JP2014025134A - 溶融塩電解装置及び方法 - Google Patents
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- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
【解決手段】溶融金属塩化物である溶融塩を電解液として収容する電解槽10と、陽極面部30aを有する陽極30及び陽極面部に対向した陰極面40bを有する陰極40を有して、溶融塩中に浸漬されるべき電極ユニットUと、を備え、陽極面部及び陰極面部の各々は、傾斜配置され、陽極面部及び陰極面部の対応して対向するもの同士は、各々、ジグザグ形状部ZGを有し、ジグザグ形状部は、凸部32、42、及び凹部34、44を有する。
【選択図】図1
Description
その第二成分による不要な影響を排する必要があるから装置構成が煩雑となる。
に、電解生成ガスの上昇速度が大きくなると、陽極面部及び陰極面部の間における電解生成ガスの滞留時間が短くなり、電解生成ガスの体積占有率を下げることができ、電解時の過電圧を抑制することができる。
とができるので、有効電解面積の不要な低下を抑えつつ、溝に入る電解生成ガスや電解生成金属の体積を増やすことができるので、過電圧抑制効果や短絡抑制効果を高めることができる。
と共に、電解生成金属を電極ユニットの下方に抜きながら、確実に溶融塩の電解を行うことができる。
とが可能であり、場合によっては、更に第二成分を加えた混合塩系にしてもかまわない。
要十分に確保するためには、陰極40の幅の20%以下に設定することが好ましい。
D−D断面図である。
溶融塩20の電解により陰極面部40b、50b、60bで生成され各々集合して流下する電解生成金属は、下方開口70bを各々介して電極ユニットU外に排出されて流下し、より低い電解槽10の底部において溶融塩20中に溜められる。
は、以上説明してきた実施形態の構成と同一であるため、その説明や図示等を適宜省略又は簡略化する。
上昇させる。また、図7(c)で示す別の変形例における陽極330の凹部134は、その深さ方向に行くに従って漸増的に拡幅された縦断面形状を有することに加えて分岐溝134a、134b、134cを有するものであるため、電解生成ガスを更により確実に分岐溝134a、134b、134cを有する凹部134内に留めながら上昇させる。また、図7(d)で示す別の変形例における陽極430の凹部34は、突起34a’、34b’、34c’を有するものであるため、電解生成ガスをより確実に突起34a’、34b’、34c’間の溝内に留めながら上昇させると共に、溶融塩20がかかる溝の奥まで侵入し難くなり、電解生成ガスの上昇速度を低下させる要因となる溝内での気液混合状態が現出し難くなる。ここで、電解生成ガスをより確実に突起34a’、34b’、34c’間の溝内に留めながら上昇させると共に、溶融塩20がかかる溝の奥まで侵入することを抑制して気液混合状態の発生を抑制する見地からは、突起34a’、34b’、34c’の幅の合計が、陽極面部32の幅の30%以下に設定されることが好ましい。
極面部50a及び第2の中間電極60の陽極面部60a、並びに陰極40の陰極面部40b、第1の中間電極50の陰極面部50b及び第2の中間電極60の陰極面部60bの大きさは各々等しく設定して、それらの傾斜角度αは、45℃に設定した。
スの抜けが速くなったためと考えられる。そして、これらの事象が合わさって、結果として、亜鉛を生成するための電力原単位(電力効率)が、5.33k・Wh/kg(Zn)から3.87kW・h/kg(Zn)へ向上されており、陽極面部30a、50a、60a及び陰極面部40b、50b、60bの全てにジグザグ形状部ZGを付与した効果が現れている。
P…排出管
U…電極ユニット
ZG…ジグザグ形状部
10…電解槽
20…溶融塩
20a…液面
30、130、230、330、430…陽極
30a…陽極面部
30c…上面
30d…下面
32…凸部
32a…第1の傾斜面
32b…第2の傾斜面
34、134…凹部
34a、34b、34c、134a、134b、134c…分岐溝
34a’、34b’、34c’…突起
40、140…陰極
40b…陰極面部
40c…上面
40d…下面
42…凸部
42a…第1の傾斜面
42b…第2の傾斜面
42t…端部
44…凹部
46…切欠き部
146…閉塞部
148…貫通孔
50…第1の中間電極
50a…陽極面部
50b…陰極面部
50c…上面
50d…下面
52…凸部
54…凹部
56…切欠き部
60…第2の中間電極
60a…陽極面部
60b…陰極面部
60c…上面
60d…下面
70…絶縁外装
70a…上方開口
70b…下方開口
80a、80b…電極棒
Claims (15)
- 溶融金属塩化物である溶融塩を電解液として収容する電解槽と、
陽極面部を有する陽極及び前記陽極面部に対向した陰極面部を有する陰極を有して、前記溶融塩中に浸漬されるべき電極ユニットと、
を備え、
前記陽極面部及び前記陰極面部の各々は、鉛直方向である第1の方向に対して傾斜する傾斜方向に傾斜配置され、
前記陽極面部及び前記陰極面部の対応して対向するもの同士は、各々、ジグザグ形状部を有し、
前記ジグザグ形状部は、前記傾斜方向に垂直な第2の方向において突設されながら前記傾斜方向に延在する凸部、及び前記第2の方向において陥設されながら前記傾斜方向に延在する凹部を有し、前記凸部及前記凹部は、それらの内の対応するもの同士を隣接して連ねた状態で、前記傾斜方向及び前記第2の方向に垂直な第3の方向に配設される溶融塩電解装置。 - 前記陽極面部及び前記陰極面部の前記ジグザグ形状部の前記傾斜方向における傾斜角度は、各々、10度以上50度以下の範囲内に設定され、前記凸部は、稜部で連なる一対の斜面を有し、前記ジグザグ形状部は、前記一対の斜面の各々における前記第3の方向に対する角度が各々5度以上45度以下の範囲に設定されたジグザグ角度を有する請求項1に記載の溶融塩電解装置。
- 前記凹部は、前記第3の方向における幅が0.5mm以上である溝を各々有し、前記溝の前記幅の合計は、前記複数の凹部が設けられた前記陽極面部及び前記陰極面部の前記少なくとも一方の前記第3の方向における幅の20%以下である請求項2に記載の溶融塩電解装置。
- 前記溝の前記幅は、前記溝の深さ方向に拡幅される請求項3に記載の溶融塩電解装置。
- 前記溝は、前記溝の深さ方向の底部に分岐溝又は突起を有する請求項3又は4に記載の溶融塩電解装置。
- 更に、前記溝の上端部の周囲を囲うと共に、前記溶融塩の液面の上で開口する排出管を備えた請求項3から5のいずれかに記載の溶融塩電解装置。
- 前記排出管の材質は、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト及び石英のいずれかである請求項6に記載の溶融塩電解装置。
- 前記陽極面部及び前記陰極面部は、互いに平行であり、それらの間に電解反応空間が画成される請求項1から7のいずれかに記載の溶融塩電解装置。
- 前記陽極面部及び前記陰極面部の間の距離は、1mm以上5mm以下である請求項8に記載の溶融塩電解装置。
- 前記陽極及び前記陰極の材質は、グラファイトを90重量%以上含有する請求項1から9のいずれかに記載の溶融塩電解装置。
- 前記電極ユニットは、更に、前記陽極及び前記陰極の外周を、前記電解反応空間の上下を除いて全体的に覆う絶縁外装を備える請求項1から10のいずれかに記載の溶融塩電解装置。
- 前記絶縁外装の材質は、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト及び石英のいずれかである請求項11に記載の溶融塩電解装置。
- 前記溶融塩は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム及び塩化亜鉛のいずれかを含む請求項1から12のいずれかに記載の溶融塩電解装置。
- 前記溶融塩が、塩化亜鉛を含む単独塩系である請求項13に記載の溶融塩電解装置。
- 溶融金属塩化物である溶融塩を電解液として収容する電解槽と、陽極面部を有する陽極及び前記陽極面部に対向した陰極面部を有する陰極を有して、前記溶融塩中に浸漬されるべき電極ユニットと、を備え、前記陽極面部及び前記陰極面部の各々は、鉛直方向である第1の方向に対して傾斜する傾斜方向に傾斜配置され、前記陽極面部及び前記陰極面部の対応するもの同士は、各々、ジグザグ形状部を有し、前記ジグザグ形状部は、前記傾斜方向に垂直な第2の方向において突設されながら前記傾斜方向に延在する凸部、及び前記第2の方向において陥設されながら前記傾斜方向に延在する凹部を有し、前記凸部及前記凹部は、それらの内の対応するもの同士を隣接して連ねた状態で、前記傾斜方向及び前記第2の方向に垂直な第3の方向に配設される溶融塩電解装置を用意する工程と、
前記電極の陽極面部においては電解生成ガスが生成され、前記陽極面部に対応する陰極面部においては前溶融塩より比重の大きな電解生成金属が生成される電解工程と、
前記電解生成ガス及び電解生成金属の対応するものを、前記凸部に沿って前記凹部に集めながら、前記凹部に沿って移動させる工程と、
を備えた溶融塩電解方法。
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