation (typically CaCl 2). ) Is characterized by the careful addition (s) of step (e).

工程(e)における電解質添加は連続式または周期式であってもよい。   The electrolyte addition in step (e) may be continuous or periodic.

工程(e)において浴に添加される電解質は溶融相または固体相の状態にあってもよい。   The electrolyte added to the bath in step (e) may be in the melt or solid phase.

好ましくは、工程(e)は、電解質を時間平均に基づき、工程(b)において浴に供給される金属酸化物供給材料の量の70%〜100%である量で供給することを包含する。   Preferably, step (e) includes supplying the electrolyte in an amount that is 70% to 100% of the amount of metal oxide feed supplied to the bath in step (b), based on a time average.

上記方法は、また、浴の高さを必要とされる高さに又は高さの範囲内に維持するように浴から電解質を慎重に除去する工程(f)を特徴としている。   The method also features step (f) of carefully removing the electrolyte from the bath so as to maintain the height of the bath at the required height or within the height range.

一つの、しかし限定されるものではない、態様においては、電解質除去はセルの中のオーバーフロー堰(overflow weir)による。除去された電解質は炭化物や炭酸塩のような汚染物質を除去するために処理される。処理済み電解質はセルに戻される。   In one, but not limited, embodiment, electrolyte removal is by an overflow weir in the cell. The removed electrolyte is treated to remove contaminants such as carbides and carbonates. The treated electrolyte is returned to the cell.

好ましくは、金属酸化物供給材料はここに記載されている通りの粉末および/またはペレットの形態である。   Preferably, the metal oxide feed is in the form of powder and / or pellets as described herein.

好ましくは、本方法は工程(f)において浴から除去された電解質を処理して汚染物質を除去し、そして処理済み電解質を浴に供給することを包含する。   Preferably, the method includes treating the electrolyte removed from the bath in step (f) to remove contaminants and feeding the treated electrolyte to the bath.

好ましくは、カソードは、粉末および/またはペレット形態にある金属酸化物を支持するための上面を有し、水平に配置されているか又は僅かに傾けられており、そして電解質の浴の中に浸漬されており、そして金属酸化物粉末および/またはペレットをカソードの前端に向って動かせるように前後方向の運動に向くように支持されているプレートのような部材の形態である。   Preferably, the cathode has a top surface for supporting the metal oxide in powder and / or pellet form, is horizontally disposed or slightly tilted, and is immersed in an electrolyte bath. And is in the form of a plate-like member that is supported to face forward and backward movement so that the metal oxide powder and / or pellet can be moved toward the front end of the cathode.

この配置では、好ましくは、工程(b)は金属粉末および/またはペレット形態の金属酸化物供給材料を該粉末および/またはペレットがカソードの後端でカソードの上面に堆積するように浴に供給することを包含する。   In this arrangement, preferably step (b) supplies a metal oxide and / or pellet form metal oxide feed to the bath such that the powder and / or pellets are deposited on the top surface of the cathode at the rear end of the cathode. Including that.

好ましくは、本方法は金属酸化物粉末および/またはペレットを溶融電解質と接触した状態でカソードの上面の上をカソードの前端に向って移動させ、それによって粉末および/またはペレットが前端に向って動くにつれて金属酸化物の電気化学的還元が起こる工程を包含している。   Preferably, the method moves the metal oxide powder and / or pellets over the top surface of the cathode in contact with the molten electrolyte toward the front end of the cathode, thereby moving the powder and / or pellets toward the front end. A process in which electrochemical reduction of the metal oxide occurs.

好ましくは、工程(b)は金属酸化物粉末および/またはペレットを該粉末および/またはペレットがカソードの上面に単層を形成するように溶融電解質の浴の中に供給することを包含する。   Preferably, step (b) comprises feeding the metal oxide powder and / or pellets into a molten electrolyte bath such that the powders and / or pellets form a monolayer on the top surface of the cathode.

好ましくは、工程(c)は金属酸化物粉末および/またはペレットを粉末および/またはペレットの充填単層の層としてカソードの上面をカソードの前端に向って金属酸化物ペレットを移動させることによって搬送することを包含する。   Preferably, step (c) carries the metal oxide powder and / or pellets as a layer of powder and / or pellet-filled monolayer by moving the metal oxide pellets from the top surface of the cathode toward the front end of the cathode. Including that.

好ましくは、工程(c)は金属酸化物粉末および/またはペレットをカソードの上面の上をカソードの前端に向って移動させるようにカソードを選択的に動かすことを包含する。   Preferably, step (c) includes selectively moving the cathode to move the metal oxide powder and / or pellets over the top surface of the cathode toward the front end of the cathode.

好ましくは、工程(c)は金属酸化物粉末および/またはペレットが浴内で実質的に同じ滞留時間を有するように粉末および/またはペレットがカソードの幅にわたって同じ速度で移動することを起こさせるようにカソードを動かすことによって金属酸化物粉末および/またはペレットを搬送することを包含する。   Preferably, step (c) causes the powder and / or pellets to move at the same speed across the width of the cathode so that the metal oxide powder and / or pellets have substantially the same residence time in the bath. And carrying the metal oxide powder and / or pellets by moving the cathode.

好ましくは、本方法は金属酸化物を電気化学的に還元して0.3重量%以下である酸素濃度を有する金属にする。   Preferably, the method electrochemically reduces the metal oxide to a metal having an oxygen concentration of 0.3% by weight or less.

より好ましくは、酸素濃度は0.2重量%以下である。   More preferably, the oxygen concentration is 0.2% by weight or less.

本方法は一つまたはそれ以上の電解セルを伴う一段法または多段法であってもよい。   The method may be a one-step method or a multi-step method involving one or more electrolysis cells.

金属酸化物供給材料が粉末および/またはペレット形態である状況では、好ましくは、本方法は工程(d)において、浴から取り出された粉末および/またはペレットを洗浄して該粉末および/またはペレットと一緒にセルから運ばれた電解質を分離することを包含する。   In situations where the metal oxide feed is in powder and / or pellet form, preferably the method in step (d) cleans the powder and / or pellets removed from the bath with the powder and / or pellets. It involves separating the electrolytes carried from the cell together.

本方法は粉末および/またはペレットから洗除された電解質を回収し、そして該電解質をセルに再循環させることを包含する。   The method includes recovering the washed electrolyte from the powder and / or pellet and recycling the electrolyte to the cell.

好ましくは、本方法は、電解質の気化および/または分解の温度より低く、セルの温度を維持することを包含する。   Preferably, the method includes maintaining the temperature of the cell below the temperature of electrolyte vaporization and / or decomposition.

好ましくは、本方法は、電解質の中にカソード金属酸化物のカチオン以外の金属のカチオンが存在するように電解質の少なくとも一つの成分の分解電位より上のセル電位を印加することを包含する。   Preferably, the method includes applying a cell potential above the decomposition potential of at least one component of the electrolyte so that there are cations of a metal other than the cathode metal oxide cation in the electrolyte.

金属酸化物がチタニアである状況では、電解質は成分の一つとしてCaOを含有するCaCl系電解質であることが好ましい。 In the situation where the metal oxide is titania, the electrolyte is preferably a CaCl 2 electrolyte containing CaO as one of the components.

かかる状況では、本方法はセル電位をCaOの分解電位より上に維持することを包含することが好ましい。   In such a situation, the method preferably includes maintaining the cell potential above the decomposition potential of CaO.

本発明によれば、金属酸化物供給材料を電気化学的に還元するための電解セルであって、(a)溶融電解質の浴、(b)カソード、(c)アノード、(d)アノードとカソードの間に電位を印加する手段、(e)金属酸化物供給材料を電解質の浴に供給する手段、(f)電解質の浴から少なくとも部分的には電気化学的に還元された金属酸化物を取り出す手段、(g)失われる還元された材料と浴から取り出される還元された材料によって保留される電解質とを補償するのに必要とされる量の電解質より大きい量の電解質を浴の中に供給する手段、および(f)浴の高さを必要とされる高さに又は必要とされる高さの範囲内に維持するように浴から溶融電解質を除去する手段を包含する前記セルが提供される。   In accordance with the present invention, an electrolytic cell for electrochemical reduction of a metal oxide feedstock comprising (a) a bath of molten electrolyte, (b) a cathode, (c) an anode, (d) an anode and a cathode (E) means for supplying a metal oxide feed material to the electrolyte bath; (f) removing at least partially electrochemically reduced metal oxide from the electrolyte bath. Means (g) supplying an amount of electrolyte in the bath that is greater than the amount of electrolyte required to compensate for the reduced material lost and the electrolyte retained by the reduced material removed from the bath. Said cell comprising means and (f) means for removing the molten electrolyte from the bath so as to maintain the height of the bath at or within the required height range. .

好ましくは、電解セルはさらに、工程(f)において浴から除去された電解質を処理して電解質から汚染物質を除去し、そして処理済み電解質を浴に供給する手段を包含する。上記の通り、標的汚染物質としては炭化物および炭酸塩が挙げられる。   Preferably, the electrolysis cell further includes means for treating the electrolyte removed from the bath in step (f) to remove contaminants from the electrolyte and feeding the treated electrolyte to the bath. As described above, target contaminants include carbides and carbonates.

好ましくは、アノードとカソードの間に電位を印加する手段は、(a)電源および(b)電源とアノードとカソードを電気接続する電気回路を包含する。   Preferably, the means for applying a potential between the anode and the cathode includes (a) a power source and (b) an electric circuit for electrically connecting the power source, the anode and the cathode.

好ましくは、電解セルはセルから放出されたガスを処理する手段を包含している。   Preferably, the electrolysis cell includes means for treating the gas released from the cell.

ガス処理手段は、ガスから一酸化炭素、二酸化炭素、塩素含有ガスおよびホスゲンのいずれか一つ以上を除去する手段を包含してもよい。   The gas processing means may include means for removing any one or more of carbon monoxide, carbon dioxide, chlorine-containing gas and phosgene from the gas.

ガス処理手段はまた、ガスの中の一酸化炭素ガスを燃焼させる手段を包含してもよい。   The gas treatment means may also include means for burning carbon monoxide gas in the gas.

金属酸化物がチタニアである状況では、電解質は成分の一つとしてCaOを含んでいるCaCl系電解質であることが好ましい。 In the situation where the metal oxide is titania, the electrolyte is preferably a CaCl 2 electrolyte containing CaO as one of the components.

好ましくは、粉末および/またはペレットの粒子サイズは1〜4mmの範囲にある。   Preferably, the particle size of the powder and / or pellet is in the range of 1-4 mm.

代表的には、粉末および/またはペレットの粒子サイズは1〜3mmの範囲にある。   Typically, the particle size of the powder and / or pellet is in the range of 1-3 mm.

更に本発明を例でもって図面を参照して記載する。   The invention is further described by way of example with reference to the drawings.

以下の記述は、チタニアを電気化学的に還元して酸素濃度が0.3重量%未満であるチタン金属にするものである。しかしながら、本発明はこの金属酸化物に限定されるものではなく、その他の金属酸化物の粉末および/またはペレットおよび/またはその他の形態に及ぶ、ということを言及しておく。   In the following description, titania is electrochemically reduced to titanium metal having an oxygen concentration of less than 0.3% by weight. However, it should be noted that the present invention is not limited to this metal oxide and extends to other metal oxide powders and / or pellets and / or other forms.

本方法は、還元された材料とセルの操作中に浴から取り出された還元された材料によって保留された電解質とを補償するために必要とされる電解質の量を上回る電解質(代表的にはCaCl)の慎重な添加を行う工程を特徴としている。 The method involves an electrolyte (typically CaCl2) that exceeds the amount of electrolyte required to compensate for the reduced material and the electrolyte retained by the reduced material removed from the bath during cell operation. 2 ) is characterized by a careful addition step.

本方法はまた、セル内の浴の高さを維持するために浴から電解質を慎重に除去する工程を特徴としている。   The method also features the step of carefully removing electrolyte from the bath to maintain the height of the bath in the cell.

当該態様においては、電解質の添加は適切な大きさの注型ブロックの形態であり、そして電解質除去はセル内のオーバーフロー堰による。除去された電解質はCaOを除去する(HClで洗浄することによる)ように及び場合によっては炭素のような汚染物質を除去するように処理される。処理された電解質はセルに戻される。実際には、電解質の除去と電解質の処理が電解質から酸素イオンを除去する。これはカソードからアノードへの酸素イオンの拡散速度を改善するという点で有利である。   In this embodiment, the addition of electrolyte is in the form of an appropriately sized casting block, and electrolyte removal is by an overflow weir in the cell. The removed electrolyte is treated to remove CaO (by washing with HCl) and possibly to remove contaminants such as carbon. The treated electrolyte is returned to the cell. In practice, removal of the electrolyte and treatment of the electrolyte remove oxygen ions from the electrolyte. This is advantageous in that it improves the diffusion rate of oxygen ions from the cathode to the anode.

通例の提案はセルにチタニアを0.8kg/時でそして電解質を1.0kg/時で添加することである。これは浴が約700kgの塩を保持する状況においては比較的少量の電解質添加であるが、セルへのチタニアの添加量の関係においては比較的かなりの添加である。   The usual suggestion is to add titania to the cell at 0.8 kg / hour and electrolyte at 1.0 kg / hour. This is a relatively small amount of electrolyte addition in situations where the bath holds about 700 kg of salt, but it is a relatively significant addition in relation to the amount of titania added to the cell.

図1に示された装置の主な構成要素は電解セル1である。   The main component of the apparatus shown in FIG.

図面に示されたセルは平面図では矩形である囲い込まれたチャンバーであり、そして底面壁(base wall)3、相対する端面壁(end walls)5、相対する側面壁(side walls)7、およびトップカバー(top cover)9を有する。   The cell shown in the drawing is an enclosed chamber that is rectangular in plan view, and has a base wall 3, opposing end walls 5, opposing side walls 7, And a top cover 9.

セルは溶融電解質の浴21を含有している。好ましい電解質は少なくとも若干のCaOを含有するCaClである。 The cell contains a molten electrolyte bath 21. A preferred electrolyte is CaCl 2 containing at least some CaO.

セルは固体電解質ブロックのための入口59(図2参照)をトップカバー9の中に、図2で見ると右側の端面に、そしてその他の図で見ると左側の端面に、含んでいる。   The cell includes an inlet 59 (see FIG. 2) for the solid electrolyte block in the top cover 9, at the right end when viewed in FIG. 2 and at the left end when viewed in other views.

装置は商業的に支給された電解質を溶融するための炉45と炉からの溶融電解質を適切な大きさのブロックに注型するための注型ステーション(casting station)47を含んでいる。   The apparatus includes a furnace 45 for melting the commercially supplied electrolyte and a casting station 47 for casting the molten electrolyte from the furnace into appropriately sized blocks.

セルはチタニアペレットのための一連の入口をトップカバー9の中に、図1、3、4および5で見るとセルの左側の端近くに、そして図2で見るとセルの右側の端近くに、含んでいる。セルのこの端を以後、セルの「後端」と称する。これら入口は図2の中の符号11で同定されている。   The cell has a series of inlets for titania pellets in the top cover 9, near the left end of the cell when viewed in FIGS. 1, 3, 4 and 5, and near the right end of the cell when viewed in FIG. , Including. This end of the cell is hereinafter referred to as the “rear end” of the cell. These inlets are identified by reference numeral 11 in FIG.

装置はチタニアペレットを「生(green)」状態で成形するパンペレット製造機(pan pelletiser)51と、生ペレットを焼結して後続の処理工程に耐えるに十分な強度にする焼結炉53を含んでいる。焼結ペレットはそのまま貯蔵箱(storage bin)55の中に貯蔵されて振動供給装置(vibratory feeder)57を経てセル入口11に供給される。代表的には、ペレットは1〜4mmのサイズ範囲を有する。   The apparatus includes a pan pelletizer 51 that forms titania pellets in a “green” state, and a sintering furnace 53 that sinters the green pellets to provide sufficient strength to withstand subsequent processing steps. Contains. The sintered pellet is stored in a storage bin 55 as it is, and is supplied to the cell inlet 11 via a vibration feeder 57. Typically, the pellet has a size range of 1-4 mm.

セルはさらに、セル1から過剰の電解質を除去するためのオーバーフロー堰49(図3、4および5を参照)の形態の出口を含んでいる。オーバーフロー堰49は、電解質入口59に対してセル1の反対側の端に位置している。オーバーフロー堰49は電解質の浴が予め定められた最大高さを超えないことを確保するのに有効なオプションである。   The cell further includes an outlet in the form of an overflow weir 49 (see FIGS. 3, 4 and 5) for removing excess electrolyte from cell 1. The overflow weir 49 is located at the end of the cell 1 opposite to the electrolyte inlet 59. The overflow weir 49 is an effective option to ensure that the electrolyte bath does not exceed a predetermined maximum height.

装置はまた、オーバーフロー堰49を経由してセル1から除去された電解質のためのタンク57を含んでいる。   The apparatus also includes a tank 57 for electrolyte removed from the cell 1 via the overflow weir 49.

装置はまた、タンク57からの電解質をセル1に再循環させるのに先立って処理するための処理ステーション(図示されてない)を含んでいる。たとえば、電解質は電解質から炭化物および炭酸塩を除去するように処理されてもよい。処理はまた、そうではなく、他の汚染物質を除去するように電解質を処理することを包含してもよい。   The apparatus also includes a processing station (not shown) for processing the electrolyte from tank 57 prior to recycling to cell 1. For example, the electrolyte may be treated to remove carbides and carbonates from the electrolyte. The treatment may also involve treating the electrolyte to remove other contaminants.

セルはさらに、底面壁3の中にチタン金属ペレット用の出口13を、図1、3、4および5で見たときにはセルの右側の端近くに、そして図2で見たときにはセルの右側の端近くに、含んでいる。セルのこの端を以後、セルの「前端」と称する。出口13は下方に向って収束していく側面15と上方に向って傾斜したオーガー(auger)35とによって規定された溜め(sump)の形態であるか又は溜めの下端からチタンペレットおよび保留電解質を受理するように、そしてペレットをセルから搬出するように配置されたその他の適切な手段である。   The cell further has an outlet 13 for titanium metal pellets in the bottom wall 3 near the right end of the cell when viewed in FIGS. 1, 3, 4 and 5 and on the right side of the cell when viewed in FIG. Contains near the edge. This end of the cell is hereinafter referred to as the “front end” of the cell. The outlet 13 is in the form of a sump defined by a side 15 converging downward and an auger 35 inclined upwards, or the titanium pellets and the retained electrolyte are drawn from the bottom of the sump. Other suitable means arranged to accept and to remove the pellet from the cell.

セルはさらに、カソード25を、浴21の中に浸漬され、そして底面壁21の上方の短い距離に配置されたプレートまたはその他の適する部材の形態で、含んでいる。カソードプレート25は支持体構造物によってセルの中に、カソードプレート25の上面が水平になっているか又はセルの後端から前端へと僅かに下に傾いているように、支持されている。カソードプレート25の長さおよび幅の寸法はセル内に都合よく嵌ることが可能なかぎり大きくなるように選択されている。カソードプレート25は後述する通り振動運動(oscillating motion)で前後方向に動くように支持されている。カソードプレート支持体構造は本出願人の名で2004年9月27日に提出された国際出願の中に詳細に記載されており、そして該国際出願の中の開示はクロスリファレンスによって本明細書の中に組み込まれる。   The cell further includes the cathode 25 in the form of a plate or other suitable member immersed in the bath 21 and disposed at a short distance above the bottom wall 21. The cathode plate 25 is supported in the cell by the support structure so that the upper surface of the cathode plate 25 is horizontal or slightly inclined downward from the rear end to the front end of the cell. The length and width dimensions of the cathode plate 25 are selected to be as large as possible to fit conveniently within the cell. The cathode plate 25 is supported so as to move in the front-rear direction by an oscillating motion as will be described later. The cathode plate support structure is described in detail in an international application filed September 27, 2004 in the name of the applicant, and the disclosure in the international application is hereby incorporated by reference. Built in.

セルはさらに、浴21の中へと延びている包括的に符号19によって同定された6個のアノードを含んでいる。アノード19は棒またはその他の適する支持部材27の末端に搭載されたグラファイトブロック23を包含する。アノードブロック19は電解質の浴21の中に発生したガスを浴から逃がすことを可能にする縦方向に延びたスロット91(図2を参照)を含んでいる。アノード19は対で配列されており、そしてアノードブロック23の大きさはアノードがカソードプレート25の上面の実質的に全面の上方に直接に位置を定められるように選ばれている。アノード19はアノードブロック23をアノードグラファイトの下方区域がアノードでのセル反応によって消費されるにつれて次第に浴中に降ろしていくことができるように支持体構造によって支持されている。セルのトップカバー9は支持部材27のための開口95(図2および3を参照)を含んでいる。アノード支持体構造は本出願人の名で2004年9月27日に提出された上記の国際出願の中に詳細に記載されている。   The cell further includes six anodes, generally identified by the numeral 19, extending into the bath 21. The anode 19 includes a graphite block 23 mounted at the end of a rod or other suitable support member 27. The anode block 19 includes a longitudinally extending slot 91 (see FIG. 2) that allows gas generated in the electrolyte bath 21 to escape from the bath. The anodes 19 are arranged in pairs, and the size of the anode block 23 is selected so that the anodes are positioned directly above substantially the entire upper surface of the cathode plate 25. The anode 19 is supported by a support structure so that the anode block 23 can be gradually lowered into the bath as the lower section of the anode graphite is consumed by the cell reaction at the anode. The cell top cover 9 includes an opening 95 for the support member 27 (see FIGS. 2 and 3). The anode support structure is described in detail in the above international application filed September 27, 2004 in the name of the applicant.

本出願人は、短時間の前後運動すなわち振動運動と短時間の休止とを含む反復シーケンスでのカソードプレート25の運動はカソードプレート25の上面の上のペレットを上面の上での一連の短いステップでセルの後端から前端へと動かすことを可能にする、ということを発明した。   Applicants believe that the movement of the cathode plate 25 in a repetitive sequence including a short back and forth motion, ie, a vibration motion and a short pause, is a series of short steps on the top surface of the pellet on the top surface of the cathode plate 25. Invented that it is possible to move the cell from the rear end to the front end.

その上、本出願人は、上記タイプの運動はペレットが浴21の中で実質的に同じ滞留時間を有するようにペレットをしてカソードプレート25の幅にわたって定速度で動かすことができる、ということを明らかにした。   In addition, Applicants have stated that the type of motion described above can be moved at a constant speed across the width of the cathode plate 25 with the pellets so that the pellets have substantially the same residence time in the bath 21. Was revealed.

セルはさらに、アノードブロック23とカソードプレート25の間に電位を印加するための電源31を含んでおり、そして電気回路(上記のカソード支持部材79を包含する)は電源31とアノード23とカソードを電気的に接続する。カソード支持部材79の大きさおよび/または位置はカソードプレート25の上でのチタニアペレットの電気化学的還元を最適化するために予め選択された電流分布をカソードプレート25に供給するように選択されている。環境に依存して、セルの操作に必要とされる電流分布の範囲が存在するであろう。   The cell further includes a power source 31 for applying a potential between the anode block 23 and the cathode plate 25, and an electrical circuit (including the cathode support member 79 described above) connects the power source 31, the anode 23 and the cathode. Connect electrically. The size and / or position of the cathode support member 79 is selected to provide a preselected current distribution to the cathode plate 25 to optimize the electrochemical reduction of the titania pellets on the cathode plate 25. Yes. Depending on the environment, there will be a range of current distribution required for cell operation.

セルの操作はアノードブロック23において一酸化炭素および二酸化炭素および場合によっては塩素含有ガスを発生させるので、これらガスをセルから除去することが重要である。さらに、セルは排ガスの出口41をセルのトップカバー9の中に含み、そして排ガスを処理するガス処理ユニット43を含み、処理済みガスを大気に放出する。ガス処理は二酸化炭素および何らかの塩素ガスを除去することを包含しており、そして一酸化炭素を燃焼してプロセスのための熱を発生させることを包含してもよい。   The operation of the cell generates carbon monoxide and carbon dioxide and possibly chlorine containing gases in the anode block 23, so it is important to remove these gases from the cell. In addition, the cell includes an exhaust gas outlet 41 in the cell top cover 9 and a gas processing unit 43 for processing the exhaust gas, which releases the treated gas to the atmosphere. Gas treatment includes removing carbon dioxide and some chlorine gas, and may involve burning carbon monoxide to generate heat for the process.

セルの使用においては、チタニアペレットはカソードプレート25の上に単層を形成するようにセルの後端でカソードプレート25の上面に供給され、そしてカソードは上記の通りに動かされ、そしてペレットをプレートの表面上で前方へセルの前端までステップさせ、最終的にはカソードの前端から落下させる。ペレットがカソードプレート25の表面上を移動させられるにつれてペレットはセル内で累進的に電気化学的に還元される。カソードプレート25の操作パラメーターはペレットがセル内でチタニアペレットの必要レベルの還元を達成するのに十分な滞留時間を有するように選択される。代表的には、2〜4mmチタニアペレットは3Vのセル操作電圧において0.3重量%の酸素濃度をもつチタンに還元されるのには4時間の滞留時間を必要とする。   In use of the cell, titania pellets are fed to the upper surface of the cathode plate 25 at the rear end of the cell to form a monolayer on the cathode plate 25, and the cathode is moved as described above, and the pellets are plated. Step forward on the surface of the cell to the front edge of the cell, and finally drop from the front edge of the cathode. As the pellet is moved over the surface of the cathode plate 25, the pellet is progressively electrochemically reduced in the cell. The operating parameters of the cathode plate 25 are selected so that the pellet has sufficient residence time to achieve the required level of reduction of titania pellets in the cell. Typically, 2-4 mm titania pellets require a residence time of 4 hours to be reduced to titanium with an oxygen concentration of 0.3 wt% at a cell operating voltage of 3V.

本出願人は上記配置が結果としてセルの前端から短い距離の範囲内でチタニアペレットの実質的還元を生じさせるということを明らかにした。   Applicants have shown that the above arrangement results in substantial reduction of the titania pellets within a short distance from the front edge of the cell.

チタンペレットはチタンペレットの細孔の中に保留された電解質と一緒に出口13でセルから連続的または半連続的に取り出される。排出された材料はオーガー(auger)35によって散水チャンバー(water spray chamber)37へと搬送され、そして電解質の固化温度未満である温度に急冷され、それによって、電解質が金属の直接露出を阻止し、それによって金属の酸化を制限する。排出された材料は次いで、保留電解質を金属粉末から分離するように洗浄される。金属粉末はその後、最終製品を製造するために要求される通りに加工される。   The titanium pellets are continuously or semi-continuously removed from the cell at the outlet 13 along with the electrolyte retained in the pores of the titanium pellets. The discharged material is conveyed by an auger 35 to a water spray chamber 37 and quenched to a temperature that is below the solidification temperature of the electrolyte, thereby preventing the electrolyte from direct metal exposure, This limits the oxidation of the metal. The discharged material is then washed to separate the retained electrolyte from the metal powder. The metal powder is then processed as required to produce the final product.

排出されるチタンペレットと共に失われる電解質の正味損失を補償するのに必要とされるよりも多い量の電解質が注型電解質ブロックの形態でセルに入口59から添加される。上述した通り、追加電解質の目的は最適操作条件を維持するためにセルをパージすることである。電解質がセルの後端において入口59からセルに添加されると、電解質はセルの前端において堰49から溢れ出し、そして貯蔵タンク57の中に流れ込み、その後で、CaOを除去するためにHClで洗浄されることによって処理され、そして処理済み電解質はセルへの電解質添加の一部としてセルに戻される。   More electrolyte than is needed to compensate for the net loss of electrolyte lost with the discharged titanium pellets is added to the cell at the inlet 59 in the form of a cast electrolyte block. As mentioned above, the purpose of the additional electrolyte is to purge the cell to maintain optimal operating conditions. When electrolyte is added to the cell from the inlet 59 at the back end of the cell, the electrolyte overflows from the weir 49 at the front end of the cell and flows into the storage tank 57 and then washed with HCl to remove CaO. And the treated electrolyte is returned to the cell as part of the electrolyte addition to the cell.

アノードブロック23はセルの操作中にアノードブロック23の中の炭素とカソードプレート25において発生したO−−アニオンとの間の反応によって次第に消費され、そして該反応は主としてアノードブロック23の下端で起こる。カソードプレート25の上面とアノードブロック23の下端との間の距離はセル内の最適操作条件を維持するために必要とされる通りに維持される。好ましくは、カソードプレート25の上面とアノードブロック23の下端との間の距離は浴21を必要操作温度に維持するのに十分な抵抗加熱が発生するように選択される。 The anode block 23 is gradually consumed by the reaction between the carbon in the anode block 23 and the O −− anion generated in the cathode plate 25 during cell operation, and the reaction occurs mainly at the lower end of the anode block 23. The distance between the upper surface of the cathode plate 25 and the lower end of the anode block 23 is maintained as required to maintain optimum operating conditions within the cell. Preferably, the distance between the upper surface of the cathode plate 25 and the lower end of the anode block 23 is selected such that sufficient resistance heating occurs to maintain the bath 21 at the required operating temperature.

好ましくは、セルは電解質の中のCaOの分解電位より高い電位で操作される。環境に依存して、電位は4〜5Vのように高いものであってもよい。上記メカニズムによれば、CaOの分解電位より上での操作は、Ca++カチオンの存在によるものであり、カソードプレート25の上でのCa金属の析出を促進し、及び印加された電場の結果としてアノードブロック23へのO−−アニオンの移動を促進し、そしてO−−アニオンとアノードブロック23の炭素との反応を促進して一酸化炭素および二酸化炭素を発生させそして電子を放出させる。加えて、上記メカニズムによれば、Ca金属の析出は結果として上記メカニズムを経てチタニアの化学的還元を生じ、そしてO−−アニオンを発生させ、そのO−−アニオンは印加した電場と更なる電子放出の結果としてアノードブロック23へ移動する。セルをCaClの分解電位より下で操作することは塩素ガスの発生を最少にし、そしてこれは、この方式の利点である。 Preferably, the cell is operated at a potential higher than the decomposition potential of CaO in the electrolyte. Depending on the environment, the potential may be as high as 4-5V. According to the above mechanism, the operation above the decomposition potential of CaO is due to the presence of Ca ++ cations, which promotes the deposition of Ca metal on the cathode plate 25 and as a result of the applied electric field. O to the anode block 23 - to facilitate the movement of the anion, and O - to promote the reaction between the carbon of the anion and the anode block 23 to generate carbon monoxide and carbon dioxide and to emit electrons. In addition, according to the above mechanism, the deposition of Ca metal resulting chemical reduction of titania via the mechanism described above, and O - anions to generate, the O - anions further and the electric field was applied electronic As a result of the discharge, it moves to the anode block 23. Operating the cell below the decomposition potential of CaCl 2 minimizes the generation of chlorine gas, and this is an advantage of this scheme.

上記のセルおよび方法は金属酸化物を粉末および/またはペレットの形態で連続的または半連続的に電気化学的に還元して低酸素濃度を有する還元された材料を生産するのに効率的かつ有効な手段である。   The above cell and method is efficient and effective for electrochemically reducing metal oxides in powder and / or pellet form continuously or semi-continuously to produce reduced materials with low oxygen concentration Means.

上記の本発明の態様には、本発明の精神および範囲を逸脱しないで多数の変更がなされてもよい。   Numerous modifications may be made to the above-described aspects of the invention without departing from the spirit and scope of the invention.

特に、図に示された電解セルは本発明の範囲内にある多数の可能なセル構成のうちの一例に過ぎない。   In particular, the electrolysis cell shown in the figure is only one example of the many possible cell configurations that are within the scope of the present invention.

図1は、本発明に従う電気化学的な方法および装置の一態様を図解する概略線図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an electrochemical method and apparatus according to the present invention. 図2は、図1に示された装置の電解セルの斜視図であり、図を明瞭にするためにカソード支持体棒が省略されている。FIG. 2 is a perspective view of the electrolysis cell of the apparatus shown in FIG. 1, omitting the cathode support bar for clarity of illustration. 図3は、図1および図2に示された電解セルの縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the electrolysis cell shown in FIGS. 1 and 2. 図4は、図3に示された縦断面図であるが、より明瞭にカソードとカソード支持体構造物を図解するために、トップカバーとアノードとアノード支持体構造物を削除してある。FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view shown in FIG. 3, but the top cover, anode, and anode support structure have been omitted to more clearly illustrate the cathode and cathode support structure. 図5は、図3に示された縦断面図であるが、より明瞭にアノードとアノード支持体構造物を図解するために、トップカバーとカソードとカソード支持体構造物を削除してある。FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view shown in FIG. 3 with the top cover, cathode and cathode support structure omitted to more clearly illustrate the anode and anode support structure.

Claims (12)

電解質の溶融浴、アノード、カソード、およびアノードとカソードの間に電位を印加する手段を含んでいるタイプの電解セルの中で固体形態の金属酸化物供給材料を電気化学的に還元する方法であって、(a)溶融電解質の浴に供給された金属酸化物を電気化学的に還元することができる電位をアノードとカソードの間に印加し、(b)連続的または半連続的に金属酸化物供給材料を浴の中に供給し、(c)金属酸化物供給材料を浴内の進路に沿って搬送し、そして金属酸化物を供給材料が進路に沿って移動するにつれて還元し、(d)連続的または半連続的に浴から少なくとも部分的には還元された材料を取り出し、(e)浴から失われる還元された材料および浴から還元された材料と共に除去される電解質を補償するのに必要とされる量の電解質よりも大きい量の電解質を浴の中に供給し、そして(f)浴の高さを必要とされる高さに又は必要とされる高さの範囲内に維持するように浴から溶融電解質を除去する、諸工程を含む上記方法。   A method for electrochemical reduction of a solid form metal oxide feedstock in an electrolytic cell of the type comprising an electrolyte molten bath, an anode, a cathode, and means for applying a potential between the anode and cathode. (A) a potential capable of electrochemically reducing the metal oxide supplied to the molten electrolyte bath is applied between the anode and the cathode, and (b) the metal oxide continuously or semi-continuously. Feeding the feed into the bath; (c) conveying the metal oxide feed along a path in the bath and reducing the metal oxide as the feed moves along the path; (d) Required to continuously or semi-continuously remove the at least partially reduced material from the bath and (e) compensate for the reduced material lost from the bath and the electrolyte removed with the reduced material from the bath Amount taken A larger amount of electrolyte than the electrolyte is fed into the bath and (f) the molten electrolyte from the bath so as to maintain the height of the bath at or within the required height range. The above method comprising the steps of removing 工程(e)における電解質添加が連続式または周期式である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the electrolyte addition in step (e) is continuous or periodic. 工程(e)において浴に添加される電解質が溶融相または固体相の状態にある、請求項1または請求項2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte added to the bath in step (e) is in a molten phase or a solid phase. 工程(e)は電解質を時間平均に基づき、工程(b)において浴に供給される金属酸化物供給材料の量の70%〜100%である量で供給することを包含する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。   Step (e) comprises feeding electrolyte in an amount that is 70% to 100% of the amount of metal oxide feed fed to the bath in step (b) based on a time average. 4. The method according to any one of 3. 金属酸化物供給材料が粉末および/またはペレットの形態である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。   5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal oxide feed is in the form of powder and / or pellets. 工程(f)において浴から除去された電解質を処理して汚染物質を除去し、そして処理済み電解質を浴に供給することを包含する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。   6. The method according to any one of claims 1 to 5, comprising treating the electrolyte removed from the bath in step (f) to remove contaminants and feeding the treated electrolyte to the bath. 電解質の中にカソード金属酸化物のカチオン以外の金属のカチオンが存在するように電解質の少なくとも一つの成分の分解電位より上のセル電位を印加することを包含する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。   7. Applying a cell potential above the decomposition potential of at least one component of the electrolyte so that there are metal cations other than those of the cathode metal oxide in the electrolyte. The method according to one item. 金属酸化物はチタニアであり、そして電解質は成分の一つとしてCaOを含有するCaCl系電解質である、請求項1から7のいずれか一項に記載方法。 Metal oxide is titania and the electrolyte is a CaCl 2 based electrolyte containing CaO as one of the components, the method according to any one of claims 1 to 7. セル電位をCaOの分解電位より上に維持することを包含する、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。   9. A method according to any one of claims 1 to 8, comprising maintaining the cell potential above the decomposition potential of CaO. 金属酸化物供給材料を電気化学的に還元するための電解セルであって、(a)溶融電解質の浴、(b)カソード、(c)アノード、(d)アノードとカソードの間に電位を印加する手段、(e)金属酸化物供給材料を電解質の浴に供給する手段、(f)電解質の浴から少なくとも部分的には電気化学的に還元された金属酸化物を取り出す手段、(g)失われる還元された材料と浴から取り出される還元された材料によって保留される電解質とを補償するのに必要とされる量の電解質より大きい量の電解質を浴の中に供給する手段、および(f)浴の高さを必要とされる高さに又は必要とされる高さの範囲内に維持するように浴から溶融電解質を除去する手段を包含する、上記電解セル。   An electrolysis cell for electrochemical reduction of a metal oxide feed, wherein (a) a bath of molten electrolyte, (b) a cathode, (c) an anode, (d) an electric potential is applied between the anode and the cathode (E) means for supplying a metal oxide feed material to the electrolyte bath; (f) means for removing the at least partially electrochemically reduced metal oxide from the electrolyte bath; Means for supplying an amount of electrolyte into the bath that is greater than the amount of electrolyte required to compensate for the reduced material and the electrolyte retained by the reduced material removed from the bath; and (f) An electrolysis cell as described above, comprising means for removing molten electrolyte from the bath to maintain the height of the bath at or within the required height range. さらに、工程(f)において浴から除去された電解質を処理して電解質から汚染物質を除去し、そして処理済み電解質を浴に供給する手段を包含する、請求項10に記載のセル。   The cell of claim 10, further comprising means for treating the electrolyte removed from the bath in step (f) to remove contaminants from the electrolyte and supplying the treated electrolyte to the bath. アノードとカソードの間に電位を印加する手段が(a)電源および(b)電源とアノードとカソードを電気接続する電気回路とを包含する、請求項10または請求項11に記載のセル。   12. A cell according to claim 10 or claim 11, wherein the means for applying a potential between the anode and the cathode includes (a) a power source and (b) an electrical circuit electrically connecting the power source and the anode and cathode.
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