JP2009019250A - Method and apparatus for producing metal - Google Patents

Method and apparatus for producing metal Download PDF

Info

Publication number
JP2009019250A
JP2009019250A JP2007184337A JP2007184337A JP2009019250A JP 2009019250 A JP2009019250 A JP 2009019250A JP 2007184337 A JP2007184337 A JP 2007184337A JP 2007184337 A JP2007184337 A JP 2007184337A JP 2009019250 A JP2009019250 A JP 2009019250A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
electrolytic
electrolytic bath
electrolytic cell
bath
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2007184337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Ogasawara
忠司 小笠原
Makoto Yamaguchi
誠 山口
Toru Uenishi
徹 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Original Assignee
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Titanium Technologies Co Ltd filed Critical Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority to JP2007184337A priority Critical patent/JP2009019250A/en
Priority to PCT/JP2008/060848 priority patent/WO2009011190A1/en
Publication of JP2009019250A publication Critical patent/JP2009019250A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/02Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of alkali or alkaline earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06Operating or servicing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal production method for producing an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal (particularly Ca metal) by an electrolytic method, and a metal production apparatus used for carrying out the method. <P>SOLUTION: Electrolysis is performed while circulating an electrolytic bath 12 at the side of a cathode 11 in an electrolytic cell 10. In order to extract the metal while continuing electrolysis, the electrolytic bath at the side of the cathode is introduced into an adjusting tank 15 for adjusting the metal concentration in the electrolytic bath, a necessary concentration of the metal 18 is extracted from the adjusting tank 15, and the electrolytic bath 20 is returned into the electrolytic cell. Preferably, an electrolytic flow cell capable of carrying out electrolysis while flowing the electrolytic bath in the vicinity of the surface of the cathode in one direction. The method can be carried out using the metal production apparatus including the electrolytic cell, a circulating path 13 for circulating the electrolytic bath at the side of the cathode and the adjusting tank. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造方法に関し、特に、金属Caの製造に適用できる金属製造方法、およびその方法の実施に使用する金属製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal by an electrolytic method, and more particularly to a metal production method applicable to the production of metal Ca and a metal production apparatus used for carrying out the method.

Na、Li、Be、Mgなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属の製造においては、それぞれの金属の原料鉱石を各種の処理工程を経て精製した後、金属の塩化物とし、これを溶融塩電解する方法が用いられている。また、希土類金属のうちのLa、Ceなどの製造にも、溶融塩電解法が用いられている。   In the production of alkali metals and alkaline earth metals such as Na, Li, Be, and Mg, the raw material ore of each metal is refined through various processing steps, and then converted into a metal chloride, which is subjected to molten salt electrolysis. The method is used. In addition, molten salt electrolysis is also used for producing La, Ce, and the like of rare earth metals.

一方、アルカリ土類金属であるCaは、主として、精製したCaの炭酸塩とAlとを混合、加熱して反応させ、生成するCa蒸気を凝縮させる揮発還元法により製造されており、電解法は用いられない。しかし、TiCl4をCaで還元して金属Tiを製造する技術が提案されており、その製造プロセスにおいて、溶融CaCl2の電気分解によりCaを生成させる工程が、この技術を工業的なTi製造法として成立させる上での重要な工程として位置づけられている。 On the other hand, Ca, which is an alkaline earth metal, is mainly manufactured by a volatile reduction method in which purified Ca carbonate and Al are mixed, heated and reacted to condense the generated Ca vapor. Not used. However, a technique for producing Ti by reducing TiCl 4 with Ca has been proposed, and in the production process, the step of generating Ca by electrolysis of molten CaCl 2 is an industrial Ti production method. It is positioned as an important process in establishing.

金属Tiの工業的な製法としては、TiCl4をMgにより還元するクロール法が一般的であるが、この方法はバッチ式であるために製品価格が非常に高くなるという問題がある。これに対し、前記のCa還元によるTi製造方法は、例えば、特許文献1に記載されるように、Caが溶解した溶融CaCl2中のCaにTiCl4を反応させてTi粒を生成させる還元工程および生成したTi粒を分離する工程と、Ti粒の生成に伴ってCa濃度が低下した溶融CaCl2を電解することにより溶融CaCl2中のCa濃度を高める電解工程を含み、電解工程で生成したCaを還元工程でTiCl4の還元に用いるTiの製造方法であって、還元剤としてのCaを循環使用して、操業を連続的に行えるという利点がある。 As an industrial method for producing metal Ti, a crawl method in which TiCl 4 is reduced with Mg is generally used. However, since this method is a batch type, there is a problem that the product price becomes very high. On the other hand, the Ti production method by the above-mentioned Ca reduction is, for example, as described in Patent Document 1, a reduction process in which Ti particles are generated by reacting TiCl 4 with Ca in molten CaCl 2 in which Ca is dissolved. and wherein the step of separating the resulting Ti particles, the electrolysis step to increase the Ca concentration in the molten CaCl 2 by the Ca concentration in association with formation of Ti particles to electrolytic molten CaCl 2 was reduced, it was produced in the electrolysis step This is a Ti production method using Ca for reduction of TiCl 4 in the reduction step, and has an advantage that the operation can be continuously performed by reusing Ca as a reducing agent.

さらに、本発明者らは、溶融CaCl2の電解工程について検討を加え、特許文献2に記載されるように、溶融塩を保持する一方向に長い電解槽容器と、前記電解槽容器の長手方向に沿って配置されたアノードおよびカソードを有し、電解槽容器の長手方向の一方の端部に溶融塩供給口が設けられ、他方の端部に前記溶融塩の電気分解により生成するCa濃度が高められた溶融塩を電解槽外へ抜き出す溶融塩抜き出し口が設けられた電解槽を提案した。 Furthermore, the present inventors have studied the electrolytic process of molten CaCl 2 , and as described in Patent Document 2, the electrolytic cell container that is long in one direction holding the molten salt, and the longitudinal direction of the electrolytic cell container The molten salt supply port is provided at one end in the longitudinal direction of the electrolytic cell container, and the Ca concentration generated by electrolysis of the molten salt is at the other end. An electrolytic cell provided with a molten salt outlet for extracting the molten salt out of the electrolytic cell was proposed.

特開2005−133195号公報JP 2005-133195 A 特開2007−63585号公報JP 2007-63585 A

前述のとおり、電解法は、Na、Liや、Mg等の金属の製造に使用されており、一方、Ca還元によるTiの製造においては、還元剤としてのCaを循環使用するために、溶融CaCl2からのCaの生成に利用される。 As described above, the electrolytic method is used for the production of metals such as Na, Li, and Mg. On the other hand, in the production of Ti by Ca reduction, in order to circulate and use Ca as a reducing agent, molten CaCl is used. Used to generate Ca from 2 .

本発明の目的は、この電解法に用いられている電解槽の基本的な構成に画期的な改善を加え、アルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属(特に、金属Ca)を対象とした電解法による金属製造方法、およびその方法を実施する際に用いる金属製造装置を提供することにある。   The object of the present invention is to make an epoch-making improvement to the basic structure of the electrolytic cell used in this electrolysis method, and to target alkali metals, alkaline earth metals or rare earth metals (particularly, metal Ca). An object of the present invention is to provide a metal production method using an electrolysis method and a metal production apparatus used in carrying out the method.

本発明者らは、上記の目的を達成するために、溶融CaCl2の電気分解によるCaの生成について検討を重ねた。その結果、電解槽内のカソード側の電解浴(溶融CaCl2を使用)を循環させながら電気分解を続けることによって、カソード側の電解浴中のCa濃度を高め、さらには、飽和濃度を超えて電解浴中に金属Caが溶融状態、または析出した状態で電解を継続することが可能であることを知見した。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have repeatedly studied the generation of Ca by electrolysis of molten CaCl 2 . As a result, by continuing the electrolysis while circulating the electrolytic bath on the cathode side (using molten CaCl 2 ) in the electrolytic cell, the Ca concentration in the electrolytic bath on the cathode side is increased and further exceeds the saturation concentration. It has been found that electrolysis can be continued in a molten state or precipitated state of metal Ca in the electrolytic bath.

電解浴の循環経路の途中に、前記循環させる電解浴の一部を抜き取るための調整槽を配置すれば、電解を継続しながらCaが濃化した電解浴を抜き取り、または、金属Caを取り出すことができる。   If an adjustment tank for extracting a part of the electrolytic bath to be circulated is arranged in the middle of the circulation path of the electrolytic bath, the electrolytic bath in which Ca is concentrated is extracted while the electrolysis is continued, or the metallic Ca is taken out. Can do.

この方法は、電解法によって製造されるCa以外の金属に対しても適用可能である。   This method can also be applied to metals other than Ca produced by the electrolytic method.

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記(1)の金属製造方法、およびこの方法の実施に用いる(2)の金属製造装置にある。   The present invention has been made on the basis of such findings, and the gist of the present invention resides in the following metal production method (1) and the metal production apparatus (2) used for carrying out this method.

(1)電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造方法であって、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させながら電気分解を行うことを特徴とする金属製造方法。   (1) A method for producing an alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal by electrolysis, wherein electrolysis is carried out while circulating an electrolytic bath on the cathode side in an electrolytic cell.

ここでいう「アルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属」とは、具体的には、それぞれの金属の塩化物、フッ化物等を含む溶融塩を電解することによりその金属を採取、製造できる金属で、Na、Li、Be、Ca、Mg、La、Ce等をいう。   The term “alkali metal, alkaline earth metal, or rare earth metal” as used herein specifically refers to a metal that can be collected and produced by electrolyzing a molten salt containing a chloride or fluoride of each metal. And Na, Li, Be, Ca, Mg, La, Ce and the like.

この金属製造方法において、カソード側の電解浴を、当該浴中の金属濃度を調整するための調整槽に導入し、調整槽から必要な濃度の金属を取り出した後、電解浴を電解槽へ戻すこととすれば、電解を継続しながら金属、または高濃度の金属を含有する電解浴を取り出せるので望ましい(これを、「実施形態1」という)。   In this metal production method, the electrolytic bath on the cathode side is introduced into an adjustment tank for adjusting the metal concentration in the bath, and after removing a metal having a required concentration from the adjustment tank, the electrolytic bath is returned to the electrolytic tank. If this is the case, it is desirable because an electrolytic bath containing a metal or a high concentration of metal can be taken out while continuing electrolysis (this is referred to as “Embodiment 1”).

さらに、この金属製造方法において、カソード側の電解浴中の金属が飽和濃度を超えた状態で電解を行えば、金属を溶融物または固形物として得ることができ、望ましい。   Furthermore, in this metal production method, if the electrolysis is performed in a state where the metal in the electrolytic bath on the cathode side exceeds the saturation concentration, the metal can be obtained as a melt or a solid, which is desirable.

この金属製造方法において、電解槽として、電解浴を電解槽の一端からアノードとカソードの間に連続的または断続的に供給することによりカソード表面近傍の電解浴に一方向の流速を与え、電解浴をカソード表面近傍で一方向に流しながら電気分解することができる流動型電解槽を用いる実施形態の採用が望ましい。なお、流動型電解槽としては、一般に、カソード側電解浴とアノード側電解浴を分離する隔壁または隔膜を備えるものが用いられる。(この金属製造方法を、「実施形態2」という)。   In this metal production method, as an electrolytic cell, an electrolytic bath is supplied continuously or intermittently from one end of the electrolytic cell between the anode and the cathode, thereby giving a one-way flow rate to the electrolytic bath near the cathode surface. It is desirable to adopt an embodiment using a fluidized electrolytic cell that can be electrolyzed while flowing in one direction near the cathode surface. In general, as the fluidized electrolytic cell, one having a partition wall or a diaphragm for separating the cathode side electrolytic bath and the anode side electrolytic bath is used. (This metal production method is referred to as “Embodiment 2”).

また、この金属製造方法において、電解槽として前記の流動型電解槽を用い、調整槽から流動型電解槽へ戻す電解浴に、調整後の(つまり、金属もしは金属を含有する電解浴を取り出した後の)調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を、調整槽内または調整槽と前記流動型電解槽間で混合して流動型電解槽へ戻すこととすれば、カソード側の電解浴を補充することができ、電解の長時間にわたる継続が可能となる。   Further, in this metal production method, the above-described fluidized electrolytic cell is used as an electrolytic cell, and the electrolytic bath returned to the fluidized electrolytic cell from the adjusted tank is taken out (that is, the electrolytic bath containing metal or metal is taken out). If an electrolytic bath having a lower metal concentration than the electrolytic bath in the adjustment tank is mixed in the adjustment tank or between the adjustment tank and the fluidized electrolytic tank and returned to the fluidized electrolytic tank, the cathode side The electrolytic bath can be replenished, and electrolysis can be continued for a long time.

さらに、この金属製造方法において、電解槽として前記の流動型電解槽を用い、調整槽に導入して電解浴中の金属濃度を調整した後の電解浴を流動型電解槽のカソード室に戻し、調整後の調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を流動型電解槽のアノード室に供給することとすれば、直接、アノード側の電解浴の補充もできるので、望ましい。なお、ここで、「カソード室」とは、電解槽内におけるカソードが配置された領域をいい、「アノード室」とは、アノードが配置された領域をいう。   Furthermore, in this metal production method, using the fluidized electrolytic cell as an electrolytic cell, the electrolytic bath after adjusting the metal concentration in the electrolytic bath by introducing the electrolytic bath is returned to the cathode chamber of the fluidized electrolytic cell, It is desirable to supply an electrolytic bath having a metal concentration lower than that of the electrolytic bath in the adjustment tank after the adjustment to the anode chamber of the fluidized electrolytic tank because the electrolytic bath on the anode side can be directly replenished. Here, the “cathode chamber” refers to a region where the cathode is disposed in the electrolytic cell, and the “anode chamber” refers to a region where the anode is disposed.

また、この金属製造方法において、アノード室側がカソード室側に対して加圧された状態とすれば、カソード室側で生成した金属のアノード室側への流入を防ぎ、電流効率の低下を防止できる。   Further, in this metal manufacturing method, if the anode chamber side is pressurized with respect to the cathode chamber side, the metal generated on the cathode chamber side can be prevented from flowing into the anode chamber side and the current efficiency can be prevented from decreasing. .

前記の実施形態2の金属製造方法において、流動型電解槽が、隔膜または隔壁として多孔質セラミックス体を使用したものであれば、カソード室側で生成した金属のアノード室側への流入を効果的に抑制できる。   In the metal manufacturing method of the second embodiment, if the fluidized electrolytic cell uses a porous ceramic body as a diaphragm or a partition wall, it is effective to allow the metal generated on the cathode chamber side to flow into the anode chamber side. Can be suppressed.

また、隔膜として多孔質セラミックス体よりも安価な金属網を使用することも可能であり、その場合は、電解浴を高速で流動させることが望ましい。   Moreover, it is also possible to use a metal net cheaper than the porous ceramic body as the diaphragm, and in that case, it is desirable to flow the electrolytic bath at a high speed.

本発明の金属製造方法において、電解浴として金属のハロゲン化物を用いる実施形態を採ることができる。また、電解浴としてカルシウム(Ca)塩またはCa塩を含む混合塩等の溶融物を用い、金属Ca、または金属Caを含む溶融塩を得ることとする実施形態を採用すれば、前述のCa還元によるTi製造方法で循環使用するCaを連続的に製造することが可能になる(これを、「実施形態3」という)。   In the metal production method of the present invention, an embodiment using a metal halide as an electrolytic bath can be adopted. In addition, if an embodiment in which a molten material such as calcium (Ca) salt or mixed salt containing Ca salt is used as an electrolytic bath to obtain metallic Ca or molten salt containing metallic Ca is employed, the above-described Ca reduction is achieved. Thus, it becomes possible to continuously produce Ca to be circulated in the Ti production method according to (referred to as “Embodiment 3”).

この場合、金属Caを溶融物として、または固形物として得ることが可能である。   In this case, the metal Ca can be obtained as a melt or as a solid.

(2)電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造に使用する金属製造装置であって、電解槽と、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させる循環経路と、前記循環させるための手段を有することを特徴とする金属製造装置。   (2) A metal production apparatus used for producing an alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal by electrolysis, wherein an electrolytic cell, a circulation path for circulating an electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell, and the circulation A metal manufacturing apparatus comprising means for causing the metal to be produced.

この金属製造装置において、前記循環経路の途中に、電解浴の金属濃度を調整するための調整槽を有する実施形態を採用すれば、電解継続中における金属等の取り出しが可能となる。   In this metal manufacturing apparatus, if an embodiment having an adjustment tank for adjusting the metal concentration of the electrolytic bath is employed in the middle of the circulation path, it becomes possible to take out the metal or the like during the electrolysis.

さらに、この金属製造装置において、電解槽が、電解浴を保持する電解槽容器と、前記電解槽容器の長手方向に沿って配置されたアノードおよびカソードを有し、前記電解槽容器の長手方向の一方の端部に、電解浴供給口が前記アノードとカソードの間に電解浴を供給できるように設けられ、他方の端部に前記電解浴の電気分解により生成する金属濃度が高められた電解浴を電解槽外へ抜き出す電解浴抜き出し口が設けられている流動型電解槽を用いる実施形態の採用が望ましい(これを、「実施形態4」という)。   Furthermore, in this metal manufacturing apparatus, the electrolytic cell has an electrolytic cell container holding an electrolytic bath, an anode and a cathode disposed along the longitudinal direction of the electrolytic cell container, and the longitudinal direction of the electrolytic cell container An electrolytic bath in which an electrolytic bath supply port is provided at one end so as to supply an electrolytic bath between the anode and the cathode, and the concentration of metal generated by electrolysis of the electrolytic bath is increased at the other end It is desirable to employ an embodiment that uses a fluidized electrolytic cell provided with an electrolytic bath outlet for extracting water from the electrolytic cell (this is referred to as “Embodiment 4”).

本発明の金属製造方法によれば、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させながら電気分解を行う方式を採ることにより、カソード側で生成したアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属のアノード側への移行を防止して高電流効率を維持しつつ、連続してこれら金属を製造することが可能である。この方法は、本発明の金属製造装置を使用して実施することができる。   According to the metal production method of the present invention, an anode of alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal produced on the cathode side is obtained by adopting a method in which electrolysis is performed while circulating the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell. It is possible to produce these metals continuously while preventing the shift to the side and maintaining high current efficiency. This method can be carried out using the metal production apparatus of the present invention.

本発明の金属製造方法は、電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造方法であって、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させながら電気分解を行う方法である。   The metal production method of the present invention is a method for producing an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal by an electrolysis method, and electrolysis is performed while circulating the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell.

この金属製造方法において、カソード側の電解浴中の金属が飽和濃度を超えた状態で電解を行えば、金属を溶融物または固形物として得ることができる。本発明の望ましい実施形態である。   In this metal production method, when electrolysis is performed in a state where the metal in the cathode-side electrolytic bath exceeds the saturation concentration, the metal can be obtained as a melt or a solid. 1 is a preferred embodiment of the present invention.

電気分解を行って金属を採取する場合、通常は槽内の電解浴は静止状態に保持されるが、本発明の金属製造方法では、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させる。これにより、電極に析出した金属の電解浴への溶解、あるいは金属のままでの流動が促進され、電解時間の経過とともに、カソード側の電解浴中の金属濃度が次第に上昇する。   When the metal is collected by electrolysis, the electrolytic bath in the tank is usually kept stationary, but in the metal production method of the present invention, the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic tank is circulated. Thereby, the dissolution of the metal deposited on the electrode into the electrolytic bath or the flow of the metal as it is is promoted, and the metal concentration in the electrolytic bath on the cathode side gradually increases as the electrolysis time elapses.

例えば、溶融CaCl2の電解を例にとると、電解により生成するCaはCaCl2に1.5質量%程度溶解する(すなわち、電解時の温度におけるCaの飽和濃度まで溶解する)ので、この濃度に達するまではカソード側の電解浴中のCa濃度が上昇する。飽和濃度を超えると、電解浴中にCaの析出が起こり始め、電解浴の温度がCaの融点より高い場合は、Caは溶融物となり、電解浴のCa含有量が増大する。 For example, in the case of electrolysis of molten CaCl 2 , Ca generated by electrolysis is dissolved in CaCl 2 by about 1.5 mass% (that is, dissolved up to a saturated concentration of Ca at the temperature during electrolysis). Until this value is reached, the Ca concentration in the electrolytic bath on the cathode side increases. When the saturation concentration is exceeded, precipitation of Ca begins to occur in the electrolytic bath, and when the temperature of the electrolytic bath is higher than the melting point of Ca, Ca becomes a melt and the Ca content of the electrolytic bath increases.

したがって、電解終了時に、含有されるCaの濃度が上昇した溶融CaCl2を、また、電解浴中のCa濃度が飽和濃度を超える場合は、溶融状態もしくは固形状の金属Caを、溶融CaCl2の液面に浮上分離させた状態で得ることができる。なお、この場合は、バッチ式の操業になる。 Therefore, at the end of electrolysis, the molten CaCl 2 in which the concentration of contained Ca is increased, or when the Ca concentration in the electrolytic bath exceeds the saturation concentration, the molten state or solid metal Ca is replaced with the molten CaCl 2 . It can be obtained in a state of being floated and separated on the liquid surface. In this case, the operation is batch-type.

以下、本発明が主に実施の対象とする、金属(例えば、Ca)を溶融状態または析出した状態(固形物)で得る場合について説明する。   Hereinafter, a case where a metal (for example, Ca) obtained in a molten state or a precipitated state (solid matter), which is an object of the present invention, will be described.

電解槽内のカソード側の電解浴の循環は、連続、断続のいずれでもよい。また、その時の流速は、特に限定しない。操業条件(電解浴の温度)によっては電解浴中のCaが析出する場合もあるので、循環経路の閉塞等の問題が起こらない流速で循環させる。   The circulation of the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell may be either continuous or intermittent. Moreover, the flow velocity at that time is not particularly limited. Depending on the operating conditions (temperature of the electrolytic bath), Ca in the electrolytic bath may be precipitated, so that the circulation is performed at a flow rate that does not cause problems such as blockage of the circulation path.

電解槽の形状についても限定はない。通常の、電解浴を静止状態で保持する電解槽を使用し、カソード側の電解浴を循環させる方式を採ることも可能であるが、流動型電解槽を用いるのが望ましい。これについては、後に詳述する。   There is no limitation on the shape of the electrolytic cell. Although it is possible to use a general electrolytic cell that holds the electrolytic bath in a stationary state and circulate the electrolytic bath on the cathode side, it is desirable to use a fluidized electrolytic cell. This will be described in detail later.

電解浴を循環させるには、通常用いられる遠心ポンプ等を使用すればよく、高温の溶融CaCl2、その他取り扱う溶融塩(または、溶融物)に対して耐性のある材質で構成され、必要な流量が確保できるものであればよい。 In order to circulate the electrolytic bath, a commonly used centrifugal pump or the like may be used, which is made of a material resistant to high-temperature molten CaCl 2 or other molten salt (or melt) to be handled, and a required flow rate. As long as it can be secured.

前記の実施形態1の方法は、本発明の金属製造方法において、循環経路内に電解浴の金属濃度を調整するための調整槽を設け、カソード側の電解浴を調整槽に導入し、調整槽から必要な濃度の金属を取り出した後、電解浴を電解槽へ戻す方法である。   The method of the first embodiment is the metal production method of the present invention, wherein an adjustment tank for adjusting the metal concentration of the electrolytic bath is provided in the circulation path, and the cathode-side electrolytic bath is introduced into the adjustment tank. In this method, a metal having a necessary concentration is taken out from the electrolytic bath, and the electrolytic bath is returned to the electrolytic cell.

「調整槽」は、循環させている電解浴を一時的に貯留して、電解浴中に溶融状態もしくは析出した状態で存在する金属を取り出せる機能を有するものであればよい。このように、調整槽を循環経路内に設け、そこで金属を取り出すことにより、電解浴中に溶融状態もしくは析出した状態で存在する金属の含有量の必要以上の増大を抑え、金属の電解槽内への過度の混入を抑制することができる。   The “regulating tank” may be any tank that has a function of temporarily storing the electrolytic bath being circulated and taking out the metal present in the molten or precipitated state in the electrolytic bath. In this way, the adjustment tank is provided in the circulation path, and the metal is taken out there, thereby suppressing an unnecessary increase in the content of the metal present in the molten state or in the deposited state in the electrolytic bath. Excessive mixing in can be suppressed.

ここでいう「必要な濃度の金属を取り出す」とは、通常は、電解浴を含まない(すなわち、濃度としては100%の)金属を、溶融状態(溶融物)もしくは析出した状態(固形物)として取り出すことをいう。ただし、用途によっては、例えば飽和濃度もしくは予め定めた所定の濃度に達した金属を電解浴とともに取り出す場合もあるので、「必要な濃度の金属」という表現を用いている。   The term “removing a required concentration of metal” as used herein usually means that a metal that does not include an electrolytic bath (that is, a concentration of 100%) is in a molten state (melt) or a precipitated state (solid). To take out as. However, depending on the application, for example, a metal that has reached a saturation concentration or a predetermined predetermined concentration may be taken out together with the electrolytic bath, so the expression “necessary concentration of metal” is used.

このように、調整槽を設けることによって、バッチ操業ではあるが、電解を継続しながら、溶融状態もしくは析出した状態の金属を取り出すことが可能となる。   Thus, by providing the adjusting tank, it is possible to take out the molten or precipitated metal while continuing the electrolysis, although it is a batch operation.

前記の実施形態2の方法は、本発明の金属製造方法において、電解槽として流動型電解槽を用いる方法である。循環経路内に調整槽を設けることとしてもよい。   The method of the second embodiment is a method using a fluidized electrolytic cell as an electrolytic cell in the metal production method of the present invention. It is good also as providing an adjustment tank in a circulation path.

この流動型電解槽としては、例えば、前掲の特許文献2に記載される本発明者らが提案した電解槽を使用することができる。この電解槽は、もともと、大量の、例えば溶融CaCl2を連続して電気分解し、Ca濃度が高められた溶融塩を得ることが可能な電解槽として開発されたものであるが、電極間、電極と隔壁間を広めにしたり、電解浴の温度を高く維持して生成するCaなどの金属を溶融状態とする等の配慮をすることにより、溶融状態もしくは析出した状態の金属を取り出すことも可能である。 As the fluidized electrolytic cell, for example, an electrolytic cell proposed by the present inventors described in Patent Document 2 described above can be used. This electrolytic cell was originally developed as an electrolytic cell capable of continuously electrolyzing a large amount of, for example, molten CaCl 2 to obtain a molten salt with an increased Ca concentration. It is also possible to take out the molten or precipitated metal by taking into consideration such as widening the gap between the electrode and the partition wall, or maintaining the temperature of the electrolytic bath at a high level so that the generated metal such as Ca is molten. It is.

図1は、実施形態2の金属製造方法を実施する際に用いられる流動型電解槽の要部の構成例を示す縦断面図である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a main part of a fluidized electrolytic cell used when the metal production method of Embodiment 2 is carried out.

この流動型電解槽は、電解浴(例えば、溶融CaCl2)を保持する円筒形状の電解槽容器1aと、前記電解槽容器1aの長手方向に沿って当該容器1a内に配置された同じく円筒形状のアノード2、および円柱状のカソード3を有し、前記電解槽容器1aの長手方向の一方の端部(底盤4)に電解浴供給口6が設けられ、他方の端部(上蓋5)には電解浴抜き出し口7が設けられている。アノード表面とカソード表面が対向して略垂直方向に配置され、更に、アノード2とカソード3の間に、電解により生成したCaの通過を抑制するための隔膜8が設けられている。また、アノード2の外面には冷却器9が取り付けられている。なお、図1に示した例では、溶融CaCl2を電解槽の下方から供給し、上方から抜き出す方式を採っているが、逆に、電解槽1の上方から供給し、下方から抜き出す方式を採用することも可能である。 The fluidized electrolytic cell includes a cylindrical electrolytic cell container 1a that holds an electrolytic bath (for example, molten CaCl 2 ), and a cylindrical shape that is disposed in the container 1a along the longitudinal direction of the electrolytic cell container 1a. The electrolytic bath container 1a is provided with an electrolytic bath supply port 6 at one end (bottom plate 4) in the longitudinal direction of the electrolytic cell container 1a, and at the other end (upper lid 5). Is provided with an electrolytic bath outlet 7. The anode surface and the cathode surface are opposed to each other and arranged in a substantially vertical direction, and a diaphragm 8 is provided between the anode 2 and the cathode 3 to suppress the passage of Ca generated by electrolysis. A cooler 9 is attached to the outer surface of the anode 2. In addition, in the example shown in FIG. 1, molten CaCl 2 is supplied from below the electrolytic cell and extracted from above, but conversely, it is supplied from above the electrolytic cell 1 and extracted from below. It is also possible to do.

流動型電解槽においては、図1に例示されるように、一般に、カソード側電解浴とアノード側電解浴を分離する隔壁または隔膜を備えるものが用いられる。「隔壁または隔膜」には、従来使用されているものの他、後述する「金属網」など、従来の「隔壁」、「隔膜」の概念を超えるものであっても、カソード側電解浴とアノード側電解浴間に配置され、電解により生成するCaのアノード側への移行を抑制する作用効果を奏するものであれば、含まれる。   In the flow type electrolytic cell, as illustrated in FIG. 1, one having a partition wall or a diaphragm for separating the cathode side electrolytic bath and the anode side electrolytic bath is generally used. In addition to the “partition or diaphragm” that has been used in the past, the “metal partition” described later and other concepts beyond the conventional “partition” and “diaphragm” may be used. Any material that is disposed between the electrolytic baths and has an effect of suppressing the migration of Ca generated by electrolysis to the anode side is included.

この図1に示した流動型電解槽を使用すれば、溶融CaCl2を電解槽の一端からアノード2とカソード3の間に連続的または断続的に供給することによりカソード表面近傍の電解浴に一方向の流速を与え、電解浴をカソード表面近傍で一方向に流しながら電気分解することができる。 If the fluidized electrolytic cell shown in FIG. 1 is used, molten CaCl 2 is supplied to one of the electrolytic baths near the cathode surface by continuously or intermittently supplying molten CaCl 2 between the anode 2 and the cathode 3 from one end of the electrolytic cell. Directional flow rates can be applied and electrolysis can be performed while flowing the electrolytic bath in one direction near the cathode surface.

流動型電解槽としては、このような円筒形状の電解槽に限らず、後述するように、平板状のアノード、カソードが平行に配置された平板型の電解槽を使用することもできる。   The fluidized electrolytic cell is not limited to such a cylindrical electrolytic cell, and a flat plate electrolytic cell in which a flat anode and a cathode are arranged in parallel can be used as described later.

循環経路内に調整槽を設け、流動型電解槽を用いる実施形態2の金属製造方法において、調整槽から流動型電解槽へ戻す電解浴に、金属を取り出した後の調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を混合して流動型電解槽へ戻す方法を採ることができる。混合は、調整槽内で行ってもよいし、調整槽と前記流動型電解槽間で行ってもよい。この方法によれば、カソード側の電解浴を溶融状態もしくは析出した状態で存在する金属が含まれない電解浴で補充することができるので、電解の長時間にわたる継続が可能となる。   In the metal production method of Embodiment 2 in which a regulating tank is provided in the circulation path and the fluidized electrolytic cell is used, the electrolytic bath in the regulating tank after taking out the metal is used as an electrolytic bath for returning from the regulating tank to the fluidized electrolytic cell. Alternatively, an electrolytic bath having a low metal concentration can be mixed and returned to the fluidized electrolytic cell. Mixing may be performed in the adjustment tank, or may be performed between the adjustment tank and the fluidized electrolytic tank. According to this method, since the electrolytic bath on the cathode side can be replenished with an electrolytic bath that does not contain a metal present in a molten state or a deposited state, electrolysis can be continued for a long time.

また、実施形態2の金属製造方法において、調整槽に導入して電解浴中の金属を取り出した後の電解浴を流動型電解槽のカソード室に戻し、調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を流動型電解槽のアノード室に供給する方法を採ることもできる。この方法によれば、直接、アノード側の電解浴の補充もできるので、望ましい。   Further, in the metal production method of Embodiment 2, the electrolytic bath after being introduced into the adjusting tank and taking out the metal in the electrolytic bath is returned to the cathode chamber of the fluidized electrolytic bath, and the metal concentration is higher than the electrolytic bath in the adjusting bath. A method of supplying a low electrolytic bath to the anode chamber of a fluidized electrolytic cell can also be employed. This method is desirable because it can directly replenish the electrolytic bath on the anode side.

本発明の金属製造方法において、アノード室側がカソード室側に対して加圧された状態に維持して電解を行うのが望ましい。   In the metal production method of the present invention, it is desirable to perform electrolysis while maintaining the anode chamber side pressurized against the cathode chamber side.

前記「アノード室側がカソード室側に対して加圧された状態」とは、電解浴の液面レベルが、アノード側の方が高くなっている状態や、カソード室内の圧力がアノード室内の圧力に対して相対的に低く設定されている状態をいう。後者の場合、アノード室内側の圧力を高めてもよいし、カソード室内側の圧力を低下させてもよい。   The “state in which the anode chamber side is pressurized with respect to the cathode chamber side” means a state in which the liquid level of the electrolytic bath is higher on the anode side, or the pressure in the cathode chamber is equal to the pressure in the anode chamber. On the other hand, it refers to a state that is set relatively low. In the latter case, the pressure inside the anode chamber may be increased, or the pressure inside the cathode chamber may be decreased.

この状態で電解を行うと、電解槽内のカソード側の電解浴のアノード側への移動が抑えられ、カソード側に生成するCaの移動も抑えられるので、Caがアノード側に生成する塩素と反応してCaCl2に戻るバックリアクションが起こり難く、高い電流効率で電解することができる。 When electrolysis is performed in this state, movement of the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell to the anode side is suppressed, and movement of Ca generated on the cathode side is also suppressed, so that Ca reacts with chlorine generated on the anode side. Therefore, the back reaction that returns to CaCl 2 hardly occurs, and electrolysis can be performed with high current efficiency.

実施形態2の金属製造方法で使用する流動型電解槽のアノードとカソードの間に設ける隔膜または隔壁が多孔質セラミックス体であれば、カソード室側で生成した金属のアノード室側への流入を効果的に抑制できる。   If the diaphragm or partition provided between the anode and the cathode of the fluidized electrolytic cell used in the metal production method of Embodiment 2 is a porous ceramic body, the flow of the metal generated on the cathode chamber side into the anode chamber side is effective. Can be suppressed.

隔膜としては、例えば、イットリア(Y23)を含む多孔質セラミックス体を使用することができる。イットリアを焼成して多孔質セラミックス体としたものは、電解浴(例えば、溶融CaCl2)に溶解したCaや塩素のイオンは通すが金属Caを通過させないという選択透過性を備え、また、強力な還元力をもつCaによっても還元されないという優れた耐カルシウム還元性を有しており、隔膜として好適である。 As the diaphragm, for example, a porous ceramic body containing yttria (Y 2 O 3 ) can be used. A porous ceramic body obtained by firing yttria has a selective permeability that allows Ca and chlorine ions dissolved in an electrolytic bath (for example, molten CaCl 2 ) to pass but does not allow metal Ca to pass therethrough. It has excellent calcium reduction resistance that is not reduced even by Ca having a reducing power, and is suitable as a diaphragm.

このような隔膜がアノードとカソードの間に設けられた電解槽を用いれば、カソード室側で生成した金属(例えば、Ca)のアノード室側への流入の抑制に効果的に作用し、バックリアクションが起こり難く、高い電流効率で電解することができる。   If an electrolytic cell in which such a diaphragm is provided between the anode and the cathode is used, it effectively acts to suppress the inflow of metal (for example, Ca) generated on the cathode chamber side to the anode chamber side, and back reaction Therefore, electrolysis can be performed with high current efficiency.

隔膜の代わりに溶融塩が流通可能に構成された隔壁を用いてもよい。隔壁自体は金属CaはもとよりCaや塩素のイオンなど溶融塩も通さないが、隔壁の一部に溶融塩が通過できるスリットや穴などを設けておくことにより、電解を可能とし、一方、金属Caの通過をある程度制限して、バックリアクションを抑制することが可能となる。   Instead of the diaphragm, a partition configured to allow the molten salt to flow may be used. The partition wall itself does not allow molten salts such as Ca and chlorine ions as well as metal Ca, but by providing slits or holes through which molten salt can pass in a part of the partition wall, electrolysis is possible, while metal Ca The back reaction can be suppressed by restricting the passage of the air to some extent.

実施形態2の金属製造方法で使用する流動型電解槽の隔壁として、金属網を使用することが可能である。   A metal net can be used as the partition wall of the fluidized electrolytic cell used in the metal production method of the second embodiment.

金属網は、多孔質セラミックス体よりも安価であり、破損しにくいという利点がある。ただし、多孔質セラミックス体に比べると、目が粗く、金属Caが通過し易いので、金属網製の隔壁を使用した流動型電解槽を用いる場合は、できるだけ目の細かい金属網を使用する等の配慮が必要である。   The metal net is advantageous in that it is less expensive than a porous ceramic body and is not easily damaged. However, as compared with the porous ceramic body, the mesh is coarse and the metal Ca easily passes. Therefore, when using a fluidized electrolytic cell using a metal mesh partition, use a metal mesh that is as fine as possible. Consideration is necessary.

電解槽内のカソード側の電解浴を高速で流動させると、カソード室側からアノード室側への電解浴の移動がかなり抑制されるので、特に、金属網製の隔壁を使用した流動型電解槽を用いる場合は、電解浴を高速で流動させることが前記電解浴の移動を抑制する上で効果的である。   When the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell is flowed at a high speed, the movement of the electrolytic bath from the cathode chamber side to the anode chamber side is considerably suppressed. In particular, the fluidized electrolytic cell using metal mesh partition walls Is used, it is effective to suppress the movement of the electrolytic bath by flowing the electrolytic bath at a high speed.

金属網の材質としては、高温の電解浴に溶解しないことが必要であり、溶融CaCl2の場合であれば、鉄、ステンレス鋼や、チタン等が使用できる。 As a material of the metal net, it is necessary not to be dissolved in a high-temperature electrolytic bath, and in the case of molten CaCl 2 , iron, stainless steel, titanium, or the like can be used.

本発明の金属製造方法において、電解浴として金属のハロゲン化物を用いる場合を実施形態の一つとして規定する。従来行われているNa、Liや、Mg、Ca等の金属を電解法(溶融塩電解)により製造する場合、これらの金属の塩化物に、電解浴の低融点化、粘性の低下等のため、KCl、CaCl2、NaClなどを加えた、二元系、三元系の溶融塩を電解浴として用いるのが一般的であるが、本発明の金属製造方法においても、それに準じた浴構成を採用したものである。 In the metal production method of the present invention, the case where a metal halide is used as an electrolytic bath is defined as one embodiment. When metals such as Na, Li, Mg, and Ca, which are conventionally used, are produced by an electrolytic method (molten salt electrolysis), these metal chlorides are used to lower the melting point of the electrolytic bath and lower the viscosity. In general, binary and ternary molten salts to which KCl, CaCl 2 , NaCl, and the like are added are used as an electrolytic bath. Adopted.

前記の実施形態3の方法は、本発明の金属製造方法において、電解浴としてカルシウム(Ca)塩またはCa塩を含む混合塩等の溶融物を用い、金属Caを得る方法である。必要に応じ、金属Caが高濃度で含まれる溶融塩を得ることができる。   The method of the third embodiment is a method for obtaining metal Ca by using a melt such as calcium (Ca) salt or a mixed salt containing Ca salt as an electrolytic bath in the metal production method of the present invention. If necessary, a molten salt containing metal Ca at a high concentration can be obtained.

Ca塩としては、CaCl2が好適であり、これにCaF2、KCl等を加えた混合塩等の溶融物を用いるのが一般的である。これを電解浴として用いれば、前述のように、金属Caが得られる。この場合、Caの融点は839℃なので、電解浴の温度をこれより高く維持して電解を行えば、金属Caを溶融状態で得ることができ、これより低い場合は、固形物として得ることができる。 As the Ca salt, CaCl 2 is preferable, and a melt such as a mixed salt obtained by adding CaF 2 , KCl or the like to this is generally used. If this is used as an electrolytic bath, metal Ca is obtained as described above. In this case, since the melting point of Ca is 839 ° C., if the electrolysis is performed while maintaining the temperature of the electrolytic bath higher than this, the metal Ca can be obtained in a molten state, and if lower than this, it can be obtained as a solid. it can.

この実施形態3の方法によれば、前述のCa還元によるTi製造方法で循環使用するCaを連続的に製造することが可能になる。   According to the method of the third embodiment, it is possible to continuously produce Ca that is circulated and used in the Ti production method by the above-described Ca reduction.

本発明の金属製造装置は、電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造に使用する金属製造装置であって、電解槽と、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させる循環経路と、そのための手段を有する装置である。   The metal production apparatus of the present invention is a metal production apparatus used for producing alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal by electrolysis, and circulates between an electrolytic cell and an electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell. It is a device having a path and means therefor.

電解槽の形状等について何ら限定はない。前記図1に示した円筒形状の電解槽であっても良いし、後に示す平板状の電極を備える電解槽であってもよい。   There is no limitation on the shape of the electrolytic cell. The cylindrical electrolytic cell shown in FIG. 1 may be used, or an electrolytic cell equipped with a flat plate electrode shown later.

循環経路についても限定はない。カソード側の電解浴を電解槽外に一旦取り出し、再度、電解槽内へ戻すことができる経路(配管等)であればよい。本発明の金属製造装置の特徴は、この循環経路を備える点にある。   There is no limitation on the circulation route. Any path (pipe, etc.) may be used as long as the cathode-side electrolytic bath can be taken out of the electrolytic cell and returned to the electrolytic cell again. A feature of the metal production apparatus of the present invention is that this circulation path is provided.

電解浴を循環させるための手段としては、前記のように、高温の溶融CaCl2、その他取り扱う溶融塩等に対して耐性のある材質で構成された遠心ポンプ等を使用すればよい。 As a means for circulating the electrolytic bath, as described above, a centrifugal pump made of a material resistant to high-temperature molten CaCl 2 or other molten salt to be handled may be used.

本発明の金属製造装置が、前記循環経路の途中に、電解浴の金属濃度を調整するための調整槽を有するものであれば、電解継続中における金属等の取り出しが可能となる。   If the metal production apparatus of the present invention has an adjustment tank for adjusting the metal concentration of the electrolytic bath in the middle of the circulation path, it is possible to take out the metal and the like during the electrolysis.

前記の実施形態4の装置は、本発明の金属製造装置の望ましい形態で、電解槽と、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させる循環経路に加え、調整槽を有し、さらに、電解槽として流動型電解槽が用いられている装置である。   The apparatus of the fourth embodiment is a desirable form of the metal production apparatus of the present invention, and has an adjustment tank in addition to an electrolytic cell and a circulation path for circulating an electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell. It is an apparatus in which a fluidized electrolytic cell is used as a tank.

図2は、この実施形態4の金属製造装置の構成例を模式的に示す縦断面図である。図2の(a)はカソード室への電解浴の補充が行われない場合、(b)と(c)はカソード室への電解浴の補充が行われる場合を示す図である。(a)に示した装置はアノード室の電解浴供給口の形状が若干異なるが、(b)と(c)に示した装置は構成において差はない。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of the metal manufacturing apparatus according to the fourth embodiment. 2A shows a case where the electrolytic bath is not replenished in the cathode chamber, and FIGS. 2B and 2C show a case where the electrolytic bath is replenished in the cathode chamber. The apparatus shown in (a) is slightly different in the shape of the electrolytic bath supply port of the anode chamber, but the apparatus shown in (b) and (c) is not different in configuration.

図2に示すように、この金属製造装置は、電解槽10と、電解槽内のカソード11側の電解浴12を循環させる循環経路13と、そのための手段であるポンプ14を有し、さらに、調整槽15を備えている。   As shown in FIG. 2, this metal manufacturing apparatus has an electrolytic cell 10, a circulation path 13 for circulating the electrolytic bath 12 on the cathode 11 side in the electrolytic cell, and a pump 14 as a means therefor, An adjustment tank 15 is provided.

電解槽10は流動型電解槽で、前記図1に示した円筒形状の流動型電解槽とは異なる、平板状のアノード16と同じく平板状のカソード11が隔壁17aを挟んで対面配置された電解槽である。なお、図2(a)に示した装置の電解槽は、隔壁17aの下方に開口部があり、両極間の導電性が確保されている。また、(b)と(c)に示した装置の電解槽では、隔壁17bの全面に電解浴が通過できる多数の小さい穴(図示せず)が設けられている。   The electrolytic cell 10 is a fluidized electrolytic cell, and is different from the cylindrical fluidized electrolytic cell shown in FIG. 1 in that the planar cathode 11 and the planar cathode 11 are arranged facing each other across the partition wall 17a. It is a tank. Note that the electrolytic cell of the apparatus shown in FIG. 2A has an opening below the partition wall 17a to ensure conductivity between both electrodes. Further, in the electrolytic cell of the apparatus shown in (b) and (c), a large number of small holes (not shown) through which the electrolytic bath can pass are provided on the entire surface of the partition wall 17b.

調整槽15は、溶融状態で浮上分離した溶融金属18(例えば、金属Ca)をポンプ19により取り出す部分(金属分離部)と、溶融金属18を取り出した後の電解浴20を一次的に貯留する部分(電解浴貯留部)とに分けられ、両部分が下方で接続されている。このような形状の調整槽15を使用すれば、電解浴の循環速度が大きい場合であっても、電解浴20への溶融金属18の混入を避け、金属分離部で浮上分離させることができる。   The adjustment tank 15 temporarily stores a portion (metal separation portion) where a molten metal 18 (for example, metal Ca) floated and separated in a molten state is extracted by a pump 19 and an electrolytic bath 20 after the molten metal 18 is extracted. It is divided into a part (electrolytic bath storage part), and both parts are connected below. If the adjustment tank 15 having such a shape is used, even if the circulation rate of the electrolytic bath is high, the molten metal 18 can be prevented from being mixed into the electrolytic bath 20 and can be floated and separated at the metal separation portion.

図2(a)において、電解浴として溶融CaCl2を使用する場合を例にとると、電気分解することにより電解槽10のアノード16側では塩素21が発生し、カソード11側ではCaが生成する。カソード側の電解浴12を白抜き矢印で示す方向に抜き出し、循環させながら電気分解を継続すると、溶融CaCl2中に溶融状態のCaが生成し、調整槽15の金属分離部で溶融Caとして浮上分離される。溶融Caはポンプ19により適宜取り出され、溶融Caが分離除去された電解浴20はポンプ14により循環経路13を経由して電解槽10のカソード11側へ戻される。なお、この例では、アノード16側に電解浴が補充される。 In the case of using molten CaCl 2 as an electrolytic bath in FIG. 2A, for example, chlorine 21 is generated on the anode 16 side of the electrolytic cell 10 and Ca is generated on the cathode 11 side by electrolysis. . When the electrolytic bath 12 on the cathode side is extracted in the direction indicated by the white arrow and electrolysis is continued while circulating, molten Ca is generated in the molten CaCl 2 and floats as molten Ca in the metal separation portion of the adjustment tank 15. To be separated. Molten Ca is appropriately taken out by the pump 19, and the electrolytic bath 20 from which the molten Ca has been separated and removed is returned to the cathode 11 side of the electrolytic cell 10 via the circulation path 13 by the pump 14. In this example, an electrolytic bath is replenished on the anode 16 side.

図2(b)および(c)に示した装置では、カソード室への電解浴の補充が行われる。(b)に示した装置では、調整槽15の電解浴貯留部に電解浴が補充される。一方、(c)に示した装置では、調整槽15と電解槽10間で循環経路13内に直接補充される。一方、(b)、(c)いずれの装置においても、アノード側で電解浴の補充が行われる。このように、電解浴を補充することにより、電解を長時間連続して行うことが可能になる。   In the apparatus shown in FIGS. 2B and 2C, the electrolytic bath is replenished to the cathode chamber. In the apparatus shown in (b), the electrolytic bath is replenished to the electrolytic bath storage part of the adjustment tank 15. On the other hand, in the apparatus shown in (c), the circulation path 13 is directly replenished between the adjustment tank 15 and the electrolytic tank 10. On the other hand, in both apparatuses (b) and (c), the electrolytic bath is replenished on the anode side. Thus, by replenishing the electrolytic bath, it becomes possible to perform electrolysis continuously for a long time.

上述したように、本発明の装置を用いれば、本発明の金属製造方法を容易に実施することができる。   As described above, the metal production method of the present invention can be easily carried out by using the apparatus of the present invention.

図3は、実施形態4の金属製造装置の他の構成例を模式的に示す縦断面図である。前記図2に示した金属製造装置との違いは調整槽の形状で、図3に例示した調整槽15は、一つの槽で、浮上分離した溶融金属18をポンプ19により取り出す部分(金属分離部)と電解浴20を一次的に貯留する部分(電解浴貯留部)とを兼ねている。小型で、広い設置スペースを要しないという利点があるので、電解浴の循環速度がそれ程大きくはなく、電解浴20への溶融金属18の混入のおそれがない場合等においては、有効である。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing another configuration example of the metal manufacturing apparatus according to the fourth embodiment. The difference from the metal manufacturing apparatus shown in FIG. 2 is the shape of the adjustment tank. The adjustment tank 15 illustrated in FIG. 3 is a single tank, and a portion for extracting the molten metal 18 that has been levitated and separated by the pump 19 (metal separation unit) ) And a part (electrolytic bath storage part) for temporarily storing the electrolytic bath 20. Since it is small in size and does not require a large installation space, it is effective when the circulation rate of the electrolytic bath is not so high and there is no fear that the molten metal 18 is mixed into the electrolytic bath 20.

以下に、本発明の金属製造装置の要部を構成する電解槽(流動型電解槽)を例示する。   Below, the electrolytic cell (fluidized electrolytic cell) which comprises the principal part of the metal manufacturing apparatus of this invention is illustrated.

図4は、前記図2、図3に示した金属製造装置の電解槽で使用している平板型の電極を概念的に示す斜視図で、電極板に垂直な縦断面を併せ示している。図3(a)は、平板状のアノード16とカソード11が隔壁17bを挟んで平行に配置された場合であり、(b)は、さらにアノード16aが設けられている場合である。アノード16aを設けることにより、電解槽自体が幾分大きくなるが、アノード表面積が広く、Clイオンが放電しやすくなるという利点がある。   FIG. 4 is a perspective view conceptually showing a plate-type electrode used in the electrolytic cell of the metal production apparatus shown in FIGS. 2 and 3, and also shows a vertical section perpendicular to the electrode plate. FIG. 3A shows a case where the plate-like anode 16 and the cathode 11 are arranged in parallel with the partition wall 17b interposed therebetween, and FIG. 3B shows a case where the anode 16a is further provided. By providing the anode 16a, the electrolytic cell itself becomes somewhat larger, but there is an advantage that the anode surface area is large and Cl ions are easily discharged.

図5は、図4に示した平板型の電極を有する流動型電解槽の構成例を模式的に示す縦断面図である。(a)、(b)のいずれも図4(b)に示した電極配置の電解槽であるが、(a)に示した電解槽では、アノード側への電解浴の補充が下方から行われるのに対し、(b)に示した電解槽では、隔壁17aの下方に開口部が設けられており、アノード側への電解浴の補充が下部側方から行われる点で相違している。   FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of the fluidized electrolytic cell having the flat plate-type electrode shown in FIG. Both (a) and (b) are electrolytic cells having the electrode arrangement shown in FIG. 4 (b). In the electrolytic cell shown in (a), the electrolytic bath is replenished to the anode side from below. On the other hand, the electrolytic cell shown in (b) is different in that an opening is provided below the partition wall 17a and the electrolytic bath is replenished to the anode side from the lower side.

図6は、流動型電解槽の他の構成例を模式的に示す縦断面図で、(a)は円筒形状の電解槽(中心軸を含む面を表す)であり、(b)は平板型の電極を有する電解槽である。(a)に示した電解槽は、中心部にアノード16を配置し、外周部の内面全体がカソード11として機能する構成を採用している。カソード面積が広いという特徴を有している。(b)に示した電解槽は、中央部に平板型のカソード11を配置し、その両側に、カソード11と平行にアノード16を配置した構成を有している。   FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing another configuration example of the fluidized electrolytic cell, in which (a) is a cylindrical electrolytic cell (representing a surface including the central axis), and (b) is a flat plate type. It is an electrolytic cell which has the electrode of. The electrolytic cell shown in (a) employs a configuration in which the anode 16 is disposed at the center and the entire inner surface of the outer peripheral portion functions as the cathode 11. The cathode area is wide. The electrolytic cell shown in (b) has a configuration in which a flat cathode 11 is arranged at the center, and anodes 16 are arranged on both sides in parallel with the cathode 11.

図7は、流動型電解槽のさらに他の構成例を模式的に示す縦断面図で、(a)は円筒形状の電解槽であり(中心軸を含む面を表す)、(b)は平板型の電極を有する電解槽である。図7(a)に示した電解槽は、全体の構成は前記図6の(a)に示した電解槽と類似しているが、中心部に複数のアノード16が配置されている。一方、(b)に示した電解槽は、図6の(b)に示した電解槽と全体構成は類似しているが、両側に配置されたアノード16のうちの一方の側にアノード16aが設けられている。   FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing still another configuration example of the fluidized electrolytic cell, in which (a) is a cylindrical electrolytic cell (representing a surface including the central axis), and (b) is a flat plate. An electrolytic cell having a mold type electrode. The overall configuration of the electrolytic cell shown in FIG. 7A is similar to the electrolytic cell shown in FIG. 6A, but a plurality of anodes 16 are arranged in the center. On the other hand, the electrolytic cell shown in (b) is similar in overall configuration to the electrolytic cell shown in (b) of FIG. 6, but the anode 16 a is arranged on one side of the anodes 16 arranged on both sides. Is provided.

図5〜図7に示した電解槽はそれぞれ特徴を有しており、それらのいずれを使用するかは、電解浴の種類、製造しようとする金属の流動性や溶解度、アノード表面でのガス発生のし易さ、隔壁の性能、装置全体のレイアウト等を考慮して、適宜定めればよい。   Each of the electrolytic cells shown in FIGS. 5 to 7 has its own characteristics. Which of them is used depends on the type of electrolytic bath, the fluidity and solubility of the metal to be produced, and the generation of gas on the anode surface. It may be determined as appropriate in consideration of ease of operation, partition performance, overall layout of the apparatus, and the like.

次に、電解浴として溶融CaCl2を使用し、両極が平行に配置された平板電極を用いた連続電解設備で、金属Caを100kg/hの生産速度で製造する場合を例にとって、本発明の効果を検証する。 Next, taking as an example the case where metal Ca is produced at a production rate of 100 kg / h in a continuous electrolysis facility using molten CaCl 2 as an electrolytic bath and using flat electrodes in which both electrodes are arranged in parallel. Verify the effect.

電解条件は以下のとおりである。   The electrolysis conditions are as follows.

カソード電流密度 :0.5A/cm2
電流効率 :90%
電解槽出口でのCa濃度:50質量%または5質量%
電解槽入口でのCa濃度:1.0質量%
隔膜−電極間距離 :5mm
金属Caを100kg/hで製造する場合の必要電流(I0)は、電流効率(90%)を考慮して、約150kAとなる(下記(i)式参照)。なお、(i)式において、40gはCaの原子量であり、96500C(クーロン)は物質1g当量を析出(または分解)するに要する電気量である。
Cathode current density: 0.5 A / cm 2
Current efficiency: 90%
Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell: 50% by mass or 5% by mass
Ca concentration at the electrolytic cell inlet: 1.0% by mass
Distance between diaphragm and electrode: 5 mm
The required current (I 0 ) when producing metal Ca at 100 kg / h is about 150 kA in consideration of the current efficiency (90%) (see the following formula (i)). In the formula (i), 40 g is the atomic weight of Ca, and 96500 C (Coulomb) is the amount of electricity required to deposit (or decompose) 1 g equivalent of the substance.

Figure 2009019250
Figure 2009019250

例−1として、電解槽出口でのCa濃度を50質量%とした場合について検討する。   As Example-1, a case where the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell is 50% by mass will be examined.

この場合、電解槽の出口での流量(Vout)は、200kg/h(3.33kg/min)である(下記(ii)式参照)。なお、この溶融塩には、1.0質量%(1kg)のCaが溶融している。 In this case, the flow rate (V out ) at the outlet of the electrolytic cell is 200 kg / h (3.33 kg / min) (see the following formula (ii)). Note that 1.0% by mass (1 kg) of Ca is melted in the molten salt.

Figure 2009019250
Figure 2009019250

一方、電解槽の入口での流量(Vin)は、381.1kg/hである(下記(iii)式参照)。すなわち、電気分解によりCaとCl2を生成するCaCl2(277.5kg/h)と、電気分解されずに電解槽を通過するCaCl2の合計量である。後者のCaCl2は、電解槽の出口流量(200kg/h)から電解生成金属Ca(100kg/h)を差し引いた溶融CaCl2量(100kg/h)に等しい。(iii)式では、1.0質量%のCaが溶融していることを考慮した。なお、(iii)式において、111gはCaCl2の分子量である。 On the other hand, the flow rate (V in ) at the inlet of the electrolytic cell is 381.1 kg / h (see the following formula (iii)). That is, the total amount of CaCl 2 (277.5 kg / h) that generates Ca and Cl 2 by electrolysis and CaCl 2 that passes through the electrolytic cell without being electrolyzed. The latter CaCl 2 is equal to the molten CaCl 2 amount (100 kg / h) obtained by subtracting the electrogenerated metal Ca (100 kg / h) from the outlet flow rate (200 kg / h) of the electrolytic cell. In the formula (iii), it is considered that 1.0% by mass of Ca is melted. In the formula (iii), 111 g is the molecular weight of CaCl 2 .

Figure 2009019250
Figure 2009019250

ここで、比較例として、前記の連続電解設備に、電解浴を連続的に供給し、循環させずに、金属Caを100kg/h製造する場合について検討する。この場合は、電解槽出口でのCa濃度を規定する必要があるので、Ca濃度を前記のとおり50質量%とする。   Here, as a comparative example, the case where 100 kg / h of metallic Ca is produced without continuously supplying an electrolytic bath to the continuous electrolysis equipment and circulating it will be considered. In this case, since it is necessary to regulate the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell, the Ca concentration is set to 50% by mass as described above.

カソード表面積は、30m2とすることが必要である(必要電流150[kA]×103÷カソード電流密度0.5[A/cm2])。ここでは、平板電極の形状を、単純に5m×6mとする。また、隔膜と電極間の距離が5mmであることから、カソード室の体積は、0.15m3=150l(リットル)となる。 The cathode surface area needs to be 30 m 2 (required current 150 [kA] × 10 3 ÷ cathode current density 0.5 [A / cm 2 ]). Here, the shape of the plate electrode is simply 5 m × 6 m. Further, since the distance between the diaphragm and the electrode is 5 mm, the volume of the cathode chamber is 0.15 m 3 = 150 l (liter).

このカソード室に、前記(iii)式で求めた量の溶融CaCl2を381.1kg/h(約180リットル/h=3リットル/min)の流量で投入し、(ii)式で求めた流量200kg/h(約95リットル/h=1.56リットル/min)で取り出すことになる。 The amount of molten CaCl 2 obtained by the above formula (iii) is charged into this cathode chamber at a flow rate of 381.1 kg / h (about 180 liters / h = 3 liters / min), and the flow rate obtained by the formula (ii). It is taken out at 200 kg / h (about 95 liters / h = 1.56 liters / min).

すなわち、電解槽出口でのCa濃度を高めるために、溶融CaCl2を非常にゆっくりと、低流量で投入し、電解する必要がある。単純に電解槽の入口および出口での平均をとって考察すると、平均流量は2.28リットル/minとなるので、この流量で約60分電解することが必要となる。その場合、縦型電解槽であれば、前記平板電極の形状(5m×6m)から、ポンプ能力で5m以上のヘッド圧が必要となるが、吐出量も大きくなるので、このような高ヘッド圧で、かつ低流量での使用に対応できるポンプはない。 That is, in order to increase the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell, it is necessary to perform the electrolysis by introducing molten CaCl 2 very slowly at a low flow rate. Considering simply taking the average at the inlet and outlet of the electrolytic cell, the average flow rate is 2.28 liters / min. Therefore, it is necessary to perform electrolysis for about 60 minutes at this flow rate. In that case, in the case of a vertical electrolytic cell, the shape of the flat plate electrode (5 m × 6 m) requires a head pressure of 5 m or more in terms of pumping capacity. However, there is no pump that can be used at low flow rates.

一方、本発明の金属製造方法を適用して、前記の連続電解設備により金属Caを100kg/hの生産速度で製造する場合は、溶融CaCl2を循環させるので、電解槽出口でのCa濃度を規定する必要はない。金属Caが溶融物または固形物で得られるように、電解槽の出口でのCa濃度が、Ca飽和溶解度以上であればよい。 On the other hand, when the metal production method of the present invention is applied and metal Ca is produced at a production rate of 100 kg / h by the above-mentioned continuous electrolysis equipment, molten CaCl 2 is circulated. There is no need to specify. It is sufficient that the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell is equal to or higher than the Ca saturation solubility so that the metal Ca is obtained as a melt or a solid.

電解槽入口での溶融CaCl2流量も関係ない。カソード室に、溶融CaCl2を投入し、循環させながら、前記(i)式で求めた150kAで、1時間電解することにより、金属Caを100kg/hを製造することができる。 The flow rate of molten CaCl 2 at the electrolytic cell inlet is also unrelated. 100 kg / h of metallic Ca can be produced by introducing molten CaCl 2 into the cathode chamber and performing circulation for 1 hour at 150 kA determined by the equation (i) while circulating.

電流密度を0.5A/cm2と固定しているので、設備の大きさは変わらず、必要なカソード表面積は30m2である。平板電極の形状は、比較例の場合と同じ5m×6mとする。 Since the current density is fixed at 0.5 A / cm 2 , the size of the equipment does not change and the required cathode surface area is 30 m 2 . The shape of the plate electrode is 5 m × 6 m, which is the same as in the comparative example.

ヘッド圧が5m以上のポンプが必要であるが、余裕をみて、ヘッド圧6mのポンプでは、吐出能力が約20リットル/min程度以上となるので、本発明の金属製造方法では、このポンプを使用し、20リットル/minで浴塩を循環させ、調整槽で金属Caを取り出す操業を行えば、目標とする量の金属Caを生産できる。   A pump with a head pressure of 5 m or more is necessary, but with a margin, a pump with a head pressure of 6 m has a discharge capacity of about 20 liters / min or more. Therefore, the metal manufacturing method of the present invention uses this pump. And if the operation which circulates a bath salt at 20 liters / min and takes out metal Ca with an adjustment tank is performed, the target quantity of metal Ca can be produced.

さらに、例−2として、電解槽出口でのCa濃度を5質量%とし、その他の電解条件は同じとして、金属Caを100kg/hで製造する場合について、同様に検討する。   Furthermore, as Example-2, the case where metal Ca is produced at 100 kg / h under the same conditions as the other electrolytic conditions with the Ca concentration at the electrolytic cell outlet being 5% by mass will be similarly examined.

金属Caを100kg/h製造するための必要電流(I0)は、前記と同様に、約150kAであるが、電解槽出口での流量(Vout)は、2000kg/h(33.3kg/min)となり、電解槽の入口での流量(Vin)は、2199kg/hとなる。 The required current (I 0 ) for producing 100 kg / h of metallic Ca is about 150 kA, as described above, but the flow rate (V out ) at the electrolytic cell outlet is 2000 kg / h (33.3 kg / min). ) And the flow rate (V in ) at the inlet of the electrolytic cell is 2199 kg / h.

設備の大きさは変わらず、カソード表面積は30m2、カソード室の体積は、0.15m3=150リットルとなる。平板電極の形状を、5m×6mとする。 The size of the equipment remains the same, the cathode surface area is 30 m 2 , and the volume of the cathode chamber is 0.15 m 3 = 150 liters. The shape of the plate electrode is 5 m × 6 m.

電解浴を循環させずに、金属Caを100kg/hで製造する比較例の場合は、このカソード室に、溶融CaCl2を2199kg/h(約1037リットル/h=17.3リットル/min)の流量で投入し、2000kg/h(約952リットル/h=15.9リットル/min)の流量で取り出すことになる。平均流量16.6/minとなるので、この流量で60分電解することが必要になる。 In the case of a comparative example in which metallic Ca is produced at 100 kg / h without circulating the electrolytic bath, molten CaCl 2 is 2199 kg / h (about 1037 liters / h = 17.3 liters / min) in this cathode chamber. It is introduced at a flow rate and taken out at a flow rate of 2000 kg / h (about 952 liter / h = 15.9 liter / min). Since the average flow rate is 16.6 / min, electrolysis is required at this flow rate for 60 minutes.

その場合、縦型電解槽であれば、ポンプ能力で5m以上のヘッド圧が必要となるが、ヘッド圧6mのポンプでは、吐出能力が20リットル/min程度以上であり、前記の16.6リットル/min程度の流量は、ポンプの流量調整が困難な領域の流量に含まれる。したがって、電解槽出口でのCa濃度を5質量%と低めても、平行平板電極を用いる連続電解設備で、電解浴を循環させずに金属Caを100kg/hの生産速度で製造することは困難である。   In that case, if it is a vertical electrolytic cell, a head pressure of 5 m or more is required in terms of pump capacity, but a pump having a head pressure of 6 m has a discharge capacity of about 20 liters / min or more, and the above-mentioned 16.6 liters. The flow rate of about / min is included in the flow rate in the region where it is difficult to adjust the flow rate of the pump. Therefore, even if the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell is reduced to 5% by mass, it is difficult to produce metallic Ca at a production rate of 100 kg / h without circulating the electrolytic bath in a continuous electrolysis facility using parallel plate electrodes. It is.

一方、本発明の金属製造方法を適用して、前記の連続電解設備により金属Caを100kg/hの生産速度で製造する場合は、電解槽出口でのCa濃度はCa飽和溶解度以上であれば何%であっても構わない。電解槽の入口での溶融CaCl2流量も関係なく、カソード室に、溶融CaCl2を投入し、循環させながら、150kAで1時間電解することにより、金属Caを100kg/hで製造することができる。 On the other hand, when the metal production method of the present invention is applied and metal Ca is produced at a production rate of 100 kg / h by the above-mentioned continuous electrolysis equipment, what is necessary is that the Ca concentration at the electrolytic cell outlet is equal to or higher than the Ca saturation solubility. %. Regardless of the flow rate of molten CaCl 2 at the inlet of the electrolytic cell, molten CaCl 2 is charged into the cathode chamber and electrolyzed at 150 kA for 1 hour while circulating, so that metallic Ca can be produced at 100 kg / h. .

必要なカソード表面積は30m2であり、平板電極の形状を5m×6mとすると、ヘッド圧5m以上のポンプが必要となるが、約20リットル/min程度の吐出能力を持つポンプが使用できる。 When the required cathode surface area is 30 m 2 and the shape of the plate electrode is 5 m × 6 m, a pump with a head pressure of 5 m or more is required, but a pump having a discharge capacity of about 20 liters / min can be used.

本発明の金属製造方法を適用する場合は、このポンプを使用し、20リットル/minで浴塩を循環させ、調整槽で金属Caを取り出す操業を行うことにより、目標とする量のCaを生産できる。   When applying the metal production method of the present invention, this pump is used to circulate the bath salt at 20 liters / min and produce the target amount of Ca by performing the operation of taking out the metal Ca in the adjustment tank. it can.

上記検討の結果、電解浴を循環させずに電解を行う場合は、電解槽出口での目標Ca濃度を高めると、連続電解設備に非常に小さい流量で溶融CaCl2を供給しなければならず、これに対応できるポンプがないため実施が困難であるが、本発明の方法を適用すれば、電解槽出口でのCa濃度は関係なく(但し、飽和濃度以上)、必要なヘッド圧のポンプに合った流量で溶融CaCl2を循環させながら、金属Caの製造が可能であることが判明した。 As a result of the above examination, when performing electrolysis without circulating the electrolytic bath, when the target Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell is increased, molten CaCl 2 must be supplied to the continuous electrolysis equipment at a very small flow rate, Although it is difficult to implement because there is no pump that can handle this, if the method of the present invention is applied, the Ca concentration at the outlet of the electrolytic cell is not related (however, more than the saturated concentration), and it matches the pump with the required head pressure. It has been found that it is possible to produce metallic Ca while circulating molten CaCl 2 at a high flow rate.

以上述べたように、本発明の金属製造方法によれば、Caをはじめ、Na、Mg、La等のアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属を連続して金属を製造することが可能である。カソード側で生成した金属のアノード側への移行を効果的に防止して、高電流効率を確保することができる。   As described above, according to the metal production method of the present invention, it is possible to produce metal continuously from Ca, alkali metals such as Na, Mg, La, alkaline earth metals, or rare earth metals. . It is possible to effectively prevent the metal generated on the cathode side from moving to the anode side and to ensure high current efficiency.

本発明の金属製造方法は、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させながら電気分解を行う方法であり、この方法によれば、電解法により製造されているNa、Ca、Mg、La等のアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属を、高い電流効率で、連続して製造することが可能である。この方法は、本発明の金属製造装置を使用して実施することができる。   The metal production method of the present invention is a method of performing electrolysis while circulating the electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell. According to this method, Na, Ca, Mg, La, etc. produced by the electrolysis method are used. The alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal can be continuously produced with high current efficiency. This method can be carried out using the metal production apparatus of the present invention.

したがって、本発明の金属製造方法および製造装置は、これら金属の精製、製造等の分野において、有効に利用することができる。   Therefore, the metal production method and production apparatus of the present invention can be effectively used in the fields of refining and production of these metals.

本発明の金属製造方法を実施する際に用いられる流動型電解槽の要部の構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structural example of the principal part of the flow type electrolytic cell used when implementing the metal manufacturing method of this invention. 本発明の金属製造装置の構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structural example of the metal manufacturing apparatus of this invention typically. 本発明の金属製造装置の他の構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other structural example of the metal manufacturing apparatus of this invention typically. 本発明の金属製造装置の電解槽で使用する平板型の電極を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the flat type electrode used with the electrolytic vessel of the metal manufacturing apparatus of this invention. 平板型の電極を有する流動型電解槽の構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structural example of the fluidized-type electrolytic cell which has a flat electrode. 流動型電解槽の他の構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other structural example of a fluidized-type electrolytic cell typically. 流動型電解槽のさらに他の構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing still another example of composition of a fluid type electrolytic cell.

符号の説明Explanation of symbols

1:電解槽
1a:電解槽容器
2:アノード
3:カソード
4:底盤
5:上蓋
6:溶融塩供給口
7:溶融塩抜き出し口
8:隔膜
9:冷却器
10:電解槽
11:カソード
12:電解浴
13:循環経路
14:ポンプ
15:調整槽
16:アノード
17a、17b:隔壁
18:溶融金属
19:ポンプ
20:電解浴
21:塩素
1: Electrolyzer 1a: Electrolyzer vessel 2: Anode 3: Cathode 4: Bottom panel 5: Upper lid 6: Molten salt supply port 7: Molten salt outlet 8: Separator 9: Cooler 10: Electrolyzer 11: Cathode 12: Electrolysis Bath 13: Circulation path 14: Pump 15: Adjustment tank 16: Anode 17a, 17b: Septum 18: Molten metal 19: Pump 20: Electrolytic bath 21: Chlorine

Claims (18)

電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造方法であって、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させながら電気分解を行うことを特徴とする金属製造方法。   A method for producing an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal by an electrolytic method, wherein electrolysis is carried out while circulating a cathode-side electrolytic bath in an electrolytic cell. カソード側の電解浴を、当該浴の金属濃度を調整するための調整槽に導入し、調整槽から必要な濃度の金属を取り出した後、電解浴を電解槽へ戻すことを特徴とする請求項1に記載の金属製造方法。   The electrolytic bath on the cathode side is introduced into an adjusting tank for adjusting the metal concentration of the bath, and after removing a metal having a necessary concentration from the adjusting tank, the electrolytic bath is returned to the electrolytic tank. The metal production method according to 1. カソード側の電解浴中の金属が飽和濃度を超えることを特徴とする請求項1または2に記載の金属製造方法。   The metal production method according to claim 1 or 2, wherein the metal in the electrolytic bath on the cathode side exceeds a saturation concentration. 電解槽として、電解浴を電解槽の一端からアノードとカソードの間に連続的または断続的に供給することによりカソード表面近傍の電解浴に一方向の流速を与え、電解浴をカソード表面近傍で一方向に流しながら電気分解することができる流動型電解槽を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属製造方法。   As an electrolytic cell, an electrolytic bath is supplied continuously or intermittently from one end of the electrolytic cell between the anode and the cathode to give a flow rate in one direction to the electrolytic bath near the cathode surface. The metal production method according to claim 1, wherein a fluidized electrolytic cell that can be electrolyzed while flowing in a direction is used. 前記流動型電解槽が、カソード側電解浴とアノード側電解浴を分離する隔壁または隔膜を備えるものであることを特徴とする請求項4に記載の金属製造方法。   The metal production method according to claim 4, wherein the fluidized electrolytic cell includes a partition wall or a diaphragm that separates the cathode side electrolytic bath and the anode side electrolytic bath. 電解槽として請求項4または5に記載の流動型電解槽を用い、調整槽から流動型電解槽へ戻す電解浴に、調整後の調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を、調整槽内または調整槽と前記流動型電解槽間で混合して流動型電解槽へ戻すことを特徴とする請求項2または3に記載の金属製造方法。   The electrolytic bath according to claim 4 or 5 is used as an electrolytic bath, and an electrolytic bath having a metal concentration lower than that of the electrolytic bath in the adjusted tank is adjusted to the electrolytic bath returned from the adjusted tank to the fluidized electrolytic tank. The metal manufacturing method according to claim 2 or 3, wherein the metal is mixed in the adjustment tank or between the adjustment tank and the fluidized electrolytic tank and returned to the fluidized electrolytic tank. 電解槽として請求項4または5に記載の流動型電解槽を用い、調整槽に導入して電解浴中の金属濃度を調整した後の電解浴を流動型電解槽のカソード室に戻し、調整後の調整槽内の電解浴よりも金属濃度の低い電解浴を流動型電解槽のアノード室に供給することを特徴とする請求項2または3に記載の金属製造方法。   The fluidized electrolytic cell according to claim 4 or 5 is used as an electrolytic cell, and the electrolytic bath after being introduced into the adjusting tank and adjusting the metal concentration in the electrolytic bath is returned to the cathode chamber of the fluidized electrolytic cell, and after adjustment 4. The method for producing metal according to claim 2, wherein an electrolytic bath having a metal concentration lower than that of the electrolytic bath in the adjustment bath is supplied to the anode chamber of the fluidized electrolytic bath. アノード室側がカソード室側に対して加圧された状態であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の金属製造方法。   The metal production method according to any one of claims 1 to 7, wherein the anode chamber side is pressurized with respect to the cathode chamber side. 流動型電解槽が、隔膜または隔壁として多孔質セラミックス体を使用したものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の金属製造方法。   9. The metal production method according to claim 5, wherein the fluidized electrolytic cell uses a porous ceramic body as a diaphragm or a partition wall. 流動型電解槽が、隔膜として金属網を使用したものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の金属製造方法。   9. The metal production method according to claim 5, wherein the fluidized electrolytic cell uses a metal net as a diaphragm. 流動型電解槽が、隔膜として金属網を使用したものであり、電解浴を高速で流動させることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の金属製造方法。   The metal production method according to any one of claims 5 to 8, wherein the fluidized electrolytic cell uses a metal net as a diaphragm, and causes the electrolytic bath to flow at a high speed. 電解浴として金属のハロゲン化物を用いることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の金属製造方法。   12. The metal production method according to claim 1, wherein a metal halide is used as the electrolytic bath. 電解浴としてカルシウム塩またはカルシウム塩を含む混合塩の溶融物を用い、金属カルシウムまたは金属カルシウムを含む溶融塩を得ることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の金属製造方法。   The metal production method according to any one of claims 1 to 12, wherein calcium salt or a molten salt containing calcium salt is used as an electrolytic bath to obtain metallic calcium or molten salt containing metallic calcium. 前記得られる金属カルシウムが溶融物である請求項13に記載の金属製造方法。   The metal production method according to claim 13, wherein the obtained metal calcium is a melt. 前記得られる金属カルシウムが固形物である請求項13に記載の金属製造方法。   The metal production method according to claim 13, wherein the obtained metal calcium is a solid. 電解法によるアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属の製造に使用する金属製造装置であって、電解槽と、電解槽内のカソード側の電解浴を循環させる循環経路と、前記循環させるための手段を有することを特徴とする金属製造装置。   A metal production apparatus used for producing an alkali metal, an alkaline earth metal or a rare earth metal by an electrolytic method, comprising: an electrolytic cell; a circulation path for circulating an electrolytic bath on the cathode side in the electrolytic cell; A metal manufacturing apparatus comprising means. 前記循環経路の途中に、電解浴の金属濃度を調整するための調整槽を有することを特徴とする請求項16に記載の金属製造装置。   The metal manufacturing apparatus according to claim 16, further comprising an adjustment tank for adjusting a metal concentration of the electrolytic bath in the middle of the circulation path. 電解槽が、電解浴を保持する電解槽容器と、前記電解槽容器の長手方向に沿って配置されたアノードおよびカソードを有し、前記電解槽容器の長手方向の一方の端部に、電解浴供給口が前記アノードとカソードの間に電解浴を供給できるように設けられ、他方の端部に前記電解浴の電気分解により生成する金属濃度が高められた電解浴を電解槽外へ抜き出す電解浴抜き出し口が設けられている流動型電解槽であることを特徴とする請求項16または17に記載の金属製造装置。   The electrolytic cell has an electrolytic cell container for holding an electrolytic bath, and an anode and a cathode disposed along the longitudinal direction of the electrolytic cell container, and an electrolytic bath is provided at one end in the longitudinal direction of the electrolytic cell container. An electrolytic bath provided with a supply port so as to be able to supply an electrolytic bath between the anode and the cathode, and extracting the electrolytic bath having an increased concentration of metal generated by electrolysis of the electrolytic bath at the other end. The metal production apparatus according to claim 16 or 17, wherein the metal production apparatus is a fluidized electrolytic cell provided with an extraction port.
JP2007184337A 2007-07-13 2007-07-13 Method and apparatus for producing metal Withdrawn JP2009019250A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007184337A JP2009019250A (en) 2007-07-13 2007-07-13 Method and apparatus for producing metal
PCT/JP2008/060848 WO2009011190A1 (en) 2007-07-13 2008-06-13 Process for producing metal and apparatus for producing metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007184337A JP2009019250A (en) 2007-07-13 2007-07-13 Method and apparatus for producing metal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009019250A true JP2009019250A (en) 2009-01-29

Family

ID=40259531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007184337A Withdrawn JP2009019250A (en) 2007-07-13 2007-07-13 Method and apparatus for producing metal

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2009019250A (en)
WO (1) WO2009011190A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105671597A (en) * 2016-02-04 2016-06-15 周勇 Turbulent electrolytic cell and turbulent electrolytic production system consisting of turbulent electrolytic cell
CN106086941A (en) * 2016-08-28 2016-11-09 四川省乐山市科百瑞新材料有限公司 Dumb-bell shape re metal electrolyzing graphite cuvette
CN106119900A (en) * 2016-08-28 2016-11-16 四川省乐山市科百瑞新材料有限公司 A kind of electrolysis produces rare earth metal square-shaped electrode

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235603B (en) * 2020-02-11 2021-10-15 安徽工业大学 Method for preparing metal beryllium by molten salt electro-deoxidation
CN117779121B (en) * 2024-02-26 2024-05-17 成都中核高通同位素股份有限公司 Dynamic electrolytic separation and purification device and system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3532956A1 (en) * 1985-09-14 1987-03-19 Metallgesellschaft Ag METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HIGH PURE PURITY LITHIUM METAL BY MELTFLOW ELECTROLYSIS
WO2000003068A1 (en) * 1998-07-08 2000-01-20 Alcan International Limited Molten salt electrolytic cell having metal reservoir
MXPA02009013A (en) * 2000-03-15 2003-04-25 Du Pont Electrolyte and diaphragm for fused salt electrolysis.
JP4247792B2 (en) * 2004-10-12 2009-04-02 東邦チタニウム株式会社 Method and apparatus for producing metal by molten salt electrolysis
JP2007084847A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Sumitomo Titanium Corp METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Ti

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105671597A (en) * 2016-02-04 2016-06-15 周勇 Turbulent electrolytic cell and turbulent electrolytic production system consisting of turbulent electrolytic cell
CN105671597B (en) * 2016-02-04 2018-06-22 周勇 A kind of turbulent flow electrolytic cell, the turbulent flow electrolysis production system being made of turbulent flow electrolytic cell
CN106086941A (en) * 2016-08-28 2016-11-09 四川省乐山市科百瑞新材料有限公司 Dumb-bell shape re metal electrolyzing graphite cuvette
CN106119900A (en) * 2016-08-28 2016-11-16 四川省乐山市科百瑞新材料有限公司 A kind of electrolysis produces rare earth metal square-shaped electrode
CN106086941B (en) * 2016-08-28 2019-04-12 四川省乐山市科百瑞新材料有限公司 Dumb-bell shape re metal electrolyzing graphite cuvette

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009011190A1 (en) 2009-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA011903B1 (en) Metal producing method and producing device by molten salt electrolysis
WO2005080642A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING Ti OR Ti ALLOY BY REDUCTION OF Ca
JP2009019250A (en) Method and apparatus for producing metal
JP2007063585A (en) MOLTEN SALT ELECTROLYSIS METHOD, ELECTROLYTIC CELL, AND METHOD FOR PRODUCING Ti BY USING THE SAME
WO2007034605A1 (en) Molten salt electrolyzer for reducing metal, method of electrolyzing the same and process for producing high-melting-point metal with use of reducing metal
US4381976A (en) Process for the preparation of titanium by electrolysis
JP4395386B2 (en) Method for producing Ti or Ti alloy by circulating Ca source
EA009106B1 (en) Electrochemical reduction of metal oxides
JP2007084847A (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Ti
JP2005068539A (en) Method and apparatus for producing metal
JP2005068539A5 (en)
JP4347089B2 (en) Method for producing Ti or Ti alloy by Ca reduction
JP4510769B2 (en) Manufacturing method and apparatus for Ti or Ti alloy
JP7129828B2 (en) Molten salt electrolysis method and metal magnesium production method
JP2009197277A (en) MOLTEN SALT ELECTROLYSIS METHOD, ELECTROLYTIC CELL, AND METHOD FOR PRODUCING Ti BY USING THE SAME
JP7206152B2 (en) Molten salt electrolysis method and metal magnesium production method
TW200825209A (en) A method and an electrolysis cell for production of a metal from a molten chloride
JP2006124813A (en) METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING Ti BY Ca REDUCTION
JP2008308738A (en) METHOD FOR MANUFACTURING METAL Ti OR Ti ALLOY
JP2005171357A (en) Electrolyzer for molten metal chloride
JP2007270283A (en) Method and apparatus for depositing and recovering copper
JP7264758B2 (en) Electrode, molten salt electrolysis device, molten salt electrolysis method, and metal production method
JP7515368B2 (en) Manufacturing method of metallic magnesium
JP2009041089A (en) Electrolytic cell and production method of metal using the same
JP4249685B2 (en) Method for producing Ti by Ca reduction

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20091015