JP2019214773A - Molten salt electrolysis method, and method for producing metal magnesium - Google Patents

Molten salt electrolysis method, and method for producing metal magnesium Download PDF

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Abstract

To provide a molten salt electrolysis method, and a method for producing a metal magnesium, capable of refilling a molten salt bath with magnesium chloride without causing the increase of temperature of the molten salt bath, the magnesium chloride being consumed with the continuity of electrolysis.SOLUTION: This invention relates to a molten salt electrolysis method for electrolyzing magnesium chloride based on energization to an electrode 3 in a molten salt bath of a molten salt comprising the magnesium chloride and a supporting electrolyte to obtain a metal magnesium through the electrolysis, including: a bath-extracting step of extracting a part Ps of the molten salt comprising the magnesium chloride and the supporting electrolyte from the molten salt bath, when refilling the molten salt bath with the magnesium chloride; a mixture-producing step of mixing a molten salt P extracted in the bath-extracting step with a refilling magnesium chloride Rs to obtain a mixture Ms of the molten salt Ps and the refilling magnesium chloride Rs; and a mixture-supplying step of supplying the mixture Ms to the molten salt bath at temperature equal to or lower than the melting point of the magnesium chloride.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、溶融塩浴で、それに含まれる塩化マグネシウムを電極への通電に基いて電気分解し、金属マグネシウムを得る溶融塩電解方法および、金属マグネシウムの製造方法に関するものである、特にこの発明は、電気分解の継続に伴って消費される塩化マグネシウムを、溶融塩浴に有効に補給することのできる技術を提案するものである。   The present invention relates to a molten salt electrolysis method for obtaining magnesium metal by electrolyzing magnesium chloride contained therein in a molten salt bath based on energization of an electrode, and to a method for producing metal magnesium. Another object of the present invention is to propose a technique capable of effectively replenishing a molten salt bath with magnesium chloride consumed as electrolysis continues.

たとえば、クロール法による金属チタンの製造に際し、副次的に生成される塩化マグネシウムは、溶融塩電解槽を用いて、電気分解により金属マグネシウムと塩素ガスとに分解されることがある。この場合、金属マグネシウムと塩素ガスはそれぞれ四塩化チタンの還元およびチタン鉱石の塩素化に用いられて再利用される。   For example, in the production of titanium metal by the Kroll method, magnesium chloride produced as a by-product may be decomposed into magnesium metal and chlorine gas by electrolysis using a molten salt electrolytic cell. In this case, the metallic magnesium and the chlorine gas are reused for reduction of titanium tetrachloride and chlorination of titanium ore, respectively.

この種の電気分解では一般に、たとえば隔壁によって貯留室と電解室とに区画された電解槽等の内部で、塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩を貯留させて溶融塩浴とする。この溶融塩浴では、電解槽の内部の溶融塩が貯留室から電解室へ流れて、ここで電極への通電に基いて、塩化マグネシウムが金属マグネシウムと塩素とに分解される。電解室で生成された金属マグネシウムは電解槽の内部で貯留室へとさらに循環して、溶融塩との密度差によって溶融塩浴の液面上に浮上した後に回収される。なお、塩素は電解槽に設けられたガス排出通路等を経て電解槽の外部に排出される。   In this type of electrolysis, a molten salt containing magnesium chloride and a supporting salt is generally stored in an electrolytic tank or the like partitioned into a storage chamber and an electrolytic chamber by a partition wall to form a molten salt bath. In this molten salt bath, the molten salt inside the electrolytic cell flows from the storage chamber to the electrolytic chamber, where magnesium chloride is decomposed into magnesium metal and chlorine based on the power supply to the electrodes. The metallic magnesium generated in the electrolytic chamber is further circulated to the storage chamber inside the electrolytic cell, and is recovered after floating on the liquid surface of the molten salt bath due to a difference in density with the molten salt. Note that chlorine is discharged to the outside of the electrolytic cell via a gas discharge passage or the like provided in the electrolytic cell.

かかる溶融塩電解では、塩化マグネシウムが電気分解され、金属マグネシウムが生成されると、それに伴って溶融塩浴中の塩化マグネシウムが減少する。それ故に、溶融塩電解を継続して行うには、電気分解で消費される塩化マグネシウムを溶融塩浴に補給することが必要になる。   In such molten salt electrolysis, when magnesium chloride is electrolyzed and metallic magnesium is produced, the amount of magnesium chloride in the molten salt bath decreases accordingly. Therefore, in order to continuously carry out the molten salt electrolysis, it is necessary to supply magnesium chloride consumed in the electrolysis to the molten salt bath.

ここで、塩化ナトリウム等をも支持塩として含む溶融塩浴は、金属マグネシウムが固化しない程度の比較的低温に維持される。このような溶融塩浴に、融点がおよそ714℃と高温の溶融状態の塩化マグネシウムをそれ単独で供給して補給すれば、その補給に際して溶融塩浴の温度が一時的に上昇するという問題がある。
この溶融塩浴の温度上昇は、一旦電気分解された金属マグネシウムと塩素が塩化マグネシウムに戻る反応を生じさせ、それにより電流効率を低下させる。またこの場合、電解槽の外壁を構成する煉瓦等の熱損傷のおそれがある。さらには、温度が上昇した溶融塩が煉瓦等の外壁の隙間を通過して溶融塩浴の漏洩が発生することも懸念される。
Here, the molten salt bath that also contains sodium chloride or the like as a supporting salt is maintained at a relatively low temperature such that the metallic magnesium does not solidify. If magnesium chloride in a molten state having a high melting point of about 714 ° C. is supplied and supplied alone to such a molten salt bath, there is a problem that the temperature of the molten salt bath temporarily rises during the replenishment. .
This increase in the temperature of the molten salt bath causes a reaction in which the electrolyzed metallic magnesium and chlorine return to magnesium chloride, thereby reducing the current efficiency. Further, in this case, there is a possibility that the bricks and the like constituting the outer wall of the electrolytic cell may be thermally damaged. Further, there is a concern that the molten salt whose temperature has risen may pass through a gap in an outer wall of a brick or the like to cause leakage of the molten salt bath.

溶融塩浴の温度調整に関し、特許文献1には、「溶融塩浴中に浸漬した一つ以上の導管を有する熱交換器の入気ダクト内に燃焼バーナーと、冷却空気導入通路を併設し、浴温度が所定値以下となったとき、燃焼バーナーを作動させ、燃焼ガスを前記導管に送入して浴加熱を行ない、また浴温度が所定値以上となったとき、バーナーの作動を停止すると共に、バーナーの外周に設けた通路より冷却空気を前記各導管へ送入して浴の熱を運び去ることを特徴とする溶融塩電解槽の浴温度調整方法」が開示されている。   Regarding the temperature adjustment of the molten salt bath, Patent Document 1 discloses that “a combustion burner and a cooling air introduction passage are provided in an inlet duct of a heat exchanger having one or more conduits immersed in the molten salt bath, When the bath temperature falls below a predetermined value, the combustion burner is operated, the combustion gas is fed into the conduit to heat the bath, and when the bath temperature rises above the predetermined value, the operation of the burner is stopped. A method for adjusting the bath temperature of a molten salt electrolytic cell, characterized in that cooling air is fed into each of the conduits through a passage provided on the outer periphery of the burner to carry away the heat of the bath.

なお特許文献2は、「マグネシウム電解に供する塩化マグネシウムの製造方法」に着目し、「塩化マグネシウムを電解してマグネシウムを製造する電解槽から塩化マグネシウム濃度の低下した電解浴塩を抽出し、その電解浴塩に固体粉末状の酸化マグネシウム又は/及び炭酸マグネシウムを懸濁させ、この懸濁液中に塩素を含むガスを送通して酸化マグネシウムと塩素を反応させて塩化マグネシウムを生成させ、塩化マグネシウム濃度の高くなった電解浴塩を上記の電解槽に戻して電解することを特徴とするマグネシウムの製造方法」を提案している。そして、これによれば、「電解浴塩を循環させて塩素化と電解を繰り返し行うことができる。そのため、塩化マグネシウムを固体として系外へ取り出す必要がなく、操作が簡単で、しかも従来の固体塩化マグネシウムの吸湿に伴う問題は生じない。また、電解量即ちマグネシウム製造量に対応して必要な量の塩化マグネシウムを生成させることができ、その品質も安定している。」とされている。   Patent Document 2 focuses on "a method for producing magnesium chloride to be used for magnesium electrolysis", and "extracts an electrolytic bath salt having a reduced concentration of magnesium chloride from an electrolytic cell for producing magnesium by electrolyzing magnesium chloride and electrolyzing the same. Magnesium oxide or / and magnesium carbonate in the form of solid powder are suspended in the bath salt, and a gas containing chlorine is passed through the suspension to react the magnesium oxide with chlorine to produce magnesium chloride. The method for producing magnesium, comprising returning the electrolytic bath salt having an increased value to the electrolytic cell and performing electrolysis. According to this, "chlorination and electrolysis can be repeatedly performed by circulating an electrolytic bath salt. Therefore, it is not necessary to take out magnesium chloride as a solid outside the system. There is no problem associated with the absorption of magnesium chloride, and the required amount of magnesium chloride can be produced in accordance with the amount of electrolysis, that is, the amount of magnesium produced, and its quality is stable. "

特開平4−214889号公報JP-A-4-214889 特開平2−243789号公報JP-A-2-243789

しかしながら、特許文献1に記載されているような燃焼バーナーの始動・停止による溶融塩浴の温度調整によっても、上述したように高温の塩化マグネシウムを溶融塩浴に補給した際に、少なくとも当該補給後の一定時間は溶融塩浴の温度が上昇することは避けられない。よって、塩化マグネシウム補給時における温度制御で改善の余地があった。   However, even by adjusting the temperature of the molten salt bath by starting and stopping the combustion burner as described in Patent Document 1, when the high-temperature magnesium chloride is supplied to the molten salt bath as described above, at least after the replenishment, It is inevitable that the temperature of the molten salt bath rises for a certain period of time. Therefore, there is room for improvement in temperature control during magnesium chloride replenishment.

特許文献2の提案技術では、「電解槽から塩化マグネシウム濃度の低下した電解浴塩を抽出し、その電解浴塩に固体粉末状の酸化マグネシウム又は/及び炭酸マグネシウムを懸濁させ、この懸濁液中に塩素を含むガスを送通して酸化マグネシウムと塩素を反応させて塩化マグネシウムを生成させ、」としている。しかしながら、このような塩化マグネシウムを生成させる塩素化反応の温度は、その実施例1にも記載されているように、溶融塩浴の温度に比して極めて高く設定される。したがって、そのようにして生成された塩化マグネシウムを溶融塩浴に供給すると、溶融塩浴の温度が大きく上昇するので、この特許文献2によっても浴温度上昇の問題を解決することはできない。またここでは、酸化マグネシウム等が溶融塩浴に混入する可能性があり、このことが安定した電気分解の実施を阻害するおそれもある。   In the proposed technique of Patent Document 2, “an electrolytic bath salt having a reduced magnesium chloride concentration is extracted from an electrolytic bath, and solid oxide magnesium oxide and / or magnesium carbonate is suspended in the electrolytic bath salt. A gas containing chlorine is passed through to react magnesium oxide with chlorine to produce magnesium chloride. " However, as described in Example 1, the temperature of the chlorination reaction for producing such magnesium chloride is set to be extremely higher than the temperature of the molten salt bath. Therefore, when the magnesium chloride thus produced is supplied to the molten salt bath, the temperature of the molten salt bath rises significantly. Therefore, the problem of bath temperature rise cannot be solved even by Patent Document 2. Further, here, magnesium oxide and the like may be mixed into the molten salt bath, which may hinder stable electrolysis.

この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、溶融塩浴の温度上昇を抑制しながら、電気分解の継続に伴って消費される塩化マグネシウムを溶融塩浴に補給することのできる溶融塩電解方法および、金属マグネシウムの製造方法を提供することにある。   It is an object of the present invention to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress the temperature rise of a molten salt bath and to reduce the magnesium chloride consumed with the continuation of electrolysis by molten salt. It is an object of the present invention to provide a molten salt electrolysis method that can be supplied to a bath and a method for producing metallic magnesium.

この発明の溶融塩電解方法は、塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩の溶融塩浴で、電極への通電に基いて前記塩化マグネシウムを電気分解し、該電気分解により金属マグネシウムを得るものであって、溶融塩浴に塩化マグネシウムを補給するに当り、前記溶融塩浴から、塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩の一部を抜き取る浴抽出工程と、浴抽出工程で抜き取った溶融塩を補給用塩化マグネシウムと混合し、前記溶融塩と補給用塩化マグネシウムとの混合物とする混合物生成工程と、前記混合物を塩化マグネシウムの融点以下の温度で、前記溶融塩浴に供給する混合物供給工程とを含むものである。   The molten salt electrolysis method of the present invention electrolyzes the above-mentioned magnesium chloride in a molten salt bath of a molten salt containing magnesium chloride and a supporting salt, based on power supply to an electrode, and obtains metallic magnesium by the electrolysis. In replenishing the molten salt bath with magnesium chloride, a bath extraction step of extracting a part of the molten salt containing the magnesium chloride and the supporting salt from the molten salt bath, and a supply of the molten salt extracted in the bath extraction step. Mixing with magnesium chloride to form a mixture of the molten salt and replenishing magnesium chloride, and a mixture supplying step of supplying the mixture to the molten salt bath at a temperature equal to or lower than the melting point of magnesium chloride. .

ここで、この発明の溶融塩電解方法では、混合物供給工程で前記混合物を溶融塩浴に供給する際の、当該混合物の温度を、645℃〜700℃とすることが好ましい。
またここで、この発明の溶融塩電解方法では、混合物供給工程で前記混合物を溶融塩浴に供給する際の、当該混合物の温度を、前記溶融塩浴の温度との差が±10℃以内になる温度とすることが好ましい。
なお、この発明の溶融塩電解方法では、前記溶融塩浴の温度を651℃以上に維持することができる。
Here, in the molten salt electrolysis method of the present invention, when the mixture is supplied to the molten salt bath in the mixture supplying step, the temperature of the mixture is preferably 645 ° C to 700 ° C.
Further, here, in the molten salt electrolysis method of the present invention, when the mixture is supplied to the molten salt bath in the mixture supplying step, the temperature of the mixture is not more than ± 10 ° C. from the temperature of the molten salt bath. The temperature is preferably set to
In the molten salt electrolysis method of the present invention, the temperature of the molten salt bath can be maintained at 651 ° C. or higher.

この発明の溶融塩電解方法では、混合物生成工程の前記混合物が、塩化マグネシウムを10質量%〜95質量%、支持塩を5質量%〜90質量%で含むことが好適である。   In the molten salt electrolysis method of the present invention, it is preferable that the mixture in the mixture producing step contains 10% to 95% by mass of magnesium chloride and 5% to 90% by mass of a supporting salt.

また、この発明の溶融塩電解方法では、前記支持塩が、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含むものとすることができる。   Further, in the molten salt electrolysis method of the present invention, the supporting salt may include at least one selected from the group consisting of sodium chloride, calcium chloride, potassium chloride, magnesium fluoride, and calcium fluoride.

そしてまた、この発明の溶融塩電解方法では、浴抽出工程で前記溶融塩浴から抜き取る溶融塩に対する、混合物生成工程で当該溶融塩に混合させる補給用塩化マグネシウムの質量比を、1.0〜10.0とすることが好ましい。   Further, in the molten salt electrolysis method of the present invention, the mass ratio of the replenishing magnesium chloride to be mixed with the molten salt in the mixture generation step with respect to the molten salt extracted from the molten salt bath in the bath extraction step is 1.0 to 10%. .0 is preferable.

この発明の金属マグネシウムの製造方法は、上記のいずれかの溶融塩電解方法を用いて、溶融塩から金属マグネシウムを製造するものである。   The method for producing metallic magnesium of the present invention is to produce metallic magnesium from a molten salt by using any one of the above-described molten salt electrolysis methods.

この発明によれば、溶融塩浴から溶融塩の一部を抜き取り、その溶融塩を補給用塩化マグネシウムと混合して得られる混合物を、塩化マグネシウムの融点以下の温度で、溶融塩浴に供給することにより、塩化マグネシウムを溶融塩浴に補給する際の、溶融塩浴の温度上昇を有効に抑制することができる。   According to the present invention, a part of the molten salt is withdrawn from the molten salt bath, and a mixture obtained by mixing the molten salt with supplementary magnesium chloride is supplied to the molten salt bath at a temperature equal to or lower than the melting point of magnesium chloride. This makes it possible to effectively suppress a rise in the temperature of the molten salt bath when magnesium chloride is supplied to the molten salt bath.

この発明の一の実施形態の溶融塩電解方法を実施することのできる溶融塩電解槽の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an example of a molten salt electrolysis tank which can perform a molten salt electrolysis method of one embodiment of the present invention. 図1のII−II線に沿う断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1.

以下に図面に示すところに基いて、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1に縦断面図で例示する溶融塩電解槽1は、たとえば主としてAl23等の耐火煉瓦その他の適切な材料からなる容器形状を有し、その内部に貯留された塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩からなる溶融塩浴で、溶融塩中の塩化マグネシウムの電気分解が行われる電解槽2を備える。また溶融塩電解槽1は、電解槽2内に溶融塩浴の深さ方向と平行に並べて配置した部分を有する陽極3a及び陰極3bを含む電極3を備えるものである。なお、溶融塩電解槽1はさらに、図示しないが、貯留室2b等に配置されて、電解槽2内の温度調整を行う熱交換器としての温度調整管等を備えることがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The molten salt electrolytic cell 1 exemplified in the longitudinal sectional view of FIG. 1 has a container shape mainly made of a refractory brick such as Al 2 O 3 or another suitable material, and contains magnesium chloride and a supporting salt stored therein. And an electrolytic bath 2 for electrolyzing magnesium chloride in the molten salt with a molten salt bath comprising a molten salt containing: Further, the molten salt electrolytic cell 1 includes an electrode 3 including an anode 3a and a cathode 3b having portions arranged in the electrolytic cell 2 in parallel with the depth direction of the molten salt bath. Although not shown, the molten salt electrolytic cell 1 may be further provided with a temperature adjusting tube or the like as a heat exchanger that is disposed in the storage chamber 2b or the like and adjusts the temperature in the electrolytic cell 2.

この溶融塩電解槽1を用いて行う溶融塩電解では、塩化マグネシウムの電気分解により、図1に示すように、溶融金属として金属マグネシウム(Mg)が生成されるとともに、ガスとして塩素(Cl2)が発生する。溶融塩電解で生成された金属マグネシウムは、金属チタンを製造するクロール法における四塩化チタンの還元に、また塩素ガスは、同法におけるチタン鉱石の塩素化にそれぞれ用いることができる。この電気分解の原料とする塩化マグネシウムとしては、クロール法で副次的に生成されるものを使用可能である。 In the molten salt electrolysis performed using the molten salt electrolyzer 1, as shown in FIG. 1, metallic magnesium (Mg) is produced as a molten metal and chlorine (Cl 2 ) is produced as a gas by electrolysis of magnesium chloride. Occurs. Metal magnesium produced by molten salt electrolysis can be used for reduction of titanium tetrachloride in the Kroll method for producing metal titanium, and chlorine gas can be used for chlorination of titanium ore in the method. As the magnesium chloride used as the raw material for the electrolysis, it is possible to use those produced by the chlor method as a by-product.

溶融塩には、上記の塩化マグネシウム(MgCl2)の他、支持塩が含まれる。この支持塩は、塩化マグネシウムに溶解し、塩化マグネシウムと混合した際に晶出温度を低下させ、かつ、粘度を低下させる電解質を意味する。支持塩は具体的には、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カルシウム(CaCl2)、塩化カリウム(KCl)、フッ化マグネシウム(MgF2)及びフッ化カルシウム(CaF2)からなる群から選択される少なくとも一種とすることができる。晶出温度とは、二種類以上の電解質からなる溶融塩を液体の状態から温度を下げたときに、ある一種類の電解質成分が固体として析出し始める晶出という現象が起きる温度をいう。溶融塩が一種類だけの場合は、液体の状態から温度を下げたときに、凝固点で全体が固体となるため、晶出温度=凝固点=融点である。なお、電気分解で塩化マグネシウムを優先的に分解させるため、支持塩としては、塩化マグネシウムより分解電圧が高い電解質を用いることが一般的である。 The molten salt contains a supporting salt in addition to the above-mentioned magnesium chloride (MgCl 2 ). This supporting salt means an electrolyte which lowers the crystallization temperature and lowers the viscosity when dissolved in magnesium chloride and mixed with magnesium chloride. Specifically, the supporting salt is at least selected from the group consisting of sodium chloride (NaCl), calcium chloride (CaCl 2 ), potassium chloride (KCl), magnesium fluoride (MgF 2 ), and calcium fluoride (CaF 2 ). It can be a kind. The crystallization temperature refers to a temperature at which a phenomenon occurs in which a certain kind of electrolyte component starts to precipitate as a solid when a molten salt composed of two or more kinds of electrolytes is cooled from a liquid state. When only one type of molten salt is used, when the temperature is lowered from the liquid state, the whole becomes solid at the freezing point, so that crystallization temperature = freezing point = melting point. In order to preferentially decompose magnesium chloride by electrolysis, it is general to use an electrolyte having a higher decomposition voltage than magnesium chloride as a supporting salt.

ここで、図示の電解槽2は内部に、図1に示すところでは実質的に深さ方向に沿って配置された隔壁4をさらに備えるものである。かかる隔壁4により、電解槽2の内部は、図1では右側に位置して電極3が配置された電解室2aと、左側に位置し、電解室2aでの電気分解により得られた金属マグネシウムが流れ込んで該金属マグネシウムが溶融塩との密度差により上方側に溜まる貯留室2bとに区画される。この隔壁4は具体的には、電解槽2の上方側開口を覆蓋するための図示しない蓋部材に近接させて配置される。これにより、電解槽2の下方側の底部との間に、貯留室2bから電解室2aへの溶融塩浴の移動を可能にする溶融塩循環路4aが形成される。また、隔壁4の上方側に設けた溶融金属流路4bにより、電解室2aから貯留室2bへの溶融金属の流入が可能になる。   Here, the illustrated electrolytic cell 2 further includes a partition wall 4 disposed substantially along the depth direction as shown in FIG. Due to the partition walls 4, the inside of the electrolytic cell 2 is provided on the right side in FIG. 1 with the electrolytic chamber 2a in which the electrode 3 is disposed, and on the left side, metal magnesium obtained by electrolysis in the electrolytic chamber 2a. The metal magnesium flows into and is partitioned into a storage chamber 2b that accumulates on the upper side due to a density difference from the molten salt. Specifically, the partition 4 is arranged close to a lid member (not shown) for covering the upper opening of the electrolytic cell 2. Thus, a molten salt circulation path 4a is formed between the storage chamber 2b and the electrolysis chamber 2a so that the molten salt bath can move from the storage chamber 2b to the electrolysis chamber 2a. Further, the molten metal flow path 4b provided above the partition wall 4 allows the molten metal to flow from the electrolytic chamber 2a to the storage chamber 2b.

またここで、電解室2aに配置された電極3は、少なくとも、図示しない電源等に接続された陽極3a及び陰極3bを有する。これらの陽極3a及び陰極3bにより、MgCl2→Mg+Cl2の反応に基いて、陽極3aの表面で酸化反応により塩素等のガスを生じさせるとともに、陰極3bの表面で還元反応により溶融金属である金属マグネシウムを生成させる。 Here, the electrode 3 disposed in the electrolytic chamber 2a has at least an anode 3a and a cathode 3b connected to a power supply (not shown). The anode 3a and the cathode 3b generate a gas such as chlorine by an oxidation reaction on the surface of the anode 3a based on a reaction of MgCl 2 → Mg + Cl 2 , and a metal which is a molten metal by a reduction reaction on the surface of the cathode 3b. Generates magnesium.

電極3は、少なくとも陽極3a及び陰極3bを有するものであれば、溶融塩中の塩化マグネシウムの電気分解を行うことができる。一方、電気分解の生成効率向上等の観点より、図2に示すところから解かるように、陽極3aと陰極3bとの間に、電源に接続されておらず陽極3a及び陰極3b間への電圧の印加によって分極する一枚以上、たとえば二枚のバイポーラ電極3cをさらに有することが好ましい。但し、このようなバイポーラ電極3cは必ずしも必要ではない。   As long as the electrode 3 has at least the anode 3a and the cathode 3b, the electrolysis of magnesium chloride in the molten salt can be performed. On the other hand, from the viewpoint of improving the generation efficiency of electrolysis and the like, as can be seen from FIG. 2, the voltage between the anode 3a and the cathode 3b is not connected to the power supply between the anode 3a and the cathode 3b. It is preferable to further include one or more, for example, two bipolar electrodes 3c which are polarized by the application of. However, such a bipolar electrode 3c is not always necessary.

上述した溶融塩電解槽1を用いた溶融塩電解方法では、溶融塩浴の対流により、図1に示すように、貯留室2bから底部側の溶融塩循環路4aを経て電解室2aに流動した溶融塩中の塩化マグネシウムが電気分解される。これにより、電解室2aで金属マグネシウムが溶融状態で生成される。そしてこの金属マグネシウムは、隔壁4の浴面側の溶融金属流路4bを通って貯留室2bに流入する。その後、溶融塩に対する比重の小さい金属マグネシウムは、貯留室2bの浅い箇所に浮上してそこに溜まることになる。貯留室2bで浮上した金属マグネシウムは、図示しないポンプ等により回収することができる。したがって、これによれば、溶融塩から金属マグネシウムを製造することができる。   In the molten salt electrolysis method using the molten salt electrolyzer 1 described above, the convection of the molten salt bath caused the fluid to flow from the storage chamber 2b to the electrolysis chamber 2a via the molten salt circulation path 4a at the bottom as shown in FIG. Magnesium chloride in the molten salt is electrolyzed. Thereby, metallic magnesium is generated in a molten state in the electrolytic chamber 2a. The metallic magnesium flows into the storage chamber 2b through the molten metal flow path 4b on the bath surface side of the partition wall 4. Thereafter, the metallic magnesium having a small specific gravity with respect to the molten salt floats on a shallow portion of the storage chamber 2b and accumulates therein. The metallic magnesium floating in the storage chamber 2b can be collected by a pump or the like (not shown). Therefore, according to this, metallic magnesium can be produced from a molten salt.

このようにして溶融塩電解槽1で塩化マグネシウムの電気分解を行っていると、電気分解の実施に伴って溶融塩浴中の塩化マグネシウムが消費されて減少する。それ故に、電気分解を継続するには、溶融塩浴に塩化マグネシウムを、たとえば定期的に補給することを要する。   When magnesium chloride is electrolyzed in the molten salt electrolytic cell 1 in this manner, magnesium chloride in the molten salt bath is consumed and reduced with the execution of the electrolysis. Therefore, continuing the electrolysis requires that the molten salt bath be replenished with magnesium chloride, for example, periodically.

ここで従来は、融点が約714℃である塩化マグネシウムを750℃程度にして溶融させ、当該塩化マグネシウムのみを溶融塩浴に供給して補給していた。このように塩化マグネシウムのみを補給すると、操業時に、たとえば金属マグネシウムが固化しない660℃ほどに維持される溶融塩浴の温度が、上記の高温の塩化マグネシウムの補給に基づき大きく上昇するという問題があった。この場合、上述したように電気分解により生成されていた金属マグネシウムと塩素が、溶融塩浴の温度上昇により塩化マグネシウムに戻る反応が起こる。この塩化マグネシウムの再度の電気分解は、電気を消費するので電流効率が低下する。また、電解槽2の外壁は、耐火煉瓦等の隙間に溶融塩の固化物が含まれることがあるが、溶融塩浴の温度上昇は、電解槽外壁の固化していた溶融塩を溶解させる。それにより、電解槽2からの溶融塩浴の漏洩を招くおそれがある。その他、電解槽2の外壁の熱損傷が生じる場合もある。   Here, conventionally, magnesium chloride having a melting point of about 714 ° C. has been melted at about 750 ° C., and only the magnesium chloride has been supplied to the molten salt bath for replenishment. If only magnesium chloride is replenished in this way, there is a problem that the temperature of the molten salt bath, which is maintained at about 660 ° C. at which the metallic magnesium does not solidify during operation, greatly increases due to the replenishment of the high-temperature magnesium chloride described above. Was. In this case, as described above, a reaction occurs in which metallic magnesium and chlorine generated by electrolysis return to magnesium chloride due to a rise in the temperature of the molten salt bath. The re-electrolysis of magnesium chloride consumes electricity, so that the current efficiency decreases. Also, the outer wall of the electrolytic cell 2 may contain solidified molten salt in gaps such as refractory bricks. However, the rise in temperature of the molten salt bath dissolves the solidified molten salt on the outer wall of the electrolytic cell. This may cause leakage of the molten salt bath from the electrolytic cell 2. In addition, the outer wall of the electrolytic cell 2 may be thermally damaged.

この問題に対し、この実施形態では、溶融塩浴への塩化マグネシウムの補給に際し、溶融塩浴に、補給用の塩化マグネシウムを単独で供給するのではなく、溶融塩浴から一部の溶融塩を抜き取ってこれと補給用塩化マグネシウムを混合させた混合物を供給する。それにより、混合物中の溶融塩に含まれる支持塩が、混合物の晶出温度を低下させるだけでなく、その粘性をも低下させるので、混合物は、塩化マグネシウムの融点以下の比較的低い温度で溶融塩浴に供給することが可能になる。したがって、塩化マグネシウム補給時の溶融塩浴の大きな温度上昇を抑制することができる。   In order to solve this problem, in this embodiment, when supplying magnesium chloride to the molten salt bath, instead of supplying magnesium chloride for replenishment alone to the molten salt bath, a part of the molten salt is supplied from the molten salt bath. Withdraw and supply a mixture of this and magnesium chloride for replenishment. As a result, the supporting salt contained in the molten salt in the mixture not only lowers the crystallization temperature of the mixture but also lowers its viscosity, so that the mixture is melted at a relatively low temperature below the melting point of magnesium chloride. It becomes possible to supply to a salt bath. Therefore, a large rise in the temperature of the molten salt bath during magnesium chloride replenishment can be suppressed.

この点についてより詳細に述べると、この実施形態は、溶融塩浴に塩化マグネシウムを補給するに当って、図1に例示するように、溶融塩浴から、その一部の溶融塩Psを抜き取る浴抽出工程と、たとえば混合タンク5内で、浴抽出工程で抜き取った一部の溶融塩Psを補給用塩化マグネシウムRsと混合し、一部の溶融塩Psと補給用塩化マグネシウムRsとの混合物Msとする混合物生成工程と、混合物Msを塩化マグネシウムの融点以下の温度で、溶融塩浴に供給する混合物供給工程とを含むものである。   To describe this point in more detail, in this embodiment, in replenishing the molten salt bath with magnesium chloride, as shown in FIG. 1, a bath for extracting a part of the molten salt Ps from the molten salt bath. In the extraction step, for example, in the mixing tank 5, a part of the molten salt Ps extracted in the bath extraction step is mixed with the replenishing magnesium chloride Rs, and a mixture Ms of the part of the molten salt Ps and the replenishing magnesium chloride Rs is mixed. And a mixture supplying step of supplying the mixture Ms to the molten salt bath at a temperature equal to or lower than the melting point of magnesium chloride.

浴抽出工程では、たとえば、貯留室2bの浴面側に溜まる金属マグネシウムよりも深部に先端部を位置させた導管5aを介して、溶融塩浴を構成する一部の溶融塩Psを混合タンク5に向けて送り、当該一部の溶融塩Psを溶融塩浴から抜き取る。なお、混合タンク5としては、たとえば金属マグネシウムの回収等に用いられ得るサイフォン炉等を使用することができる。   In the bath extraction step, for example, a part of the molten salt Ps constituting the molten salt bath is mixed into the mixing tank 5 via the conduit 5a whose tip is located deeper than the metallic magnesium accumulated on the bath surface side of the storage chamber 2b. And a part of the molten salt Ps is extracted from the molten salt bath. In addition, as the mixing tank 5, for example, a siphon furnace that can be used for recovering metallic magnesium or the like can be used.

この一部の溶融塩Psには、溶融塩浴に含まれる物質、具体的には、塩化マグネシウムと、支持塩としての、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種とが含まれることが好ましい。   Some of the molten salts Ps include substances contained in the molten salt bath, specifically, magnesium chloride, and sodium chloride, calcium chloride, potassium chloride, magnesium fluoride, and calcium fluoride as supporting salts. It is preferable that at least one selected from the group is included.

次いで、混合物生成工程で、混合タンク5内にて、上述した浴抽出工程で溶融塩浴から抜き取った一部の溶融塩Psを、混合タンク5に別途供給する補給用塩化マグネシウムRsと混合させる。それにより、一部の溶融塩Psと補給用塩化マグネシウムRsとの混合物Msを生成する。   Next, in the mixture generation step, a part of the molten salt Ps extracted from the molten salt bath in the above-mentioned bath extraction step is mixed with the replenishing magnesium chloride Rs separately supplied to the mixing tank 5 in the mixing tank 5. Thereby, a mixture Ms of a part of the molten salt Ps and the supplementary magnesium chloride Rs is generated.

このとき、一部の溶融塩Psに混合させる補給用塩化マグネシウムRsの質量は、浴抽出工程で溶融塩浴から抜き取る一部の溶融塩Psの質量に対する比で表して、1.0〜10.0とすることが好適である。つまり、混合物Msは、この質量比で一部の溶融塩Ps及び補給用塩化マグネシウムRsを含有するものであることが好ましい。なお、一部の溶融塩Psの質量が1.0、補給用塩化マグネシウムRsの質量が3.3と仮定する場合、該質量比は3.3である。より好ましくは、当該質量比は1.4〜5.0である。   At this time, the mass of the replenishing magnesium chloride Rs mixed with some of the molten salts Ps is expressed as a ratio to the mass of some of the molten salts Ps extracted from the molten salt bath in the bath extraction step, and is 1.0 to 1.0. Preferably, it is set to 0. That is, the mixture Ms preferably contains a part of the molten salt Ps and the replenishing magnesium chloride Rs at this mass ratio. In addition, when it is assumed that the mass of a part of the molten salt Ps is 1.0 and the mass of the replenishing magnesium chloride Rs is 3.3, the mass ratio is 3.3. More preferably, the mass ratio is between 1.4 and 5.0.

混合物Ms中の補給用塩化マグネシウムRsの、一部の溶融塩Psに対する質量比を10.0以下とすることにより、晶出温度が有効に低下するため、混合物Msの温度を下げることができて、補給時の溶融塩浴の大きな温度上昇をより一層抑制することができる。この一方で、混合物Ms中の補給用塩化マグネシウムRsの、一部の溶融塩Psに対する質量比を1.0以上とすることにより、浴抽出工程および混合物供給工程の作業量の増大を抑制できるので、作業性が高まる。この観点から、一部の溶融塩Psの質量に対する補給用塩化マグネシウムRsの質量の比は、1.0〜10.0とすることが好ましい。   By setting the mass ratio of the replenishing magnesium chloride Rs in the mixture Ms to a part of the molten salt Ps to 10.0 or less, the crystallization temperature is effectively lowered, and the temperature of the mixture Ms can be lowered. In addition, a large rise in the temperature of the molten salt bath during replenishment can be further suppressed. On the other hand, by setting the mass ratio of the replenishing magnesium chloride Rs in the mixture Ms to a part of the molten salt Ps to 1.0 or more, it is possible to suppress an increase in the work amount of the bath extraction step and the mixture supply step. , Workability is improved. From this viewpoint, the ratio of the mass of the replenishing magnesium chloride Rs to the mass of a part of the molten salt Ps is preferably set to 1.0 to 10.0.

混合物生成工程で生成する混合物Ms中の塩化マグネシウムの含有量は、好ましくは10質量%〜95質量%、より好ましくは60質量%〜90質量%とする。また、混合物Ms中の支持塩の含有量は、塩化マグネシウムの含有量との合計が100質量%以下であることを前提として、好ましくは5質量%〜90質量%、より好ましくは10質量%〜40質量%とする。
このように混合物Ms中に支持塩をある程度含ませることにより、晶出温度の低下によって混合物Msの温度を下げることができて、補給時の溶融塩浴の大きな温度上昇を有効に抑制することができる。また、塩化マグネシウムを上記の範囲で含むものとすることにより、浴抽出工程および混合物供給工程の作業量の増大による作業性の低下を抑制することができる。
The content of magnesium chloride in the mixture Ms produced in the mixture production step is preferably 10% by mass to 95% by mass, more preferably 60% by mass to 90% by mass. Further, the content of the supporting salt in the mixture Ms is preferably from 5% by mass to 90% by mass, more preferably from 10% by mass to 100% by mass, on the assumption that the sum of the content of the supporting salt and the content of magnesium chloride is 100% by mass or less. 40 mass%.
By including the supporting salt to some extent in the mixture Ms, the temperature of the mixture Ms can be lowered by lowering the crystallization temperature, and the large rise in the temperature of the molten salt bath during replenishment can be effectively suppressed. it can. In addition, by including magnesium chloride in the above range, it is possible to suppress a decrease in workability due to an increase in the amount of work in the bath extraction step and the mixture supply step.

その後、混合物供給工程として、上述したようにして得られた混合物Msを電解槽2内の溶融塩浴に供給する。このとき、供給時の混合物Msの温度を、塩化マグネシウムの融点以下とする。この実施形態では、溶融塩浴に供給するものを、一部の溶融塩Psと補給用塩化マグネシウムRsとが混合した混合物Msとすることにより、一部の溶融塩Psに含まれる支持塩の作用に起因して混合物Msの晶出温度及び粘性が低下するので、混合物Msを塩化マグネシウムの融点以下の温度としても流動性が確保される。それ故に、混合物Msを、塩化マグネシウムの融点以下で、たとえば比較的低温の溶融塩浴の温度に近い温度にて該溶融塩浴に供給することができる。その結果として、塩化マグネシウムの補給に際する溶融塩浴の温度上昇を有効に抑制することができる。   Then, as a mixture supply step, the mixture Ms obtained as described above is supplied to the molten salt bath in the electrolytic cell 2. At this time, the temperature of the mixture Ms at the time of supply is equal to or lower than the melting point of magnesium chloride. In this embodiment, the supply to the molten salt bath is a mixture Ms in which a part of the molten salt Ps and the replenishing magnesium chloride Rs are mixed, so that the action of the supporting salt contained in the part of the molten salt Ps is achieved. As a result, the crystallization temperature and the viscosity of the mixture Ms decrease, so that the fluidity is ensured even when the temperature of the mixture Ms is equal to or lower than the melting point of magnesium chloride. Therefore, the mixture Ms can be fed to the molten salt bath at a temperature below the melting point of the magnesium chloride, for example at a temperature close to the temperature of the relatively low temperature of the molten salt bath. As a result, an increase in the temperature of the molten salt bath when replenishing magnesium chloride can be effectively suppressed.

また、混合物Msは単独の塩化マグネシウムに比して、その低い粘性の故に導管5aにも詰まりにくく、低温であることから混合タンク5等での保管時に必要な電力も小さく抑えることができ、しかも混合タンク5への損傷も抑制されて、取扱いが良好である。   Further, the mixture Ms is less likely to be clogged in the conduit 5a due to its lower viscosity than the single magnesium chloride, and since the temperature is low, the electric power required for storage in the mixing tank 5 or the like can be reduced. Damage to the mixing tank 5 is also suppressed, and handling is good.

ところで、溶融塩浴は、電気分解により生成される金属マグネシウムが固化しないように、約651℃である金属マグネシウムの融点以上、一般には655℃以上として操業されることが多い。一方、金属マグネシウムと塩素が塩化マグネシウムへ戻る反応の抑制、電解槽2への負荷の軽減等の観点より、溶融塩浴の温度は、操業時に680℃以下とすることがある。なお、溶融塩浴は支持塩を含むことにより、晶出温度が450℃程度になる場合がある。   Incidentally, the molten salt bath is often operated at a temperature of about 651 ° C. or higher, generally 655 ° C. or higher, so as to prevent solidification of the metal magnesium generated by electrolysis. On the other hand, the temperature of the molten salt bath may be 680 ° C. or lower during operation from the viewpoint of suppressing the reaction of returning metallic magnesium and chlorine to magnesium chloride and reducing the load on the electrolytic cell 2. The molten salt bath may have a crystallization temperature of about 450 ° C. by including a supporting salt.

さらに、混合物供給工程で、混合物Msの、溶融塩浴への供給時の温度は、上記の溶融塩浴の温度(操業時の温度)との差が±10℃以内になる温度とすることが好適である。溶融塩浴に供給する際の混合物Msの温度を、溶融塩浴の温度より10℃高い温度以下とすることにより、溶融塩浴の温度上昇に起因する電流効率の低下等をより一層有効に抑制することができる。また、溶融塩浴に供給する際の混合物Msの温度を、溶融塩浴の温度より10℃低い温度以上とすることにより、金属マグネシウムの固化を抑制することができる。なお、溶融塩浴に対して混合物Msが少量であった場合や、操業温度がある程度高い場合、このような金属マグネシウムの固化は何ら影響を及ぼさないことがある。このような理由より、溶融塩浴に供給する混合物Msの温度は、溶融塩浴の温度との差が±10℃以内になる温度とすることが好ましい。   Furthermore, in the mixture supply step, the temperature at the time of supplying the mixture Ms to the molten salt bath may be a temperature at which the difference from the temperature of the molten salt bath (temperature during operation) is within ± 10 ° C. It is suitable. By lowering the temperature of the mixture Ms at the time of supplying the molten salt bath to a temperature higher by 10 ° C. than the temperature of the molten salt bath, a decrease in current efficiency caused by a rise in the temperature of the molten salt bath is more effectively suppressed. can do. Further, by setting the temperature of the mixture Ms at the time of supply to the molten salt bath to be at least 10 ° C. lower than the temperature of the molten salt bath, solidification of the metallic magnesium can be suppressed. When the amount of the mixture Ms is small relative to the molten salt bath or when the operating temperature is relatively high, such solidification of the metallic magnesium may have no effect. For such a reason, it is preferable that the temperature of the mixture Ms supplied to the molten salt bath is a temperature at which the difference from the temperature of the molten salt bath is within ± 10 ° C.

具体的には、混合物Msを溶融塩浴に供給する際の、混合物Msの温度は、好ましくは645℃〜700℃、より好ましくは650℃〜680℃とする。なお、混合物Msの温度が溶融塩浴の温度を下回ることがあっても、温度差が小さい場合は溶融塩浴の温度を適切な範囲内に容易に維持できる。溶融塩浴は通常温度管理されているからである。また、好ましい形態においては混合物Ms量が溶融塩浴量に比べて過小であるため、混合物Msを溶融塩浴に供給しても溶融塩浴の温度は適切に維持しやすい。   Specifically, the temperature of the mixture Ms when supplying the mixture Ms to the molten salt bath is preferably 645 ° C to 700 ° C, more preferably 650 ° C to 680 ° C. In addition, even if the temperature of the mixture Ms may be lower than the temperature of the molten salt bath, the temperature of the molten salt bath can be easily maintained in an appropriate range if the temperature difference is small. This is because the temperature of the molten salt bath is usually controlled. Further, in a preferred embodiment, the amount of the mixture Ms is too small compared to the amount of the molten salt bath, so that even when the mixture Ms is supplied to the molten salt bath, the temperature of the molten salt bath is easily maintained appropriately.

上述した浴抽出工程、混合物生成工程及び混合物供給工程を経て、溶融塩浴に塩化マグネシウムを補給することにより、溶融塩浴の温度上昇を有効に抑制することができる。
なお、溶融塩浴の温度上昇を抑制しつつ塩化マグネシウムを補給するに当り、浴抽出工程、混合物生成工程及び混合物供給工程の一連の工程を一回行っても、塩化マグネシウムの所要の補給量に達しない場合は、当該一連の工程を複数回にわたって繰り返し行うことができる。
By supplying magnesium chloride to the molten salt bath through the above-described bath extraction step, mixture generation step, and mixture supply step, a rise in the temperature of the molten salt bath can be effectively suppressed.
In addition, in replenishing magnesium chloride while suppressing the rise in temperature of the molten salt bath, even if a series of steps of a bath extraction step, a mixture generation step, and a mixture supply step is performed once, the required supply amount of magnesium chloride is reduced. If not reached, the series of steps can be repeated a plurality of times.

また、浴抽出工程及び混合物生成工程を順次に行った後、混合物供給工程で、混合物Msを少量ずつ複数回にわたって供給することもできる。つまり、混合物生成工程で得られる混合物Msは、混合物供給工程で溶融塩浴に、必ずしも一度で供給することを要せず、小分けにして供給してもよい。   In addition, after the bath extraction step and the mixture generation step are sequentially performed, the mixture Ms may be supplied a plurality of times little by little in the mixture supply step. That is, the mixture Ms obtained in the mixture generation step does not necessarily need to be supplied once to the molten salt bath in the mixture supply step, and may be supplied in small portions.

そしてまた、混合物生成工程で得られる混合物Msは、その一部を残しておき、次の補充時に薄めて使用してもよい。たとえば、浴抽出工程及び混合物生成工程を経た後、混合物供給工程で、混合物Msの半分程度を混合タンク5に残す。このとき、混合タンク5内の混合物Msには支持塩が含まれている。その後、たとえば後日の補給の際に、塩化マグネシウムを混合タンク5に投入し、上記の混合物Msに塩化マグネシウムが追加された混合物とする混合物生成工程を行う。この場合、当該混合物中の支持塩の濃度は低下するが、晶出温度がある程度低ければ、これを溶融塩浴に供給する混合物供給工程を行うことができる。さらにその後、このような混合物生成工程及び混合物供給工程を繰り返すことができる。支持塩の濃度が低下しすぎた際には、浴抽出工程を行って、そこに溶融塩を追加してもよい。   In addition, the mixture Ms obtained in the mixture generation step may be partially used, and may be diluted and used at the time of the next replenishment. For example, after the bath extraction step and the mixture generation step, about half of the mixture Ms is left in the mixing tank 5 in the mixture supply step. At this time, the mixture Ms in the mixing tank 5 contains a supporting salt. Thereafter, for example, at the time of replenishment at a later date, magnesium chloride is charged into the mixing tank 5, and a mixture generation step is performed in which the mixture Ms is added with magnesium chloride. In this case, the concentration of the supporting salt in the mixture decreases, but if the crystallization temperature is low to some extent, a mixture supplying step of supplying the supporting salt to the molten salt bath can be performed. Thereafter, such a mixture generation step and a mixture supply step can be repeated. When the concentration of the supporting salt is too low, a bath extraction step may be performed, and a molten salt may be added thereto.

次に、この発明の溶融塩電解方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的とするものであり、それに限定されることを意図するものではない。   Next, the molten salt electrolysis method of the present invention was experimentally performed, and its effect was confirmed. However, the description here is for the purpose of illustration only, and is not intended to be limiting.

図1に示す構成を備える溶融塩電解槽で、次の条件で、塩化マグネシウムの電気分解を行った。溶融塩電解槽は、内壁がAl23の含有率が95%以上の煉瓦からなる電解槽で、電解室が2m3、貯留室が1m3であるものを用いた。この電解室に、囲い型電極の電極構造で、黒鉛製の陽極及び陰極ならびに二枚のバイポーラ電極を配置した。電気分解回数NはN=3とした。溶融塩浴の浴組成と質量については、MgCl2、CaCl2、NaCl、MgF2がそれぞれ質量比で20%、30%、49%、1%からなる溶融塩2900kgとし、溶融塩浴の目標維持温度を660℃とし、電流密度0.48A/cm2で通電し、1週間の期間にわたって運転を行った。理論金属マグネシウム生産量は21.8kg/h、理論塩化マグネシウム消費量は85.4kg/hである。 In a molten salt electrolytic cell having the configuration shown in FIG. 1, magnesium chloride was electrolyzed under the following conditions. The molten salt electrolyzer used was an electrolyzer having an inner wall made of a brick having an Al 2 O 3 content of 95% or more, and having an electrolysis chamber of 2 m 3 and a storage chamber of 1 m 3 . In this electrolytic chamber, an anode and a cathode made of graphite and two bipolar electrodes were arranged in an electrode structure of an enclosure type electrode. The number N of times of electrolysis was N = 3. Regarding the bath composition and mass of the molten salt bath, 2900 kg of molten salt composed of MgCl 2 , CaCl 2 , NaCl, and MgF 2 at a mass ratio of 20%, 30%, 49%, and 1%, respectively, is maintained at the target of the molten salt bath. The operation was performed at a temperature of 660 ° C. at a current density of 0.48 A / cm 2 for one week. The theoretical metal magnesium production is 21.8 kg / h and the theoretical magnesium chloride consumption is 85.4 kg / h.

このような電気分解において、比較例1は、2時間毎に電解で消費された分の塩化マグネシウムを750℃の温度で供給を行った。比較例2および実施例1〜4は、2時間毎に電解で消費された分の塩化マグネシウムと電解槽から抜き取った溶融塩を混合し、この混合物を供給した。比較例1〜2および実施例1〜4の各電気分解の条件と電流効率の結果を表1に示す。この電流効率は、以下の式により算出したものであり、表1の「電流効率」は、比較例1の電流効率を100とし、比較例2および実施例1〜4の電流効率を比較例1の電流効率に対する相対値で示したものである。なお、各例の値は1週間の期間の平均値である。
電流効率=電解槽から回収した金属マグネシウム質量/理論金属マグネシウム生産量
理論金属マグネシウム生産量は、ファラデーの法則から求める金属の理論生成量であり、以下の式により算出する。
理論金属マグネシウム生産量 =((電流(A)×通電時間(秒))/(マグネシウムイオンの電荷数n×ファラデー定数F))×(電気分解回数N)×マグネシウムの原子量
In such electrolysis, Comparative Example 1 supplied magnesium chloride at a temperature of 750 ° C. in an amount consumed by electrolysis every two hours. In Comparative Example 2 and Examples 1 to 4, the amount of magnesium chloride consumed in the electrolysis every 2 hours was mixed with the molten salt extracted from the electrolytic cell, and this mixture was supplied. Table 1 shows the conditions of each electrolysis and the results of the current efficiency in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 4. This current efficiency was calculated by the following equation. The “current efficiency” in Table 1 is defined assuming that the current efficiency of Comparative Example 1 is 100 and the current efficiency of Comparative Example 2 and Examples 1-4 is Comparative Example 1. Is shown as a relative value with respect to the current efficiency. In addition, the value of each example is an average value in a period of one week.
Current efficiency = mass of metallic magnesium recovered from the electrolytic cell / theoretical metallic magnesium production amount The theoretical metallic magnesium production amount is a theoretical production amount of metal obtained from Faraday's law, and is calculated by the following formula.
Theoretical metallic magnesium production = ((current (A) x conduction time (sec)) / (number of charges of magnesium ion n x Faraday constant F)) x (number of times of electrolysis N) x atomic weight of magnesium

Figure 2019214773
Figure 2019214773

表1に示すところから、塩化マグネシウムと溶融塩との混合物を供給した実施例1〜4では、低い温度で混合物を供給することができ、それにより、混合物供給後の溶融塩浴の温度が低くなって、電流効率が向上したことが解かる。一方、比較例1は、塩化マグネシウムのみを供給したことから、供給物温度を比較的高くせざるを得ず、その結果として、供給時の溶融塩浴の温度が上昇し、電流効率を向上させることができなかった。比較例2は、混合物を供給したものの、その温度を塩化マグネシウムの融点以上に高くして供給したことから、比較例1よりも電流効率が低下した。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 in which the mixture of magnesium chloride and the molten salt was supplied, the mixture could be supplied at a low temperature, whereby the temperature of the molten salt bath after supplying the mixture was low. It can be seen that the current efficiency has improved. On the other hand, in Comparative Example 1, since only magnesium chloride was supplied, the supply temperature had to be relatively high, and as a result, the temperature of the molten salt bath at the time of supply increased, and the current efficiency was improved. I couldn't do that. In Comparative Example 2, although the mixture was supplied, the current efficiency was lower than that of Comparative Example 1 because the mixture was supplied at a temperature higher than the melting point of magnesium chloride.

実施例1と実施例2、4を比較すると、実施例2、4は、混合物の温度を溶融塩浴の温度との差が±10℃以内になる温度としたことにより、それを超える温度とした実施例1に比して、電流効率が向上したと考えられる。
実施例2と実施例3を比較すると、溶融塩浴から抜き取った溶融塩の質量に対する補給用塩化マグネシウムの質量の比を大きくした実施例2のほうが、仮に同じ量の塩化マグネシウムを供給するとしても混合物の量を少なくできるため、溶融塩浴の温度上昇を抑制できて、電流効率が向上したことが解かる。
Comparing Example 1 with Examples 2 and 4, Examples 2 and 4 show that the temperature of the mixture was set to a temperature at which the difference from the temperature of the molten salt bath was within ± 10 ° C. It is considered that the current efficiency was improved as compared with the first embodiment.
Comparing Example 2 with Example 3, Example 2 in which the ratio of the mass of the replenishing magnesium chloride to the mass of the molten salt extracted from the molten salt bath was increased, even if the same amount of magnesium chloride was supplied. It can be seen that since the amount of the mixture can be reduced, the temperature rise of the molten salt bath can be suppressed, and the current efficiency has been improved.

1 溶融塩電解槽
2 電解槽
2a 電解室
2b 貯留室
3 電極
3a 陽極
3b 陰極
3c バイポーラ電極
4 隔壁
4a 溶融塩循環路
4b 溶融金属流路
5 混合タンク
5a 導管
Ps 一部の溶融塩
Rs 補給用塩化マグネシウム
Ms 混合物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molten salt electrolyzer 2 Electrolyzer 2a Electrolyzer 2b Storage chamber 3 Electrode 3a Anode 3b Cathode 3c Bipolar electrode 4 Partition 4a Molten salt circulation path 4b Molten metal flow path 5 Mixing tank 5a Pipe Ps Some molten salt Rs Replenishment chloride Magnesium Ms mixture

Claims (8)

塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩の溶融塩浴で、電極への通電に基いて前記塩化マグネシウムを電気分解し、該電気分解により金属マグネシウムを得る溶融塩電解方法であって、溶融塩浴に塩化マグネシウムを補給するに当り、
前記溶融塩浴から、塩化マグネシウム及び支持塩を含む溶融塩の一部を抜き取る浴抽出工程と、浴抽出工程で抜き取った溶融塩を補給用塩化マグネシウムと混合し、前記溶融塩と補給用塩化マグネシウムとの混合物とする混合物生成工程と、前記混合物を塩化マグネシウムの融点以下の温度で、前記溶融塩浴に供給する混合物供給工程とを含む溶融塩電解方法。
In a molten salt bath for a molten salt containing a molten salt containing magnesium chloride and a supporting salt, the magnesium chloride is electrolyzed on the basis of an electric current to an electrode to obtain metal magnesium by the electrolysis. In replenishing magnesium chloride,
From the molten salt bath, a bath extraction step of extracting a part of the molten salt containing magnesium chloride and a supporting salt, and mixing the molten salt extracted in the bath extraction step with magnesium chloride for replenishment, the molten salt and magnesium chloride for replenishment And a mixture supply step of supplying the mixture to the molten salt bath at a temperature equal to or lower than the melting point of magnesium chloride.
混合物供給工程で前記混合物を溶融塩浴に供給する際の、当該混合物の温度を、645℃〜700℃とする請求項1に記載の溶融塩電解方法。   The molten salt electrolysis method according to claim 1, wherein the temperature of the mixture when the mixture is supplied to the molten salt bath in the mixture supplying step is 645C to 700C. 混合物供給工程で前記混合物を溶融塩浴に供給する際の、当該混合物の温度を、前記溶融塩浴の温度との差が±10℃以内になる温度とする請求項1又は2に記載の溶融塩電解方法。   The melting according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the mixture when supplying the mixture to the molten salt bath in the mixture supplying step is a temperature at which a difference from the temperature of the molten salt bath is within ± 10 ° C. Salt electrolysis method. 前記溶融塩浴の温度を651℃以上に維持する請求項1〜3のいずれか一項に記載の溶融塩電解方法。   The molten salt electrolysis method according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the molten salt bath is maintained at 651 ° C or higher. 混合物生成工程の前記混合物が、塩化マグネシウムを10質量%〜95質量%、支持塩を5質量%〜90質量%で含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶融塩電解方法。   The molten salt electrolysis method according to any one of claims 1 to 4, wherein the mixture in the mixture forming step contains 10% to 95% by mass of magnesium chloride and 5% to 90% by mass of a supporting salt. 前記支持塩が、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の溶融塩電解方法。   The molten salt electrolysis method according to any one of claims 1 to 5, wherein the supporting salt includes at least one selected from the group consisting of sodium chloride, calcium chloride, potassium chloride, magnesium fluoride, and calcium fluoride. 浴抽出工程で前記溶融塩浴から抜き取る溶融塩に対する、混合物生成工程で当該溶融塩に混合させる補給用塩化マグネシウムの質量比を、1.0〜10.0とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の溶融塩電解方法。   The mass ratio of magnesium chloride for replenishment to be mixed with the molten salt in the mixture generation step with respect to the molten salt extracted from the molten salt bath in the bath extraction step is set to 1.0 to 10.0. The molten salt electrolysis method according to claim 1. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の溶融塩電解方法を用いて、溶融塩から金属マグネシウムを製造する、金属マグネシウムの製造方法。   A method for producing metallic magnesium, comprising producing metallic magnesium from a molten salt by using the molten salt electrolysis method according to any one of claims 1 to 7.
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