JP2024094070A - Molten salt electrolysis apparatus and method for producing titanium-based electrodeposits - Google Patents

Molten salt electrolysis apparatus and method for producing titanium-based electrodeposits

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JP2024094070A JP2022210802A JP2022210802A JP2024094070A JP 2024094070 A JP2024094070 A JP 2024094070A JP 2022210802 A JP2022210802 A JP 2022210802A JP 2022210802 A JP2022210802 A JP 2022210802A JP 2024094070 A JP2024094070 A JP 2024094070A
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秀樹 藤井
大輔 鈴木
和宏 熊本
雄太 中條
健人 櫻井
松秀 堀川
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Abstract

【課題】Ti、Al及びOを含有する粗チタン系材料の電解精製によるチタン系電析物の製造を効率的に行うことができる溶融塩電解装置及び、チタン系電析物の製造方法を提供する。
【解決手段】溶融塩電解装置1は、陽極61a及び陰極61bを含む電極61を用いて溶融塩浴中で陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させ、陰極に精製チタン系材料を析出させる電解精製を行う電解槽を備えたものであり、粗チタン系材料が、Ti、Al及びOを含有するとともに導電性を有し、電極が、陽極又は陰極のいずれかとしてそれぞれ機能する電極板62を交互に並べて配置した部分を含み、電解槽が、内部と外部をつなげる開閉可能な二個以上の連通口3a、3bを有し、二個以上の連通口が、少なくとも気体の排出に用いられる第一連通口3aと、第一連通口よりも電解槽の深さ方向の深い側に位置して、少なくとも溶融塩の排出に用いられる第二連通口3bとを含むものである。
【選択図】図1

The present invention provides a molten salt electrolysis apparatus capable of efficiently producing a titanium-based electrodeposit through electrolytic refining of a crude titanium-based material containing Ti, Al, and O, and a method for producing a titanium-based electrodeposit.
[Solution] The molten salt electrolysis device 1 is equipped with an electrolytic cell that performs electrolytic refining by using electrodes 61 including an anode 61a and a cathode 61b to dissolve Ti from a crude titanium-based material in the anode in a molten salt bath and deposit a refined titanium-based material on the cathode, wherein the crude titanium-based material contains Ti, Al, and O and is conductive, the electrodes include a portion in which electrode plates 62 that function as either an anode or a cathode are arranged alternately, the electrolytic cell has two or more openings 3a, 3b that can be opened and closed connecting the inside and outside, and the two or more openings include at least a first opening 3a used for discharging gas, and a second opening 3b that is located deeper in the depth direction of the electrolytic cell than the first opening and is used for discharging at least molten salt.
[Selected Figure] Figure 1

Description

この発明は、溶融塩浴中で陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させて、陰極に精製チタン系材料を析出させる電解精製を行う電解槽を備えた溶融塩電解装置及び、それを用いるチタン系電析物の製造方法に関するものである。 This invention relates to a molten salt electrolysis device equipped with an electrolytic cell that performs electrolytic refining by dissolving Ti from a crude titanium-based material in an anode in a molten salt bath and depositing a refined titanium-based material on a cathode, and a method for producing a titanium-based electrodeposit using the same.

金属チタンやチタン合金は一般に、大量生産に適したクロール法を基盤とした方法により製造される。しかしながら、この方法は、チタン鉱石の塩化ならびに、その後の四塩化チタンの精製及び金属マグネシウムによる四塩化チタンの還元が必要である他、スポンジチタン塊の破砕や、還元で生じた塩化マグネシウムの電気分解も必要になって、多数のバッチ工程が含まれるので、金属チタンを効率的かつ低コストに製造できるとは言い難い。 Titanium metal and titanium alloys are generally manufactured by a method based on the Kroll process, which is suitable for mass production. However, this method requires the chlorination of titanium ore, the subsequent purification of titanium tetrachloride, and the reduction of titanium tetrachloride with metallic magnesium. It also requires the crushing of titanium sponge lumps and the electrolysis of the magnesium chloride produced by the reduction, and involves many batch steps, so it is difficult to say that titanium metal can be manufactured efficiently and at low cost.

これに対し、溶融塩浴を用いた電解精製によれば、不純物の少ない金属チタンをクロール法よりも容易に製造できる可能性がある。 In contrast, electrolytic refining using a molten salt bath may make it easier to produce titanium metal with fewer impurities than the Kroll process.

この種の技術として、特許文献1には、「下記の工程を含むことを特徴とする、チタン鉱からのチタン生産物の抽出方法:チタン鉱と還元剤を含む化学ブレンドであって、前記チタン鉱対前記還元剤の比が、0.9~2.4の前記チタン鉱中の酸化チタン成分:前記還元剤中の還元用金属の質量比に相当する前記化学ブレンドを混合する工程;前記化学ブレンドを加熱して抽出反応を開始する工程であって、前記化学ブレンドを、1℃~50℃/分の上昇速度で加熱する工程;前記化学ブレンドを、5分と30分の間の時間、1500~1800℃の反応温度に維持する工程;前記化学ブレンドを、1670℃よりも低い温度に冷却する工程;および、チタン生産物を、残留スラグから分離する工程」で、「チタン生産物を、陽極、陰極および電解質を有する反応容器に入れる工程;前記反応容器を600℃~900℃の温度に加熱して溶融混合物を生成させ、前記陽極と陰極の間に電気的差動を適用してチタンイオンを前記陰極に付着させる工程;および、前記電気的差動を終了し、前記溶融混合物を冷却して精錬チタン生産物を生成させる工程;を含み、前記精錬チタン生産物の表面積が少なくとも0.1m2/gであること」が記載されている。 As an example of this type of technology, Patent Document 1 describes a method for extracting a titanium product from titanium ore, the method comprising the steps of: mixing a chemical blend containing titanium ore and a reducing agent, the ratio of the titanium ore to the reducing agent being 0.9 to 2.4, the mass ratio of the titanium oxide component in the titanium ore to the reducing agent being equivalent to 0.9 to 2.4; heating the chemical blend to start an extraction reaction, the chemical blend being heated at a heating rate of 1° C. to 50° C./min; heating the chemical blend at a reaction temperature of 1500 to 1800° C. for a time between 5 and 30 minutes; maintaining the chemical blend at a temperature below 1670°C; cooling the chemical blend to a temperature below 1670°C; and separating the titanium product from the residual slag," the document states, "including the steps of placing the titanium product in a reaction vessel having an anode, a cathode and an electrolyte; heating the reaction vessel to a temperature of between 600°C and 900°C to produce a molten mixture and applying an electrical differential between the anode and cathode to deposit titanium ions on the cathode; and terminating the electrical differential and cooling the molten mixture to produce a refined titanium product; wherein the refined titanium product has a surface area of at least 0.1 m2 /g."

特表2015-507696号公報JP 2015-507696 A

溶融塩浴を用いた電解精製では、電解槽内の溶融塩浴にて、Ti、Al及びOを含有して導電性を有する粗チタン系材料を陽極として使用し、陽極と陰極との間に電圧を印加する。これにより、陽極の粗チタン系材料から主にTiが溶出するとともに、陰極に、粗チタン系材料に比して純度の高い精製チタン系材料が析出し、チタン系電析物を製造することができる。 In electrolytic refining using a molten salt bath, a crude titanium-based material containing Ti, Al, and O and having electrical conductivity is used as the anode in the molten salt bath in an electrolytic cell, and a voltage is applied between the anode and cathode. This causes mainly Ti to dissolve from the crude titanium-based material in the anode, while a refined titanium-based material with a higher purity than the crude titanium-based material is precipitated on the cathode, producing a titanium-based electrolytic deposit.

ここで、チタン系電析物を工業的に量産するには、電極として、陽極又は陰極のいずれかとしてそれぞれ機能する電極板を交互に並べて配置することが好ましい。電極をそのような板状である電極(つまり電極板)とすれば、陽極に対向して精製チタン系材料が析出する陰極の電析面を、広く確保することができる。その上、電極板は、所定の容積である電解槽内に、比較的多くの枚数で配置することが可能である。それらの結果として、電極板を使用すると、電解槽内において陰極の電析面の総面積を大きくすることができて、精製チタン系材料を量産しやすくなる。 Here, in order to industrially mass-produce titanium-based electrodeposits, it is preferable to arrange electrode plates, each functioning as either an anode or a cathode, in an alternating array. If the electrodes are in such a plate shape (i.e., electrode plates), it is possible to ensure a wide electrodeposition surface of the cathode facing the anode on which the refined titanium-based material is deposited. Furthermore, it is possible to arrange a relatively large number of electrode plates in an electrolytic cell of a given volume. As a result, the use of electrode plates makes it possible to increase the total area of the electrodeposition surface of the cathode in the electrolytic cell, facilitating mass production of refined titanium-based materials.

ところで、電解精製を継続して行うと、陰極では、そこに析出する精製チタン系材料が次第に成長する。特に、溶融塩浴中の電気抵抗の影響を小さくして生産性を高めることを目的として、陽極及び陰極を極間距離が短くなるように配置したときは、溶融塩浴を流れる電流の距離が短くなって溶融塩浴の抵抗による電力の損失を小さくできるが、陰極上で成長する精製チタン系材料と陽極との接触による短絡が比較的短期間のうちに発生し、電解精製を継続できなくなるおそれがある。このため、電解精製の継続期間はそれほど長くすることができない。 When electrolytic refining is continued, the refined titanium-based material that precipitates on the cathode gradually grows. In particular, when the anode and cathode are arranged so that the distance between the electrodes is short in order to reduce the effect of electrical resistance in the molten salt bath and increase productivity, the distance over which the current flows through the molten salt bath is shortened, and power loss due to the resistance of the molten salt bath can be reduced. However, there is a risk that a short circuit will occur within a relatively short period of time due to contact between the refined titanium-based material growing on the cathode and the anode, making it impossible to continue electrolytic refining. For this reason, the duration of electrolytic refining cannot be extended very long.

したがって、チタン系電析物を量産するには、電解精製をある程度の期間にわたって継続した後に、陽極や陰極として機能させた電極板を交換し、この交換を繰り返してチタン系電析物を製造し続けることが望ましい。 Therefore, in order to mass-produce titanium-based electrodeposits, it is desirable to continue electrolytic refining for a certain period of time, then replace the electrode plates that function as anodes and cathodes, and continue to produce titanium-based electrodeposits by repeating this replacement.

但し、電解精製後は、電極板を溶融塩浴から取り出し、陰極上の精製チタン系材料に付着した溶融塩の残留物を除去することが必要になる。このとき、高温の陰極とそこに析出した精製チタン系材料は、酸化によるO含有量の増大を抑制するため、大気と極力接触しないようにすることが望まれる。そのような電極板の取出し及び残留物の除去は、チタン系電析物の量産時の効率性を低下させる要因の一つになる。 However, after electrolytic refining, it is necessary to remove the electrode plate from the molten salt bath and remove the molten salt residue adhering to the refined titanium-based material on the cathode. At this time, it is desirable to prevent the high-temperature cathode and the refined titanium-based material deposited there from coming into contact with the atmosphere as much as possible in order to suppress an increase in the O content due to oxidation. Such removal of the electrode plate and removal of the residue are one of the factors that reduce the efficiency of mass production of titanium-based electrodeposits.

この発明の目的は、Ti、Al及びOを含有する粗チタン系材料の電解精製によるチタン系電析物の製造を効率的に行うことができる溶融塩電解装置及び、チタン系電析物の製造方法を提供することにある。 The object of this invention is to provide a molten salt electrolysis apparatus capable of efficiently producing titanium-based electrodeposits through electrolytic refining of crude titanium-based material containing Ti, Al, and O, and a method for producing titanium-based electrodeposits.

この発明の溶融塩電解装置は、陽極及び陰極を含む電極を用いて、溶融塩浴中で前記陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させるとともに前記陰極に精製チタン系材料を析出させる電解精製を行う電解槽を備えたものであって、前記粗チタン系材料が、Ti、Al及びOを含有するとともに導電性を有し、前記電極が、前記陽極又は前記陰極のいずれかとしてそれぞれ機能する電極板を交互に並べて配置した部分を含み、前記電解槽が、内部と外部をつなげる開閉可能な二個以上の連通口を有し、二個以上の前記連通口が、少なくとも気体の排出に用いられる第一連通口と、前記第一連通口よりも前記電解槽の深さ方向の深い側に位置して、少なくとも溶融塩の排出に用いられる第二連通口とを含むものである。 The molten salt electrolysis device of the present invention is equipped with an electrolytic cell that performs electrolytic refining by using electrodes including an anode and a cathode to dissolve Ti from a crude titanium-based material of the anode in a molten salt bath and deposit a refined titanium-based material on the cathode, the crude titanium-based material containing Ti, Al, and O and having electrical conductivity, the electrodes including a portion in which electrode plates functioning as either the anode or the cathode are arranged alternately, the electrolytic cell has two or more openings that can be opened and closed to connect the inside and the outside, the two or more openings including at least a first opening used to discharge gas, and a second opening located deeper in the depth direction of the electrolytic cell than the first opening and used to discharge at least the molten salt.

上記の溶融塩電解装置は、前記電解槽を複数個備え、複数個の前記電解槽のうちの一の電解槽と他の電解槽とが、それぞれの前記第一連通口で互いに接続可能であることが好ましい。 It is preferable that the molten salt electrolysis device has a plurality of the electrolytic cells, and that one of the plurality of electrolytic cells can be connected to the other electrolytic cells through the first communication port.

この場合、前記他の電解槽の連通口の少なくとも一個に減圧装置を接続可能であり、前記他の電解槽が溶融塩凝縮器として用いられることが好ましい。 In this case, it is preferable that a pressure reducing device can be connected to at least one of the communication ports of the other electrolytic cell, and the other electrolytic cell is used as a molten salt condenser.

前記他の電解槽の連通口が、少なくとも減圧に用いられる第三連通口を含み、前記第三連通口に減圧装置を接続可能である。 The communication port of the other electrolytic cell includes at least a third communication port used for reducing pressure, and a pressure reducing device can be connected to the third communication port.

上記の溶融塩電解装置は、前記連通口の少なくとも一個に接続可能な減圧装置を備えることが好ましい。 It is preferable that the above-mentioned molten salt electrolysis device is equipped with a pressure reducing device that can be connected to at least one of the communication ports.

上記の溶融塩電解装置は、前記電解槽の内部に配置されて、少なくとも陰極の温度を調整する温度調節器を備えることが好ましい。 The molten salt electrolysis device preferably includes a temperature regulator disposed inside the electrolytic cell to adjust at least the temperature of the cathode.

前記温度調節器は熱交換器であり、前記電解槽の底部側で、少なくとも陰極の直下の位置に敷設されていることが好ましい。 The temperature regulator is a heat exchanger, and is preferably installed at the bottom of the electrolytic cell, at least directly below the cathode.

上記の溶融塩電解装置は、前記電極板を保持し、該電極板を前記電解槽の内部と外部との間で移動させることが可能な電極保持機構を備えることが好ましい。 It is preferable that the above-mentioned molten salt electrolysis device is provided with an electrode holding mechanism that holds the electrode plate and is capable of moving the electrode plate between the inside and outside of the electrolytic cell.

前記電極保持機構は、前記電極板ごとに設けられ、上下方向に延びて各電極板を吊下げ保持する保持ロッドと、前記保持ロッドの上方側で前記電解槽の外部に位置し、前記保持ロッドのそれぞれを取り付けた昇降プレートとを有することが好ましい。 The electrode holding mechanism preferably has a holding rod provided for each electrode plate, extending in the vertical direction to suspend and hold each electrode plate, and a lifting plate located above the holding rod and outside the electrolytic cell, to which each of the holding rods is attached.

当該溶融塩電解装置は、電源と前記電極板とを電気的に接続する電気接続機構を備え、前記電気接続機構が、前記電解槽の外部に位置して前記電源に接続される導体と、前記保持ロッドと並行して上下方向に延びて、前記電極板を前記導体につなぐ通電部材とを有することが好ましい。 The molten salt electrolysis apparatus preferably includes an electrical connection mechanism that electrically connects a power source and the electrode plate, and the electrical connection mechanism preferably includes a conductor that is located outside the electrolytic cell and connected to the power source, and an electrically conductive member that extends vertically in parallel with the holding rod and connects the electrode plate to the conductor.

前記電解槽の内部には、2枚~100枚の前記電極板を配置可能であることが好ましい。 It is preferable that 2 to 100 of the electrode plates can be arranged inside the electrolytic cell.

この発明のチタン系電析物の製造方法は、上記のいずれかの溶融塩電解装置を用いて、前記電解精製によりチタン系電析物を製造する方法であって、前記電解槽の内部にて、溶融塩浴で前記陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させるとともに前記陰極に精製チタン系材料を析出させる電解工程と、前記電解工程の後、前記第二連通口を介して、前記電解槽の内部の溶融塩を外部に排出する溶融塩排出工程と、前記溶融塩排出工程の後、前記陰極上の前記精製チタン系材料を加熱しながら、前記第一連通口を介して前記電解槽の内部の気体を排出し、溶融塩の残留物を前記精製チタン系材料から分離させる残留物分離工程とを含むものである。 The method for producing a titanium-based electrodeposit of the present invention is a method for producing a titanium-based electrodeposit by electrolytic refining using any of the above-mentioned molten salt electrolysis devices, and includes an electrolysis step in which, inside the electrolysis cell, Ti is dissolved from the crude titanium-based material of the anode in a molten salt bath and a refined titanium-based material is precipitated on the cathode, a molten salt discharge step in which, after the electrolysis step, the molten salt inside the electrolysis cell is discharged to the outside through the second communication port, and, after the molten salt discharge step, the gas inside the electrolysis cell is discharged through the first communication port while the refined titanium-based material on the cathode is heated, and a residue separation step in which the residue of the molten salt is separated from the refined titanium-based material.

上記のチタン系電析物の製造方法では、前記残留物分離工程を行うに先立ち、前記電解工程及び前記溶融塩排出工程で使用した一の電解槽と、溶融塩凝縮器として用いる他の電解槽とを、それぞれの前記第一連通口で接続するとともに、前記他の電解槽の連通口を減圧装置に接続し、前記残留物分離工程で、前記減圧装置により、前記他の電解槽の内部を介して前記一の電解槽の内部を減圧雰囲気とし、前記他の電解槽の内部で前記溶融塩の残留物を冷却して回収することが好ましい。 In the above-mentioned method for producing titanium-based electrolytic deposits, it is preferable that, prior to carrying out the residue separation step, one electrolytic cell used in the electrolysis step and the molten salt discharge step is connected to another electrolytic cell used as a molten salt condenser through the first communication port, and the communication port of the other electrolytic cell is connected to a pressure reducing device, and in the residue separation step, the pressure reducing device creates a reduced pressure atmosphere inside the one electrolytic cell through the inside of the other electrolytic cell, and the molten salt residue is cooled and recovered inside the other electrolytic cell.

この場合、前記残留物分離工程の後、前記他の電解槽を用いて前記電解工程を行うことができる。 In this case, after the residue separation process, the electrolysis process can be carried out using the other electrolytic cell.

この発明によれば、Ti、Al及びOを含有する粗チタン系材料の電解精製によるチタン系電析物の製造を効率的に行うことができる。 According to this invention, it is possible to efficiently produce titanium-based electrodeposits by electrolytic refining of crude titanium-based material containing Ti, Al, and O.

この発明の一の実施形態の溶融塩電解装置を電極とともに示す、電解槽の深さ方向に沿う断面図である。1 is a cross-sectional view taken along the depth direction of an electrolytic cell, showing a molten salt electrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention together with electrodes. 図1の溶融塩電解装置を電解精製後の状態で示す、電解槽の深さ方向に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the depth direction of the electrolytic cell, showing the molten salt electrolysis apparatus of FIG. 1 in a state after electrolytic refining. 図2の溶融塩電解装置の電解槽を溶融塩排出後に他の電解槽と接続した状態を示す、電解槽の深さ方向に沿う断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the depth direction of the electrolytic cell, showing a state in which the electrolytic cell of the molten salt electrolysis apparatus of FIG. 2 is connected to another electrolytic cell after the molten salt is discharged. FIG. 図1のIV-IV線に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図3の溶融塩電解装置の電解槽から電極板を取り出した状態を示す、電解槽の深さ方向に沿う断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the depth direction of the electrolytic cell, showing a state in which an electrode plate is removed from the electrolytic cell of the molten salt electrolysis apparatus of FIG. 3. [0023] FIG.

以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面は、理解を容易にするために実施形態の一例を模式的に示したものであり、図面中の各部分の寸法や形状や電極等の部材の数その他の態様は適宜変更され得る。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the drawings are schematic illustrations of an example of an embodiment for ease of understanding, and the dimensions and shapes of each part in the drawings, the number of components such as electrodes, and other aspects may be modified as appropriate.

(溶融塩電解装置)
図1に例示する溶融塩電解装置1は、電解槽2を備えるものである。電解槽2では、陽極61a及び陰極61bを含む電極61を用いて、溶融塩浴Bm中で陽極61aの粗チタン系材料からTiを溶出させるとともに、陰極61bに精製チタン系材料を析出させる電解精製が行われる。
(Molten salt electrolysis equipment)
The molten salt electrolysis apparatus 1 illustrated in Fig. 1 includes an electrolytic cell 2. In the electrolytic cell 2, using electrodes 61 including an anode 61a and a cathode 61b, electrolytic refining is performed in which Ti is eluted from the crude titanium-based material of the anode 61a in a molten salt bath Bm and a refined titanium-based material is deposited on the cathode 61b.

この電解精製は、粗チタン系材料から、その粗チタン系材料よりも純度の高い精製チタン系材料を得ることを目的として行う。粗チタン系材料は、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)及びO(酸素)や、一般にFe(鉄)、Si(珪素)等の鉱石に含まれる元素も含有するとともに導電性を有するものであって、陽極61aの一部または全部として陽極61aの構成に含ませる。図1に示すように、陽極61a及び陰極61bのそれぞれを、その少なくとも一部で溶融塩浴Bmに浸漬させた状態で、陽極61a及び陰極61bの間に電圧を印加すると、陽極61aの粗チタン系材料から主にTiが溶出して、陰極61bに精製チタン系材料が析出し、AlやO等の少なくとも一部が除去される。これにより、精製チタン系材料として金属チタン又はチタン合金等のチタン系電析物を製造することができる。このような電解精製を用いるチタンの製造では、チタン鉱石の塩化を行ってクロール法をベースとした方法にてチタンを製造する場合に比して、炭素の使用量及び、それによる二酸化炭素の排出量を削減できるので、カーボンニュートラル、ひいては脱炭素社会の実現に大きく寄与することができる。電解精製を含むチタン系電析物の製造方法の詳細については後述する。 This electrolytic refining is performed for the purpose of obtaining a refined titanium-based material having a higher purity than the crude titanium-based material from the crude titanium-based material. The crude titanium-based material contains elements such as Ti (titanium), Al (aluminum), and O (oxygen), as well as elements generally contained in ores such as Fe (iron) and Si (silicon), and is conductive, and is included in the anode 61a as a part or all of the anode 61a. As shown in FIG. 1, when a voltage is applied between the anode 61a and the cathode 61b with at least a part of each of the anode 61a and the cathode 61b immersed in a molten salt bath Bm, mainly Ti is dissolved from the crude titanium-based material of the anode 61a, and the refined titanium-based material is precipitated on the cathode 61b, and at least a part of Al, O, etc. is removed. This allows the production of a titanium-based electrolytic product such as metallic titanium or a titanium alloy as a refined titanium-based material. In the production of titanium using this type of electrolytic refining, the amount of carbon used and the associated carbon dioxide emissions can be reduced compared to the production of titanium using a method based on the Kroll process, in which titanium ore is salified, and this can greatly contribute to the realization of a carbon-neutral, and ultimately decarbonized, society. Details of the production methods for titanium-based electrodeposits, including electrolytic refining, will be described later.

電解精製を行う図示の電解槽2は、上方側に開口部2aが設けられた槽本体2bと、槽本体2bの開口部2aに対して着脱可能で、槽本体2bの開口部2aに取り付けられたときに当該開口部2aを覆蓋する蓋体2cとを含んで構成される。槽本体2bは、たとえば、楕円または角筒等の筒状の周壁部2dの下方側を底部2eで密閉した鉄鋼製、Ni製や煉瓦製等の容器状のものであり、その内部は溶融塩を貯留させて溶融塩浴Bmとする。鉄鋼製の電解槽2の材質の具体例としては、炭素鋼、ステンレス鋼(JIS規格のSUS等)、耐熱鋼(JIS規格のSUH等)等が挙げられる。たとえば煉瓦製の電解槽2の内面には、鋼やNi等でライニングを施すことがある。 The electrolytic cell 2 shown in the figure, which performs electrolytic refining, is composed of a cell body 2b with an opening 2a on the upper side, and a cover 2c that is detachable from the opening 2a of the cell body 2b and covers the opening 2a when attached to the opening 2a of the cell body 2b. The cell body 2b is, for example, a container made of steel, Ni, brick, or the like, with the lower side of the cylindrical peripheral wall portion 2d, such as an elliptical or rectangular tube, sealed with the bottom portion 2e, and molten salt is stored inside to form the molten salt bath Bm. Specific examples of the material of the steel electrolytic cell 2 include carbon steel, stainless steel (JIS standard SUS, etc.), heat-resistant steel (JIS standard SUH, etc.), etc. For example, the inner surface of the brick electrolytic cell 2 may be lined with steel, Ni, etc.

また、電解精製の間、電解槽2の内部で溶融塩浴Bmに浸漬させて配置する電極61は、陽極61a又は陰極61bのいずれかとしてそれぞれ機能する電極板62を交互に並べて配置した部分を含むものとする。 In addition, during electrolytic refining, the electrode 61, which is immersed in the molten salt bath Bm inside the electrolytic cell 2, includes a portion in which electrode plates 62, each functioning as either an anode 61a or a cathode 61b, are arranged alternately.

このような板状をなす電極板62は、それらの主要な表面がそれぞれ互いに対向するように配置することにより、電解槽2の内部で所定の容積当たりに多くの枚数を配置でき、さらには広い当該表面で極間距離がある程度短い距離に維持されながら、電解精製を効率的に行うことができる。たとえば図示は省略するが、円筒状の陽極の内側に、複数個の円柱状の陰極を周方向に並べて配置した場合や、一個の円筒状もしくは円柱状の陰極を陽極と同心円状に配置した場合は、次のような問題点があり、非効率である。すなわち、前者では、当該陰極上に析出する精製チタン系材料は、それらの対向する表面上の所定の極間距離の短い箇所の陰極上に集中して析出し、後者は、初期の極間距離が長く、電解浴の電気抵抗で消費する電力が大きくなり、精製チタン系材料が成長すると、極間距離は短くなるが、表面積が増えるので電流量が増えて消費電力が大きくなり、総じて非効率である。電極板62は、前記主要な表面の正面視で長方形もしくは正方形の矩形状又は、多角形状を有することが好ましい。また、電極板62は、図示の平板状のものに限らず、その少なくとも一部に屈曲部及び/又は湾曲部が存在する板状のものとすることができる他、その少なくとも一部で厚みが変化するものとしてもよい。なお、板状とは、厚みに対して主要な表面の寸法(縦横の長さ等)が長い形状を意味し、これには直方体状や円盤状等が含まれる。また、電流の集中を避けるため、直方体状等の周縁ないし四隅に角部がある形状の電極板62の場合に角部を丸くすること等によって角部を無くす面取り等の加工や、その周縁と中央で厚みを変化させる加工等を施したものも、板状に含まれる。 By arranging such plate-shaped electrode plates 62 so that their main surfaces face each other, a large number of them can be arranged per given volume inside the electrolytic cell 2, and furthermore, electrolytic refining can be efficiently performed while maintaining a relatively short distance between the electrodes on the wide surfaces. For example, although not shown, when multiple cylindrical cathodes are arranged in a circumferential direction inside a cylindrical anode, or when one cylindrical or cylindrical cathode is arranged concentrically with the anode, there are the following problems and it is inefficient. That is, in the former case, the refined titanium-based material deposited on the cathode is concentrated on the cathode at the part of the opposing surface where the given distance between the electrodes is short, and in the latter case, the initial distance between the electrodes is long, and the power consumed by the electrical resistance of the electrolytic bath is large, and as the refined titanium-based material grows, the distance between the electrodes becomes shorter, but the surface area increases, so the amount of current increases and the power consumption increases, and it is generally inefficient. The electrode plate 62 preferably has a rectangular or square shape or a polygonal shape when viewed from the front of the main surface. The electrode plate 62 is not limited to the flat plate shown in the figure, and may be a plate with at least a bent and/or curved portion, or may have a thickness that varies at least in part. The term "plate-like" refers to a shape in which the dimensions (length and width, etc.) of the main surface are longer than the thickness, and includes rectangular parallelepiped and disk-like shapes. In addition, in the case of an electrode plate 62 having corners on the periphery or four corners of a rectangular parallelepiped or other shape, chamfering such as rounding the corners to eliminate the corners or processing such as changing the thickness at the periphery and center are also included in the plate-like shape.

そして、陽極61a又は陰極61bのいずれかの極性を与える電極板62を、図示のように交互に並べて配置し、電解精製を行うと、図2に示すように、陰極61bの、陽極61aと対向する各表面(電析面)上に精製チタン系材料63が析出する。そのような多数の電極板62の交互配置は、電極間距離が短いので一枚当たりの陰極61bに厚く精製チタン系材料63を析出させることはできないが、比較的短時間の一度の電解精製で、ある程度多量の精製チタン系材料63を得ることができて量産に適している。電極板62は、たとえば2枚~100枚、5枚~100枚又は、10枚~100枚、場合によってはそれ以上の枚数を並べて配置することがある。 When the electrode plates 62, which provide either the anode 61a or the cathode 61b with a polarity, are arranged alternately as shown in the figure and electrolytic refining is performed, the refined titanium-based material 63 is deposited on each surface (electrodeposition surface) of the cathode 61b that faces the anode 61a, as shown in FIG. 2. Although such an alternating arrangement of many electrode plates 62 does not allow a thick deposition of refined titanium-based material 63 on each cathode 61b because the distance between the electrodes is short, it is possible to obtain a relatively large amount of refined titanium-based material 63 in one electrolytic refining run in a relatively short time, making it suitable for mass production. The electrode plates 62 may be arranged in a number of rows, for example, 2 to 100, 5 to 100, or 10 to 100, or in some cases even more.

ところで、電解精製の後は、陰極61b上に析出した精製チタン系材料63からチタン系電析物を得るため、陰極61bを含む電極板62を溶融塩浴Bmから分離させるとともに、陰極61b上の精製チタン系材料63に付着している溶融塩の残留物を除去することが必要になる。ここで、電解槽2の蓋体2cを開いて、溶融塩浴Bmに浸漬している電極板62を溶融塩浴Bmから引き上げて電解槽2から取り出すと、陰極61b上の精製チタン系材料63が、高温状態での大気との接触により酸化し、そのO含有量が増加する。また、精製チタン系材料63に溶融塩の残留物が付着している場合は、その溶融塩が吸湿してさらには分解されることもあり、その結果、精製チタン系材料63が劣化するおそれがある。 After electrolytic refining, in order to obtain a titanium-based electrodeposit from the refined titanium-based material 63 deposited on the cathode 61b, it is necessary to separate the electrode plate 62 including the cathode 61b from the molten salt bath Bm and remove the molten salt residue adhering to the refined titanium-based material 63 on the cathode 61b. When the lid 2c of the electrolytic cell 2 is opened and the electrode plate 62 immersed in the molten salt bath Bm is pulled out of the molten salt bath Bm and removed from the electrolytic cell 2, the refined titanium-based material 63 on the cathode 61b is oxidized due to contact with the air at a high temperature, and its O content increases. In addition, if the refined titanium-based material 63 has molten salt residue adhering thereto, the molten salt may absorb moisture and even decompose, which may result in deterioration of the refined titanium-based material 63.

これに対し、この実施形態では、電解槽2に、その内部と外部をつなげる開閉可能な二個以上、たとえば三個の連通口3a~3cを設けている。二個以上の連通口3a~3bには、第一連通口3a及び第二連通口3bが含まれる。図1、2の上方側に位置する第一連通口3aは、電解槽2の内部からの気体の排出に主に用いられるものである。第一連通口3aよりも電解槽2の深さ方向(図1、2の上下方向)の深い側である下方側に位置する第二連通口3bは、電解槽2の内部からの溶融塩の排出に主に用いられる。 In contrast, in this embodiment, the electrolytic cell 2 is provided with two or more, for example three, communication ports 3a-3c that can be opened and closed to connect the inside and outside of the electrolytic cell 2. The two or more communication ports 3a-3b include a first communication port 3a and a second communication port 3b. The first communication port 3a located on the upper side in Figures 1 and 2 is mainly used to discharge gas from inside the electrolytic cell 2. The second communication port 3b located on the lower side, deeper in the depth direction of the electrolytic cell 2 (vertical direction in Figures 1 and 2) than the first communication port 3a, is mainly used to discharge molten salt from inside the electrolytic cell 2.

それにより、たとえば、電解精製の後、電解槽2の蓋体2cを閉じた状態を維持し、第二連通口3bを介して電解槽2内の溶融塩浴Bmの溶融塩を排出させた後、電解槽2の内部を加熱しながら減圧装置で減圧雰囲気とすることで、溶融塩の残留物を分離させて第一連通口3aから除去することができる。このように第一連通口3a、第二連通口3bは、溶融塩の排出先(後述する他の電解槽12等)や、真空ポンプ等の減圧装置と接続可能に構成されていることが好ましい。 Thereby, for example, after electrolytic refining, the lid 2c of the electrolytic cell 2 is kept closed, the molten salt of the molten salt bath Bm in the electrolytic cell 2 is discharged through the second communication port 3b, and then the inside of the electrolytic cell 2 is heated while creating a reduced pressure atmosphere with a pressure reducing device, so that the molten salt residue can be separated and removed from the first communication port 3a. In this way, the first communication port 3a and the second communication port 3b are preferably configured to be connectable to a discharge destination of the molten salt (such as another electrolytic cell 12 described below) or a pressure reducing device such as a vacuum pump.

上述した溶融塩の排出及びその残留物の分離は、密閉状態とした電解槽2の内部で行うことが可能であるから、陰極61b上の精製チタン系材料63の、大気との接触ならびに、それによる酸化及びO含有量の増加や浴成分の吸湿を抑制することができる。この場合、溶融塩浴Bmからの電極板62の引上げや、電解槽2の外部での残留物の分離を簡略化でき、その際に精製チタン系材料63の大気との接触を抑制した状態を別途確保することが不要になるので、チタン系電析物を効率的に製造することができる。 The discharge of the molten salt and separation of the residue described above can be performed inside the sealed electrolytic cell 2, so that the refined titanium-based material 63 on the cathode 61b can be prevented from coming into contact with the atmosphere, and the resulting oxidation, increase in O content, and moisture absorption of bath components can be suppressed. In this case, the lifting of the electrode plate 62 from the molten salt bath Bm and the separation of the residue outside the electrolytic cell 2 can be simplified, and since it is no longer necessary to separately ensure a state in which the refined titanium-based material 63 is prevented from coming into contact with the atmosphere, titanium-based electrodeposits can be produced efficiently.

電解槽2は、少なくとも二個の連通口3a及び3bが設けられていればよく、連通口は三個以上としてもよい。たとえば、図示の電解槽2では、三個の連通口3a、3b及び3cを設けている。第三連通口3cは、後述するように、少なくとも減圧に用いられるものであり、その際に減圧装置21に接続され得る。図示は省略するが、連通口は四個以上とすることもできる。複数個の連通口3a、3b及び3cのうち、相対的に電解槽の深さ方向の深い側に位置する第二連通口3bは、少なくとも溶融塩の排出に用いられるものとし、それとは逆側に位置する第一連通口3aは、少なくとも気体の排出に用いられるものとする。但し、各連通口3a、3b及び3cはそれぞれ、次に述べる例示を含め、それ以外の用途に用いられるものであってもよい。 The electrolytic cell 2 may have at least two communication ports 3a and 3b, and may have three or more communication ports. For example, the illustrated electrolytic cell 2 has three communication ports 3a, 3b, and 3c. As described below, the third communication port 3c is used at least for reducing the pressure, and may be connected to a pressure reducing device 21 at that time. Although not shown, the number of communication ports may be four or more. Of the multiple communication ports 3a, 3b, and 3c, the second communication port 3b located relatively deep in the depth direction of the electrolytic cell is used at least for discharging the molten salt, and the first communication port 3a located on the opposite side is used at least for discharging the gas. However, each of the communication ports 3a, 3b, and 3c may be used for other purposes, including the following examples.

連通口3a、3b、3cは、上記の用途の他、電解槽2の内部への溶融塩等の供給や、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスの供給に用いられるものであってもよい。第一連通口3aから電解槽2の内部に不活性ガスを供給すれば、電解槽2の内圧を高くして外部の大気の侵入を抑制することや、後述の通電部材5c、5dやシール部材等の加熱による溶融ないし劣化を防ぐこと等が可能になる。 In addition to the above uses, the communication ports 3a, 3b, and 3c may be used to supply molten salt or the like to the inside of the electrolytic cell 2, or to supply an inert gas such as argon gas or helium gas. Supplying an inert gas to the inside of the electrolytic cell 2 from the first communication port 3a makes it possible to increase the internal pressure of the electrolytic cell 2 and suppress the intrusion of outside air, and to prevent melting or deterioration due to heating of the current-carrying members 5c and 5d and sealing members described below.

図示の例では、電解槽2に設けられる少なくとも二個の連通口3a及び3bのうち、溶融塩浴Bmの浴面よりも上方側に位置する第一連通口3aは、電解槽2の内部への溶融塩の供給及び、電解槽2の内部からの気体の排出に用いられる。この第一連通口3aは、不活性ガスの供給源に接続可能として、電解槽2の内部への不活性ガス等の気体の供給にも用いることがある。また、溶融塩浴Bmの浴面よりも下方側で電解槽2の底部2e寄りに位置する第二連通口3bは、電解槽2の内部からの溶融塩の排出に用いられるものとしている。但し、複数個設けた場合の各連通口3a、3bの役割は、これに限らない。 In the illustrated example, of the at least two communication ports 3a and 3b provided in the electrolytic cell 2, the first communication port 3a located above the bath surface of the molten salt bath Bm is used to supply molten salt to the inside of the electrolytic cell 2 and to exhaust gas from the inside of the electrolytic cell 2. This first communication port 3a can be connected to an inert gas supply source and may also be used to supply gas such as an inert gas to the inside of the electrolytic cell 2. In addition, the second communication port 3b located below the bath surface of the molten salt bath Bm and closer to the bottom 2e of the electrolytic cell 2 is used to exhaust molten salt from the inside of the electrolytic cell 2. However, when multiple communication ports 3a and 3b are provided, the role of each communication port 3a and 3b is not limited to this.

溶融塩の排出に用いる第二連通口3bは、溶融塩浴Bmを構成する溶融塩の多くを自重で排出できるようにするとの観点からは、電解槽2の底部2e近傍の位置に設けることが好ましい。他方、図示は省略するが、たとえば、当該第二連通口3bに挿入する吸引管及びポンプを用いて、溶融塩を排出させることも可能であり、この場合、第二連通口3bの位置は底部2e近傍ではなくてもよい。なお、連通口3a~3cは、電解槽2の槽本体2bの周壁部2dに設けているが、その少なくとも一個を、底部2eや蓋体2cに設けることも考えられる。 From the viewpoint of enabling most of the molten salt constituting the molten salt bath Bm to be discharged by its own weight, the second communication port 3b used to discharge the molten salt is preferably provided in a position near the bottom 2e of the electrolytic cell 2. On the other hand, although not shown, it is also possible to discharge the molten salt using, for example, a suction pipe and a pump inserted into the second communication port 3b, in which case the position of the second communication port 3b does not have to be near the bottom 2e. Note that although the communication ports 3a to 3c are provided in the peripheral wall portion 2d of the cell body 2b of the electrolytic cell 2, it is also conceivable to provide at least one of them in the bottom 2e or the lid 2c.

各連通口3a、3b及び3cの寸法は、溶融塩や気体の通流が可能であって、その役割を果たすことができれば、適宜決定することができる。また、各連通口3a、3b及び3cは、図示しないバルブが設けられて開閉可能なものとし、電解精製時などの使用しないときはバルブを閉鎖して閉じておくことができる。 The dimensions of each communication port 3a, 3b, and 3c can be determined appropriately as long as the molten salt and gas can flow through them and they can perform their role. In addition, each communication port 3a, 3b, and 3c is provided with a valve (not shown) that can be opened and closed, and the valve can be closed when not in use, such as during electrolytic refining.

電解槽2の内部からの溶融塩浴Bmの溶融塩の排出は、たとえば、第二連通口3bを、図示しない溶融塩保管容器に接続し、そのバルブを開放して、電解槽2の内部から溶融塩保管容器の内部に溶融塩を移すことにより行うことができる。この際に、必要であればポンプを使用してもよい。またこの際に、必要に応じて、第一連通口3aから不活性ガスを供給して電解槽2の内部を加圧し、溶融塩の排出を促進させることもできる。 The molten salt of the molten salt bath Bm can be discharged from inside the electrolytic cell 2, for example, by connecting the second communication port 3b to a molten salt storage container (not shown) and opening the valve to transfer the molten salt from inside the electrolytic cell 2 to inside the molten salt storage container. At this time, a pump may be used if necessary. Also, at this time, if necessary, an inert gas may be supplied from the first communication port 3a to pressurize the inside of the electrolytic cell 2 and promote the discharge of the molten salt.

その後の精製チタン系材料63からの溶融塩の残留物の分離では、図3に示すように、他の電解槽12を用いることが好ましい。より詳細には、電解精製を行った後に溶融塩を排出させた一の電解槽2を、溶融塩が入っていない他の電解槽12と、それぞれの第一連通口3a、13aで接続する。他の電解槽12には、減圧装置21も接続されている。他の電解槽12における減圧装置21の接続箇所は任意であるが、この例では、他の電解槽12の第三連通口13cとしている。この状態で、一の電解槽2を加熱しながら減圧装置21で吸引すると、一の電解槽2の内部は減圧雰囲気となり、精製チタン系材料63に付着していた溶融塩の残留物の少なくとも一部が蒸発し、第一連通口3a及び13aを介して他の電解槽12の内部に送られる。他の電解槽12にて当該残留物は冷却されて凝縮し、そこで回収される。ここでは、他の電解槽12は溶融塩凝縮器(いわゆるコンデンサ)として機能し、また第三連通口13cは減圧に用いられる。他の電解槽12の内部で回収された溶融塩は、その後の当該他の電解槽12を用いた電解精製で溶融塩浴の一部として使用することができる。 In the subsequent separation of the molten salt residue from the refined titanium-based material 63, it is preferable to use the other electrolytic cell 12, as shown in FIG. 3. More specifically, the first electrolytic cell 2 from which the molten salt has been discharged after electrolytic refining is connected to the other electrolytic cell 12 not containing the molten salt, via the first communication ports 3a and 13a. The other electrolytic cell 12 is also connected to a pressure reducing device 21. The connection point of the pressure reducing device 21 to the other electrolytic cell 12 is arbitrary, but in this example, it is the third communication port 13c of the other electrolytic cell 12. In this state, when the first electrolytic cell 2 is heated and sucked by the pressure reducing device 21, the inside of the first electrolytic cell 2 becomes a reduced pressure atmosphere, and at least a part of the molten salt residue attached to the refined titanium-based material 63 evaporates and is sent to the inside of the other electrolytic cell 12 via the first communication ports 3a and 13a. The residue is cooled and condensed in the other electrolytic cell 12, where it is collected. Here, the other electrolytic cell 12 functions as a molten salt condenser (a so-called condenser), and the third communication port 13c is used for reducing pressure. The molten salt recovered inside the other electrolytic cell 12 can be used as part of the molten salt bath in subsequent electrolytic refining using the other electrolytic cell 12.

上述したような残留物の回収及び再利用を実現するため、溶融塩電解装置1は複数個の電解槽2、12を備えるものとし、一の電解槽2と他の電解槽12はそれぞれの第一連通口3a、13aで互いに接続可能であることが好ましい。またここでは、他の電解槽12の第三連通口13cに減圧装置を接続可能とし、他の電解槽12を溶融塩凝縮器として用いることが好適である。他の電解槽12は、一の電解槽2と実質的に同じ構成とすることができる。 To achieve the recovery and reuse of the residue as described above, the molten salt electrolysis device 1 is provided with multiple electrolytic cells 2, 12, and it is preferable that the first electrolytic cell 2 and the other electrolytic cell 12 can be connected to each other via their respective first communication ports 3a, 13a. It is also preferable here to make it possible to connect a pressure reducing device to the third communication port 13c of the other electrolytic cell 12, and to use the other electrolytic cell 12 as a molten salt condenser. The other electrolytic cell 12 can be configured substantially the same as the first electrolytic cell 2.

溶融塩の排出及び残留物の分離が終了すると、電極板62及び、そこに電析している精製チタン系材料63を、自然冷却又は強制冷却後に、蓋体2cの開放状態で電解槽2の内部から取り出す。ここで、図示の実施形態では、電極板62を電極保持機構4で保持させており、この電極保持機構4を用いることで、電極板62を、図5に示すように、電解槽2の内部から容易に取り出すことができる。 When the discharge of the molten salt and the separation of the residue are completed, the electrode plate 62 and the refined titanium-based material 63 electrolytically deposited thereon are naturally or forcibly cooled, and then removed from inside the electrolytic cell 2 with the lid 2c open. Here, in the illustrated embodiment, the electrode plate 62 is held by the electrode holding mechanism 4, and by using this electrode holding mechanism 4, the electrode plate 62 can be easily removed from inside the electrolytic cell 2, as shown in FIG. 5.

電極保持機構4は、電極板62を保持し、電極板62を電解槽2の内部と外部との間で移動させることができるものである。図示の例では、電極保持機構4は、電極板62ごとに設けられて上下方向に延びて各電極板62を吊下げ保持するステンレス鋼製又は耐熱鋼製等の保持ロッド4aと、保持ロッド4aの上方側で電解槽2の外部に位置し、保持ロッド4aのそれぞれがその上端部で取り付けられた昇降プレート4bとを有するものとしている。 The electrode holding mechanism 4 holds the electrode plate 62 and can move the electrode plate 62 between the inside and outside of the electrolytic cell 2. In the illustrated example, the electrode holding mechanism 4 has a holding rod 4a made of stainless steel or heat-resistant steel, etc., which is provided for each electrode plate 62 and extends in the vertical direction to suspend and hold each electrode plate 62, and a lifting plate 4b located above the holding rod 4a and outside the electrolytic cell 2, with each holding rod 4a attached at its upper end.

このうち、保持ロッド4aは下端部で電極板62に連結される。かかる保持ロッド4aは、電極板62の安定した保持を実現するため、電極板62の一枚につき、たとえば図4に示すように、電極板62の上面で幅方向(図4の上下方向)の外側の位置にそれぞれ一本ずつの計二本取り付けることがある。電極板62の一枚につき、一本又は三本以上の保持ロッド4aを設けてもよい。各保持ロッド4aは、電解槽2の蓋体2cを貫通して延びている。蓋体2cは保持ロッド4aとともに移動するように、保持ロッド4aに取り付けられることが好適であり、蓋体2cの保持ロッド4aが通る箇所には、Oリング等のシール部材を設けることができる。また、昇降プレート4bは、電解槽2の蓋体2cの上方側に設けられており、図示しない駆動源により上下方向に昇降変位するように駆動される。 Of these, the holding rod 4a is connected to the electrode plate 62 at its lower end. In order to stably hold the electrode plate 62, two holding rods 4a may be attached to each electrode plate 62, one on each side of the upper surface of the electrode plate 62 in the width direction (vertical direction in FIG. 4), as shown in FIG. 4. One or three or more holding rods 4a may be provided for each electrode plate 62. Each holding rod 4a extends through the lid 2c of the electrolytic cell 2. It is preferable that the lid 2c is attached to the holding rod 4a so that it moves together with the holding rod 4a, and a sealing member such as an O-ring can be provided at the place where the holding rod 4a passes through the lid 2c. The lifting plate 4b is provided above the lid 2c of the electrolytic cell 2, and is driven by a driving source (not shown) to move up and down in the vertical direction.

なお、溶融塩電解装置1には、電源と電極板62とを電気的に接続する電気接続機構5を設ける。具体的には、電気接続機構5は、電解槽2の外部で、たとえば昇降プレート4bの上方側に位置して電源に接続される板状その他の形状の銅製やアルミニウム製等の導体5a、5b(いわゆるブスバー等)、並びに、上述した保持ロッド4aと並行して上下方向に延びて、電極板62を導体5a、5bにつなぐ銅製、ニッケル製、炭素鋼製もしくは鉄製等の導線その他の通電部材5c、5dで構成することがある。導体5a、5bを設けることにより、多数枚の電極板62を設けた場合であっても、電源への接続箇所の数を少なくすることができる。導体5a、5b及び通電部材5c、5dはそれぞれ、電源のプラス極に接続されるものとマイナス極に接続されるものの二種類が設けられている。溶融塩浴Bmの深さ方向に直交する方向に並べて配置した電極板62のうち、陽極61aの極性が与えられる一つおきの電極板62は、導体5a及び通電部材5cが接続され、また、陰極61bの極性が与えられる一つおきの電極板62は、導体5b及び通電部材5dが接続される。 The molten salt electrolysis device 1 is provided with an electrical connection mechanism 5 that electrically connects the power source and the electrode plate 62. Specifically, the electrical connection mechanism 5 may be composed of conductors 5a, 5b (so-called bus bars, etc.) made of copper or aluminum in a plate shape or other shape that are located, for example, above the lift plate 4b and connected to the power source outside the electrolytic cell 2, and conductors 5c, 5d made of copper, nickel, carbon steel, iron, etc. that extend in the vertical direction parallel to the holding rod 4a and connect the electrode plate 62 to the conductors 5a, 5b. By providing the conductors 5a, 5b, the number of connection points to the power source can be reduced even when a large number of electrode plates 62 are provided. Two types of conductors 5a, 5b and electrical conductive members 5c, 5d are provided, one connected to the positive pole of the power source and one connected to the negative pole. Of the electrode plates 62 arranged in a direction perpendicular to the depth direction of the molten salt bath Bm, every other electrode plate 62 that is given the polarity of the anode 61a is connected to the conductor 5a and the current-carrying member 5c, and every other electrode plate 62 that is given the polarity of the cathode 61b is connected to the conductor 5b and the current-carrying member 5d.

通電部材5c、5dは、たとえば図4に示すように、電極板62の上面に幅方向で二本の保持ロッド4aの間の位置等で接続され、一枚の電極板62につき二本とすることがある。一枚の電極板62につき、一本又は三本以上の通電部材5c、5dを接続してもよい。図1~3及び5に示すところでは、通電部材5c、5dはそれぞれ、同図の紙面の手前の保持ロッド4aよりも紙面の奥側ないし裏側で上下方向に延びて、電解槽2の蓋体2cを貫通して導体5a又は5bに接続されている。 As shown in FIG. 4, for example, the current-carrying members 5c, 5d are connected to the upper surface of the electrode plate 62 at a position between the two holding rods 4a in the width direction, and two current-carrying members 5c, 5d may be connected to one electrode plate 62. One or three or more current-carrying members 5c, 5d may be connected to one electrode plate 62. As shown in FIGS. 1 to 3 and 5, the current-carrying members 5c, 5d each extend vertically beyond the holding rod 4a in front of the paper, or on the back side of the paper, and penetrate the lid 2c of the electrolytic cell 2 to be connected to the conductor 5a or 5b.

保持ロッド4aや通電部材5c、5dが、溶融塩浴Bmの熱によって極めて高温になることを避けるため、電極板62は、図1及び2に示すように、その上方側の部分が溶融塩浴Bmの浴面上に露出するように溶融塩浴Bm中に配置することが好ましい。また、蓋体2cには断熱材を設けることが好適である。電解精製時や残留物の分離時等における電解槽2の内部の熱で、外部の導体5a、5b等の部材が劣化することを抑制するためである。また、電解槽2の周囲で作業する作業者の安全性を高めるため、また作業者への負荷を軽減するためにも断熱材の設置は有効である。蓋体2c近傍の部材の温度上昇を抑えるとの観点から、蓋体2cには、水等の冷媒を流す熱交換器を設けてもよい。 In order to prevent the holding rod 4a and the current-carrying members 5c and 5d from becoming extremely hot due to the heat of the molten salt bath Bm, it is preferable to place the electrode plate 62 in the molten salt bath Bm so that its upper portion is exposed above the bath surface of the molten salt bath Bm, as shown in Figures 1 and 2. It is also preferable to provide a heat insulating material on the lid 2c. This is to prevent deterioration of the external conductors 5a, 5b, and other members due to the heat inside the electrolytic cell 2 during electrolytic refining or residue separation. The installation of a heat insulating material is also effective in increasing the safety of workers working around the electrolytic cell 2 and reducing the burden on the workers. From the viewpoint of suppressing the temperature rise of the members near the lid 2c, a heat exchanger that flows a coolant such as water may be provided on the lid 2c.

なお、図面では、構造の把握を容易にするため、保持ロッド4aや通電部材5c、5dを、電極板62の上面において厚み方向中心線からずれた位置に示しているが、両者は厚み方向中心線上に配置することもできる。保持ロッド4aや通電部材5c、5dは、作用する荷重と電流・電圧の均一性確保の観点から、対称位置である電極板62の厚み方向中心線上の位置に設けることが好ましい。 In the drawings, to make it easier to understand the structure, the holding rod 4a and the current-carrying members 5c and 5d are shown at positions offset from the center line in the thickness direction on the upper surface of the electrode plate 62, but they can also be placed on the center line in the thickness direction. From the viewpoint of ensuring uniformity of the load and current/voltage applied, it is preferable to place the holding rod 4a and the current-carrying members 5c and 5d at positions on the center line in the thickness direction of the electrode plate 62, which is a symmetrical position.

ところで、溶融塩電解装置1には、電解槽2の内部に、少なくとも陰極61bの温度を調整する温度調節器6を設けることができる。この温度調節器6として、図示の実施形態では、熱媒体を流動させる配管を含む熱交換器を、電解槽2の内部で電極61よりも底部2e側(低部ないし下方側)で、少なくとも陰極61bの直下の位置に敷設している。なお、陰極61bの鉛直方向の下方側への投影領域と、熱交換器の配管の敷設領域とが、少なくとも一部で重複していれば、熱交換器が、少なくとも陰極61bの直下の位置に敷設されているものと認められる。ただし、温度調節器6は陽極61aの直下の位置には施設しないことが好ましい。 The molten salt electrolysis apparatus 1 can be provided with a temperature regulator 6 for adjusting the temperature of at least the cathode 61b inside the electrolytic cell 2. In the illustrated embodiment, the temperature regulator 6 is a heat exchanger including a pipe for flowing a heat medium, which is installed inside the electrolytic cell 2 on the bottom 2e side (lower or lower side) of the electrode 61, at least directly below the cathode 61b. If the vertically downward projection area of the cathode 61b and the area where the heat exchanger pipes are installed overlap at least partially, the heat exchanger is deemed to be installed at a position directly below the cathode 61b. However, it is preferable not to install the temperature regulator 6 directly below the anode 61a.

温度調節器6は、電解精製時及び、その後の溶融塩の排出時にも使用可能であるが、少なくとも陰極61bの直下の位置に敷設することにより、精製チタン系材料63に付着している溶融塩の残留物を精製チタン系材料63から分離させる際に特に良好に用いることができる。この際には、精製チタン系材料63に付着している当該残留物を気化ないし液化させて、精製チタン系材料63から分離させるため、精製チタン系材料63が電析した陰極61bを、少なくとも浴成分の融点を超える比較的高い温度に加熱することを要するからである。 The temperature regulator 6 can be used during electrolytic refining and when discharging the molten salt thereafter, but by placing it at least directly below the cathode 61b, it can be particularly useful when separating the molten salt residue adhering to the purified titanium-based material 63 from the purified titanium-based material 63. At this time, in order to vaporize or liquefy the residue adhering to the purified titanium-based material 63 and separate it from the purified titanium-based material 63, it is necessary to heat the cathode 61b on which the purified titanium-based material 63 is electrodeposited to a relatively high temperature that exceeds at least the melting point of the bath components.

一方、温度調節器6による加熱は、後述するように、陽極61aに残留する粗チタン系材料の残渣と、Niとの合金化反応を生じさせるおそれがある。これを抑制するため、温度調節器6は、その大部分を陰極61bの直下の位置に敷設し、陽極61aを過度に加熱しないように配置することが望ましい。より好ましくは、温度調節器6としての熱交換器の配管は、少なくとも陰極61bの直下の位置で、陰極61bの幅方向(図1~3、5の紙面の奥行方向)と平行に延びる部分を有するものとする。 On the other hand, as described below, heating by the temperature regulator 6 may cause an alloying reaction between the residue of the crude titanium-based material remaining on the anode 61a and Ni. To prevent this, it is desirable to place the temperature regulator 6 so that the majority of it is located directly below the cathode 61b and so as not to overheat the anode 61a. More preferably, the piping of the heat exchanger serving as the temperature regulator 6 has at least a portion directly below the cathode 61b that extends parallel to the width direction of the cathode 61b (the depth direction of the paper in Figures 1 to 3 and 5).

(チタン系電析物の製造方法)
チタン系電析物を製造するには、上述した溶融塩電解装置1の電解槽2を用いて電解精製を行う電解工程に先立って予め、粗チタン系材料を準備しておく。粗チタン系材料は、抽出工程により得ることができる。
(Method for producing titanium-based electrodeposits)
To produce a titanium-based electrodeposit, a crude titanium-based material is prepared in advance prior to the electrolysis step of electrolytic refining using the electrolytic cell 2 of the above-mentioned molten salt electrolysis apparatus 1. The crude titanium-based material can be obtained by an extraction step.

抽出工程では、酸化チタン(TiO2)等のチタン酸化物を含むチタン鉱石等のチタン原料と、アルミニウム(Al)を含む還元剤の混合物を加熱する。この際に、分離剤を混合してもよい。このときの反応は複雑だが総じて、たとえば、3TiO2+4Al→3Ti+2Al23の反応等が起きると考えられる。ここで、右辺のTiはある程度の量のAlとOが固溶しており、これが粗チタン系材料に相当する。この粗チタン系材料には、鉱石中の不純物であるFe、Si、V、Cr、Ni、Mn等が少量含まれることがある。加熱温度は例えば1500℃~1800℃とする場合がある。混合物は加熱により溶融状態になった後、密度差で粗チタン系材料(液体または固体)とスラグとが分離するので、粗チタン系材料(上記反応式のTi)を抽出することができる。このような抽出工程は炭素を反応系に含まないので、その後の電解工程で電解精製を行って製造したチタン系電析物は炭素を使用せずに製錬したものとなる。 In the extraction process, a mixture of a titanium raw material such as titanium ore containing titanium oxide such as titanium oxide (TiO 2 ) and a reducing agent containing aluminum (Al) is heated. At this time, a separating agent may be mixed. The reaction at this time is complex, but generally, for example, a reaction such as 3TiO 2 + 4Al → 3Ti + 2Al 2 O 3 is considered to occur. Here, Ti on the right side is a solid solution of a certain amount of Al and O, which corresponds to the crude titanium-based material. This crude titanium-based material may contain small amounts of Fe, Si, V, Cr, Ni, Mn, etc., which are impurities in the ore. The heating temperature may be, for example, 1500°C to 1800°C. After the mixture is heated to a molten state, the crude titanium-based material (liquid or solid) and slag are separated due to the density difference, so that the crude titanium-based material (Ti in the above reaction formula) can be extracted. Since such an extraction step does not include carbon in the reaction system, the titanium-based electrodeposit produced by electrolytic refining in the subsequent electrolysis step is one that has been refined without using carbon.

抽出工程で用いるチタン原料は、チタン酸化物を含むものであればよく、たとえば、チタン鉱石、必要に応じてリーチング等のアップグレード処理その他の処理が施されたチタン鉱石、イルメナイト(チタン鉄鉱)から酸化鉄を分離したチタンスラグ(UGS)を挙げることができる。チタン原料として用いるチタン鉱石中のTiO2の含有量は、たとえば50質量%以上、典型的には80質量%以上、特に90質量%以上とすることがある。分離剤は、加熱後においてスラグを生じやすくするため、また分離しやすくするために使用される。分離剤として具体的には、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム及びフッ化ナトリウムから選択される一種以上とすることが好ましい。なかでもフッ化カルシウム(CaF2)は、混合物からの粗チタン系材料の優れた分離性をもたらすとともに、当該分離以外に及ぼす影響が少ないことから特に好適である。還元剤は、実質的にAlを単独で含むものとすることができる他、さらにCaやNa、Mg、Cu、Si、Fe等を含むものであってもよい。たとえば、混合物は、TiO2:Al:CaF2がモル比で3:1~8:2~6になるように調整して作製する場合がある。 The titanium raw material used in the extraction step may be any material containing titanium oxide, such as titanium ore, titanium ore that has been subjected to upgrading treatment such as leaching or other treatment as necessary, and titanium slag (UGS) obtained by separating iron oxide from ilmenite (iron ore). The content of TiO 2 in the titanium ore used as the titanium raw material may be, for example, 50 mass% or more, typically 80 mass% or more, and particularly 90 mass% or more. The separating agent is used to facilitate the generation of slag after heating and to facilitate separation. Specifically, the separating agent is preferably one or more selected from calcium fluoride, aluminum fluoride, potassium fluoride, magnesium fluoride, calcium chloride, calcium oxide, and sodium fluoride. Among them, calcium fluoride (CaF 2 ) is particularly suitable because it provides excellent separation of the crude titanium-based material from the mixture and has little effect on anything other than the separation. The reducing agent may be one that substantially contains Al alone, or may further contain Ca, Na, Mg, Cu, Si, Fe, etc. For example, a mixture may be prepared with a molar ratio of TiO 2 :Al:CaF 2 adjusted to 3:1-8:2-6.

抽出工程で得られる粗チタン系材料は、Ti、Al及びOが含まれ、たとえば、Ti含有量が50質量%~80質量%、Al含有量が1質量%~30質量%、O含有量が5質量%~20質量%となる場合がある。典型的には、粗チタン系材料のTi含有量は60質量%以上、Al含有量は20質量%以下、O含有量は20質量%以下となることがある。但し、粗チタン系材料中、TiにおいてAl及びOは、上記の含有量よりも少なく、不可避的不純物に相当し得る程度の含有量で含まれる場合もある。粗チタン系材料は、Al及びOがごく微量で含まれるものであってもよい。また、鉱石由来の不純物等の不可避的な不純物が少量含まれることもありうる。 The crude titanium-based material obtained in the extraction process contains Ti, Al, and O, and may have, for example, a Ti content of 50% to 80% by mass, an Al content of 1% to 30% by mass, and an O content of 5% to 20% by mass. Typically, the Ti content of the crude titanium-based material may be 60% by mass or more, an Al content of 20% by mass or less, and an O content of 20% by mass or less. However, in the crude titanium-based material, the Al and O content in Ti may be less than the above-mentioned contents, and may be contained at a level that may correspond to unavoidable impurities. The crude titanium-based material may contain very small amounts of Al and O. It may also contain small amounts of unavoidable impurities such as impurities derived from ores.

このような粗チタン系材料は導電性を有するものであり、次に述べる電解工程で陽極61aに含ませて電解精製に供することができる。室温で測定される粗チタン系材料の比抵抗は、たとえば1×10-8Ω・m~1×10-4Ω・m、典型的には1×10-7Ω・m~5×10-5Ω・mである。 Such a crude titanium-based material has electrical conductivity and can be impregnated into the anode 61a in the electrolysis step described below and subjected to electrolytic refining. The resistivity of the crude titanium-based material measured at room temperature is, for example, 1×10 -8 Ω·m to 1×10 -4 Ω·m, typically 1×10 -7 Ω·m to 5×10 -5 Ω·m.

電解工程では、先述した溶融塩電解装置1を用いて、電解槽2の内部の溶融塩浴Bmにて、陽極61aの粗チタン系材料からTiを溶出させ、陰極61bに精製チタン系材料63を析出させる電解精製を行う。 In the electrolysis process, the molten salt electrolysis device 1 described above is used to perform electrolytic refining in which Ti is dissolved from the crude titanium-based material on the anode 61a in the molten salt bath Bm inside the electrolytic cell 2, and refined titanium-based material 63 is precipitated on the cathode 61b.

ここで、陽極61aとしては、たとえば上述した抽出工程で得られる粗チタン系材料が含まれるものを用いる。一例として、陽極61aは、外形が板状であって、Ni製、Ni基合金製、ハステロイ製又は、NiやNi基合金で被覆した鋼製等の多数の貫通孔を有する籠状容器を有し、この場合、その籠状容器内に粒状もしくは粉状等の粗チタン系材料を配置することができる。陽極61aが籠状容器を有する場合、通電部材5c、5dは籠状容器に接続することができる。但し、陽極61aの形態はこれに限らず、たとえば、粗チタン系材料から溶解及び鋳造等により作製した板状(直方体状)のものとしてもよい。陰極61bは、少なくともその表面がTi製の板状のものを使用可能であり、たとえば全体がTiからなるチタン板とすることができる。陽極61aと陰極61bとの間に複極を配置することも考えられるが、複極は無くてもよい。 Here, the anode 61a contains the crude titanium-based material obtained in the extraction process described above. As an example, the anode 61a has a plate-shaped outer shape and a cage-shaped container with many through holes made of Ni, Ni-based alloy, Hastelloy, or steel coated with Ni or Ni-based alloy, and in this case, the crude titanium-based material in the form of particles or powder can be placed in the cage-shaped container. When the anode 61a has a cage-shaped container, the current-carrying members 5c and 5d can be connected to the cage-shaped container. However, the shape of the anode 61a is not limited to this, and it may be, for example, a plate-shaped (rectangular parallelepiped) one made of the crude titanium-based material by melting and casting. The cathode 61b can be a plate-shaped one with at least its surface made of Ti, and can be, for example, a titanium plate made entirely of Ti. It is possible to arrange a bipolar electrode between the anode 61a and the cathode 61b, but the bipolar electrode is not necessary.

また、溶融塩浴Bmは、主として金属塩化物を含む塩化物浴とすることがあり、たとえば、アルカリ金属塩化物及び/又はアルカリ土類金属塩化物を、たとえば70mol%以上、さらに90mol%以上、さらに95mol%以上含有することがある。このような塩化物浴は、フッ化物浴や臭化物浴、ヨウ化物浴に比して、低腐食性、低環境負荷及び低コストであることから好ましい。なかでも、塩化マグネシウム(MgCl2)を含む塩化物浴を用いたときは、O含有量のみならずAl含有量をも十分に低減された精製チタン系材料63を得ることができる。塩化物浴中のMgCl2含有量は、30mоl%以上、さらに50mol%以上、さらに80mol%以上、さらに85mol%以上、特に95mol%以上であることが好ましい。塩化物浴には、塩化リチウム(LiCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化ルビジウム(RbCl)、塩化セシウム(CsCl)、塩化ベリリウム(BeCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)、塩化ストロンチウム(SrCl2)及び、塩化バリウム(BaCl2)から選択される一種以上の金属塩化物を、たとえば70mol%以下、さらに50mol%以下、さらに20mol%以下、さらに10mol%以下、さらに5mol%以下で含むものとしてもよい。 The molten salt bath Bm may be a chloride bath mainly containing metal chlorides, for example, containing alkali metal chlorides and/or alkaline earth metal chlorides, for example, at 70 mol% or more, further 90 mol% or more, and further 95 mol% or more. Such a chloride bath is preferable because it is less corrosive, has a low environmental impact, and is less expensive than a fluoride bath, a bromide bath, or an iodide bath. In particular, when a chloride bath containing magnesium chloride (MgCl 2 ) is used, a purified titanium-based material 63 in which not only the O content but also the Al content is sufficiently reduced can be obtained. The MgCl 2 content in the chloride bath is preferably 30 mol% or more, further 50 mol% or more, further 80 mol% or more, further 85 mol% or more, and particularly 95 mol% or more. The chloride bath may contain one or more metal chlorides selected from lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), rubidium chloride (RbCl), cesium chloride (CsCl), beryllium chloride ( BeCl2 ), calcium chloride ( CaCl2 ), strontium chloride ( SrCl2 ), and barium chloride ( BaCl2 ), for example, at 70 mol% or less, further 50 mol% or less, further 20 mol% or less, further 10 mol% or less, and further 5 mol% or less.

また、溶融塩浴Bm中には、必要に応じて、四塩化チタンよりもTiの価数が低い低級塩化チタン、具体的には二塩化チタン(TiCl2)や三塩化チタン(TiCl3)等を含ませることもできる。溶融塩浴Bm中のチタンイオンの含有量は、好ましくは3mol%以上、より好ましくは5mol%以上、さらに好ましくは6mol%以上、さらには10mol%以上としてもよく、20mоl%以下とすることが好ましい。溶融塩浴Bm中の金属塩化物や金属イオンの含有量は、ICP発光分析や原子吸光分析により測定することができる。チタンイオンの含有量は、溶融塩浴Bm中の金属イオンの合計含有量に対する百分率として求められる。 In addition, the molten salt bath Bm may contain lower titanium chlorides having a lower Ti valence than titanium tetrachloride, specifically titanium dichloride (TiCl 2 ) or titanium trichloride (TiCl 3 ), if necessary. The content of titanium ions in the molten salt bath Bm is preferably 3 mol% or more, more preferably 5 mol% or more, even more preferably 6 mol% or more, and may be 10 mol% or more, and is preferably 20 mol% or less. The content of metal chlorides and metal ions in the molten salt bath Bm can be measured by ICP emission spectrometry or atomic absorption spectrometry. The content of titanium ions is determined as a percentage of the total content of metal ions in the molten salt bath Bm.

電解槽2の内部に上述した溶融塩浴Bmを設けることは、粒状ないし塊状の所定の塩を電解槽2の内部に入れて、これを加熱して溶融塩とすることにより行うことができる。あるいは、既に溶融塩が得られている場合、第一連通口3a等を介して電解槽2の内部に溶融塩を注入してもよい。この場合、第一連通口3aが、電解槽2の内部の溶融塩浴Bmの最終的な浴面の高さよりも上方側に形成されていることにより、溶融塩が自重で電解槽2の内部に流入して溜まる。 The above-mentioned molten salt bath Bm can be provided inside the electrolytic cell 2 by placing a specific salt in granular or lump form inside the electrolytic cell 2 and heating it to form a molten salt. Alternatively, if the molten salt has already been obtained, the molten salt may be injected into the electrolytic cell 2 through the first communication port 3a or the like. In this case, the first communication port 3a is formed above the final bath surface height of the molten salt bath Bm inside the electrolytic cell 2, so that the molten salt flows into the electrolytic cell 2 under its own weight and accumulates there.

その後の電解工程では、電源から電極61の陽極61a及び陰極61bに通電部材5c、5dを介して通電し、電極61間に電圧を印加する。これにより、陽極61aに含まれる粗チタン系材料からチタンイオンが溶融塩浴Bm中に溶出し、チタンイオンが陰極61b上にチタン原子として析出して、図2に示すように精製チタン系材料63となる。陰極61b上に析出した精製チタン系材料63は、チタン系電析物に相当し得る。 In the subsequent electrolysis process, electricity is passed from the power source to the anode 61a and cathode 61b of the electrodes 61 via the current-carrying members 5c and 5d, and a voltage is applied between the electrodes 61. This causes titanium ions to dissolve from the crude titanium-based material contained in the anode 61a into the molten salt bath Bm, and the titanium ions precipitate as titanium atoms on the cathode 61b, forming a refined titanium-based material 63 as shown in FIG. 2. The refined titanium-based material 63 precipitated on the cathode 61b may correspond to a titanium-based electrolytic deposit.

電解工程の条件として、たとえば、溶融塩浴Bmの温度は450℃~900℃、陰極61bでの電流密度は0.01A/cm2~3A/cm2とすることがある。電流密度は、式:電流密度(A/cm2)=電流(A)÷電析面積(cm2)により算出することができる。電極61には、電流を連続的に流すことができる他、電流値をゼロにする通電停止期間が設けられて通電期間と通電停止期間とが交互に繰り返されるパルス電流を流してもよい。電極61間の最大電圧は、たとえば0.2V~3.5Vになることがある。電解工程の間、電解槽2の内部は、アルゴン等の不活性雰囲気に維持することが好適である。 The conditions for the electrolysis step may include, for example, a temperature of the molten salt bath Bm of 450°C to 900°C and a current density at the cathode 61b of 0.01 A/ cm2 to 3 A/ cm2 . The current density may be calculated by the formula: current density (A/ cm2 ) = current (A) ÷ electrodeposition area ( cm2 ). A current may be continuously passed through the electrode 61, or a pulse current may be passed through the electrode 61 in which a current-passing period and a current-passing period are alternately repeated, with a current-passing period being set to zero. The maximum voltage between the electrodes 61 may be, for example, 0.2 V to 3.5 V. During the electrolysis step, the inside of the electrolytic cell 2 is preferably maintained in an inert atmosphere such as argon.

電解工程が終了した後は、溶融塩排出工程を行うことができる。溶融塩排出工程では、第二連通口3bを介して、電解槽2の内部の溶融塩を外部に排出する。より詳細には、図示は省略するが、たとえば溶融塩が全く貯留していないこと等によって溶融塩が入る余裕のある溶融塩保管容器を、第二連通口3bに接続し、第二連通口3bの図示しないバルブを開く。ここでは、第二連通口3bが溶融塩浴Bmの浴面の高さよりも下方側で底部2e側に設けられているので、第二連通口3bのバルブの開放により、溶融塩が自重によって電解槽2の内部から溶融塩保管容器の内部に流出する。この際に、必要に応じて、第一連通口3aから不活性ガスを供給して電解槽2の内部を加圧し、溶融塩の排出を促進させてもよい。これにより、電解槽2の内部の溶融塩が排出され、溶融塩浴Bmから精製チタン系材料63を露出させることができる。溶融塩排出工程では、溶融塩浴Bmから精製チタン系材料63のほぼ全体が露出すればよいが、電解槽2の内部に、実質的に溶融塩浴Bmが存在しない状態となるまで溶融塩を排出してもよい。 After the electrolysis process is completed, the molten salt discharge process can be performed. In the molten salt discharge process, the molten salt inside the electrolytic cell 2 is discharged to the outside through the second communication port 3b. More specifically, although not shown, a molten salt storage container that has room for molten salt because no molten salt is stored at all is connected to the second communication port 3b, and a valve (not shown) of the second communication port 3b is opened. Here, since the second communication port 3b is provided on the bottom 2e side below the bath surface height of the molten salt bath Bm, the molten salt flows out of the inside of the electrolytic cell 2 into the inside of the molten salt storage container by its own weight when the valve of the second communication port 3b is opened. At this time, if necessary, an inert gas may be supplied from the first communication port 3a to pressurize the inside of the electrolytic cell 2 and promote the discharge of the molten salt. As a result, the molten salt inside the electrolytic cell 2 is discharged, and the refined titanium-based material 63 can be exposed from the molten salt bath Bm. In the molten salt discharge process, it is sufficient that almost the entire purified titanium-based material 63 is exposed from the molten salt bath Bm, but the molten salt may be discharged until substantially no molten salt bath Bm is present inside the electrolytic cell 2.

溶融塩排出工程の後、精製チタン系材料63に付着している溶融塩の残留物を、精製チタン系材料63から分離させる残留物分離工程が行われる。残留物分離工程では、温度調節器6を用いて、主として陰極61b上の精製チタン系材料63を加熱する。温度調節器6による加熱で、精製チタン系材料63に付着している溶融塩の残留物は、その少なくとも一部が蒸発して気体となり又は、場合によっては一部が溶融して液体となり、精製チタン系材料63から分離する。陽極61a等の他の部材への影響を考慮して、温度調節器6による加熱温度を調整し、上述したような気化分離又は液化分離を生じさせることが好ましい。 After the molten salt discharge process, a residue separation process is carried out to separate the molten salt residue adhering to the purified titanium-based material 63 from the purified titanium-based material 63. In the residue separation process, the temperature regulator 6 is used to heat the purified titanium-based material 63 mainly on the cathode 61b. By heating with the temperature regulator 6, at least a portion of the molten salt residue adhering to the purified titanium-based material 63 evaporates into gas, or in some cases, a portion melts into liquid, and is separated from the purified titanium-based material 63. Taking into account the effect on other components such as the anode 61a, it is preferable to adjust the heating temperature by the temperature regulator 6 to cause the vaporization or liquefaction separation described above.

気化分離又は液化分離のいずれにしても、溶融塩の残留物の少なくとも一部は、温度調節器6での加熱によって蒸発して気体となり、電解槽2の内部から排出される。これを回収して再利用するため、残留物分離工程では、図3に示すように、電解工程及び溶融塩排出工程で使用した一の電解槽2とは異なる他の電解槽12を、溶融塩凝縮器として用いることが好ましい。 In either case of vaporization or liquefaction, at least a portion of the molten salt residue is evaporated into gas by heating in the temperature regulator 6 and discharged from inside the electrolytic cell 2. In order to recover and reuse this, in the residue separation process, as shown in FIG. 3, it is preferable to use another electrolytic cell 12, different from the one electrolytic cell 2 used in the electrolysis process and the molten salt discharge process, as a molten salt condenser.

残留物分離工程で他の電解槽12を用いる場合、残留物分離工程の前に予め、一の電解槽2と他の電解槽12とを各第一連通口3a、13aで接続するとともに、他の電解槽12の第三連通口13cを減圧装置21に接続しておく。このとき、一の電解槽2の第二連通口3b及び第三連通口3c並びに、他の電解槽12の第二連通口13bの各バルブは、いずれも閉じた状態にする。そしてこの状態で、残留物分離工程にて、一の電解槽2の内部で、陰極61b上の精製チタン系材料63を加熱するとともに、減圧装置21により、他の電解槽12の内部を介して一の電解槽2の内部を減圧雰囲気とする。そうすると、一の電解槽2の内部では、溶融塩の残留物の少なくとも一部が蒸発して生成された気体が、一の電解槽2の内部から他の電解槽12の内部に送られる。他の電解槽12は加熱中の一の電解槽2よりも低温であり、当該気体は他の電解槽12の内部で冷却されて凝集する。これにより、他の電解槽12の内部で、溶融塩の残留物を回収することができる。 When the other electrolytic cell 12 is used in the residue separation process, the first electrolytic cell 2 and the other electrolytic cell 12 are connected to each of the first communication ports 3a and 13a beforehand, and the third communication port 13c of the other electrolytic cell 12 is connected to the pressure reducing device 21 beforehand. At this time, the second communication port 3b and the third communication port 3c of the first electrolytic cell 2 and the second communication port 13b of the other electrolytic cell 12 are all closed. In this state, the purified titanium-based material 63 on the cathode 61b is heated inside the first electrolytic cell 2 in the residue separation process, and the pressure reducing device 21 creates a reduced pressure atmosphere inside the first electrolytic cell 2 through the inside of the other electrolytic cell 12. Then, in the first electrolytic cell 2, gas generated by evaporation of at least a part of the molten salt residue is sent from the inside of the first electrolytic cell 2 to the inside of the other electrolytic cell 12. The other electrolytic cell 12 is at a lower temperature than the first electrolytic cell 2 being heated, and the gas is cooled and condensed inside the other electrolytic cell 12. This allows the molten salt residue to be collected inside the other electrolytic cell 12.

残留物分離工程での一の電解槽2の内部の加熱温度は、たとえば、500℃~1000℃、750℃~1000℃又は、850℃~1000℃とすることがある。850℃~1000℃で加熱したときは、高温の故に浴成分の粘性が低くなり、精製チタン系材料63から浴成分を除去しやすくなる。この加熱温度は、陽極61aの構成部材の材質その他の条件を考慮して、適切な温度に設定することが望ましい。
たとえば、Ni製もしくはNi基合金製の表面の籠状容器を有する陽極61aでは、高温の加熱時に、当該籠状容器のNiと、その内部に残留した粗チタン系材料の残渣のTiとが合金化するおそれがある。この場合、陽極61aの籠状容器は、次回の電解工程に使用するためにメンテナンスが必要になる他、メンテナンスで合金を完全に除去できなかったときに、溶融塩浴Bm中への合金の溶出による精製チタン系材料の汚染を招くおそれがある。これを抑制するため、加熱温度はある程度低くすることができる。加熱温度が低いと、残留物分離工程では、精製チタン系材料63に付着している残留物は主に液体になって滴下して分離するが、一部は気化して他の電解槽12に送られることがある。
あるいは、陽極61aが、Ni製もしくはNi基合金製の表面の籠状容器を有しない場合は、加熱温度を比較的高くし、残留物の大部分を気化させて他の電解槽12に送ることが好適である。このようにすれば、溶融塩の残留物が十分に除去されるため、その後の酸洗や水洗等の洗浄の省略が可能になり、それによってチタン系電析物の酸素等の不純物の含有量の増加を抑制することができる。
The heating temperature inside one electrolytic cell 2 in the residue separation step may be, for example, 500° C. to 1000° C., 750° C. to 1000° C., or 850° C. to 1000° C. When heating at 850° C. to 1000° C., the viscosity of the bath components is reduced due to the high temperature, making it easier to remove the bath components from the purified titanium-based material 63. It is desirable to set this heating temperature to an appropriate temperature in consideration of the materials of the components of the anode 61a and other conditions.
For example, in the case of the anode 61a having a cage-shaped container with a surface made of Ni or Ni-based alloy, there is a risk that the Ni of the cage-shaped container and the Ti of the residue of the crude titanium-based material remaining inside the cage will be alloyed when heated at a high temperature. In this case, the cage-shaped container of the anode 61a will require maintenance for use in the next electrolysis step, and if the alloy cannot be completely removed during maintenance, there is a risk that the refined titanium-based material will be contaminated by the elution of the alloy into the molten salt bath Bm. To prevent this, the heating temperature can be lowered to a certain extent. If the heating temperature is low, in the residue separation step, the residue adhering to the refined titanium-based material 63 will mainly become liquid and drip and be separated, but some of it may be vaporized and sent to another electrolytic cell 12.
Alternatively, when the anode 61a does not have a cage-shaped container with a surface made of Ni or Ni-based alloy, it is preferable to set the heating temperature relatively high, vaporize most of the residue, and send it to another electrolytic cell 12. In this way, the molten salt residue is sufficiently removed, making it possible to omit subsequent cleaning such as pickling and water washing, thereby suppressing an increase in the content of impurities such as oxygen in the titanium-based electrodeposit.

残留物分離工程の後は、内部に溶融塩の残留物が移動した他の電解槽12を用いて、必要に応じて、その内部にて溶融塩を追加して溶融塩浴Bmとし、上述した電解工程を行うことが好適である。他の電解槽12を用いる電解工程は、一の電解槽2を用いる先述の電解工程と同様にして行うことができるので、その再度の説明は省略する。 After the residue separation process, it is preferable to use another electrolytic cell 12 into which the molten salt residue has been transferred, add molten salt therein as necessary to form a molten salt bath Bm, and perform the above-mentioned electrolysis process. The electrolysis process using the other electrolytic cell 12 can be performed in the same manner as the above-mentioned electrolysis process using one electrolytic cell 2, so a repeated explanation will be omitted.

残留物分離工程は、他の電解槽12の内部に電極板を配置した状態で行うことが好ましい。他の電解槽12の内部に電極板を配置せずに残留物分離工程を行った場合、その後の他の電解槽12を用いる電解工程に先立って、他の電解槽12の内部に電極板を配置する必要がある。その際に、残留物分離工程で他の電解槽12の内部に回収した溶融塩の残留物が、大気と接触する可能性がある。特に溶融塩に塩化マグネシウムが含まれる場合、塩化マグネシウムは高い吸湿性の故に大気との接触で水分量が増大し、吸湿状態で電解工程にて高温に晒されると塩化マグネシウムが分解して酸化マグネシウムと塩酸が生じ精製チタン系材料の品質や電析効率を低下させるおそれがある。このため、他の電解槽12の内部に電極板を配置してから残留物分離工程を行い、溶融塩の残留物を他の電解槽12の内部に回収することが好適である。 It is preferable that the residue separation step is performed with an electrode plate disposed inside the other electrolytic cell 12. If the residue separation step is performed without disposing an electrode plate inside the other electrolytic cell 12, it is necessary to dispose an electrode plate inside the other electrolytic cell 12 prior to the subsequent electrolysis step using the other electrolytic cell 12. At that time, the molten salt residue recovered inside the other electrolytic cell 12 in the residue separation step may come into contact with the atmosphere. In particular, when the molten salt contains magnesium chloride, magnesium chloride is highly hygroscopic, so the moisture content increases when it comes into contact with the atmosphere, and if it is exposed to high temperatures in the electrolysis step in a hygroscopic state, magnesium chloride decomposes to produce magnesium oxide and hydrochloric acid, which may reduce the quality and electrodeposition efficiency of the refined titanium-based material. For this reason, it is preferable to dispose an electrode plate inside the other electrolytic cell 12 before performing the residue separation step and recover the molten salt residue inside the other electrolytic cell 12.

残留物分離工程の後、一の電解槽2では、電極保持機構4を作動させ、図5に示すように、電極板62を蓋体2cとともに上昇させる。それにより、蓋体2cが開くとともに、電極板62を電解槽2の内部から取り出すことができる。電解槽2の内部から取り出した精製チタン系材料63は、溶融塩の残留物がまだ残っていることもあり、その場合は水洗や酸洗その他の洗浄を行うことができる。 After the residue separation process, in one electrolytic cell 2, the electrode holding mechanism 4 is operated to raise the electrode plate 62 together with the lid 2c as shown in FIG. 5. This opens the lid 2c and allows the electrode plate 62 to be removed from inside the electrolytic cell 2. The refined titanium-based material 63 removed from inside the electrolytic cell 2 may still contain molten salt residue, in which case it can be washed with water, pickled, or otherwise cleaned.

電解工程は、それにより得られた精製チタン系材料63をさらに精製するため、複数回にわたって繰返し行うことができる。複数回の電解工程を行う場合は、前回の電解工程で陰極61b上に析出した精製チタン系材料63を、次回の電解工程で粗チタン系材料として使用する。すなわち、次回の電解工程では、前回の電解工程で陰極61b上に析出した精製チタン系材料63を粗チタン系材料とし、当該粗チタン系材料を含む陽極61aに使用する。さらには、前回の電解工程で使用した陽極61aを陰極61bに交換して次回の電解工程を実施する。これにより、次回の電解工程では、その粗チタン系材料から不純物がさらに除去された精製チタン系材料63が、新たに設置した陰極61b上に析出する。複数段の電解工程を行うと、不純物がほぼ含まれない金属チタンとしての電析物を製造することも可能である。陽極61aに使用した籠状容器や陰極61bは回収後に水洗等のメンテナンスを適切に行って再度使用することが可能である。例えば、陽極61aは籠状容器から残渣を取り除き、粗チタン系材料を籠状容器に充填して再度使用できる。また、陰極61bは精製チタン系材料を回収した後再度使用できる。 The electrolysis process can be repeated multiple times to further refine the refined titanium-based material 63 obtained thereby. When the electrolysis process is performed multiple times, the refined titanium-based material 63 deposited on the cathode 61b in the previous electrolysis process is used as the crude titanium-based material in the next electrolysis process. That is, in the next electrolysis process, the refined titanium-based material 63 deposited on the cathode 61b in the previous electrolysis process is used as the crude titanium-based material and is used for the anode 61a containing the crude titanium-based material. Furthermore, the anode 61a used in the previous electrolysis process is replaced with the cathode 61b to perform the next electrolysis process. As a result, in the next electrolysis process, the refined titanium-based material 63 from which impurities have been further removed from the crude titanium-based material is deposited on the newly installed cathode 61b. By performing multiple electrolysis processes, it is also possible to produce an electrodeposit as metallic titanium that contains almost no impurities. The cage-shaped container and cathode 61b used for the anode 61a can be reused by performing appropriate maintenance such as washing with water after recovery. For example, the anode 61a can be reused by removing the residue from the cage-shaped container and filling the cage-shaped container with crude titanium-based material. The cathode 61b can also be reused after the refined titanium-based material is recovered.

一回又は複数回の電解工程により得られる精製チタン系材料63としてのチタン系電析物は、Ti以外の元素の合計の含有量が、例えば40000質量ppm以下、好ましくは5000質量ppm以下、より好ましくは2000質量ppm以下、さらに好ましくは1000質量ppm以下、特に好ましくは200質量ppm以下である。 The titanium-based electrodeposit as the purified titanium-based material 63 obtained by one or more electrolysis steps has a total content of elements other than Ti of, for example, 40,000 ppm by mass or less, preferably 5,000 ppm by mass or less, more preferably 2,000 ppm by mass or less, even more preferably 1,000 ppm by mass or less, and particularly preferably 200 ppm by mass or less.

チタン系電析物は金属チタンとすることができ、たとえば、Al含有量が5質量ppm~20000質量ppm、O含有量が50質量ppm~20000質量ppmであり、残部がTi及び不可避的不純物からなる場合がある。また、チタン系電析物はAl含有量が5質量ppm~1000質量ppm、O含有量が50質量ppm~1000質量ppmであり、残部がTi及び不可避的不純物からなる場合がある。純度が4N5以上、さらに5N以上、さらに5N5以上の金属チタン製のチタン系電析物が製造できることもある。 The titanium-based electrodeposit may be metallic titanium, and may have, for example, an Al content of 5 ppm to 20,000 ppm by mass, an O content of 50 ppm to 20,000 ppm by mass, with the remainder consisting of Ti and unavoidable impurities. Alternatively, the titanium-based electrodeposit may have an Al content of 5 ppm to 1,000 ppm by mass, an O content of 50 ppm to 1,000 ppm by mass, with the remainder consisting of Ti and unavoidable impurities. It may also be possible to produce titanium-based electrodeposits made of metallic titanium with a purity of 4N5 or higher, or even 5N or higher, or even 5N5 or higher.

チタン系電析物中の不可避的不純物は、鉱石由来のものや、塩化物浴由来のもの、還元剤由来のもの、分離剤由来のもの、電解槽などの溶融塩電解装置を構成する部材などに由来するもの、大気と接触した際に生じるもの等がある。具体的には、チタン系電析物は不可避的不純物として、N(窒素)含有量が0.03質量%以下であり、C(炭素)含有量が0.01質量%以下であり、Fe含有量が0.050質量%以下であり、Mg含有量が0.02質量%以下であり、Ni含有量が0.03質量%以下であり、Cr含有量が0.03質量%以下であり、Si含有量が0.001質量%以下であり、Mn含有量が0.05質量%以下であり、Sn含有量が0.01質量%以下である場合がある。 The inevitable impurities in titanium-based electrodeposits include those derived from the ore, the chloride bath, the reducing agent, the separating agent, those derived from the components constituting the molten salt electrolysis device such as the electrolytic cell, and those generated when in contact with the air. Specifically, the inevitable impurities in titanium-based electrodeposits may be N (nitrogen) content of 0.03 mass% or less, C (carbon) content of 0.01 mass% or less, Fe content of 0.050 mass% or less, Mg content of 0.02 mass% or less, Ni content of 0.03 mass% or less, Cr content of 0.03 mass% or less, Si content of 0.001 mass% or less, Mn content of 0.05 mass% or less, and Sn content of 0.01 mass% or less.

1 溶融塩電解装置
2、12 電解槽
2a 開口部
2b 槽本体
2c 蓋体
2d 周壁部
2e 底部
3a、13a 第一連通口
3b、13b 第二連通口
3c、13c 第三連通口
4、14 電極保持機構
4a 保持ロッド
4b 昇降プレート
5、15 電気接続機構
5a、5b 導体
5c、5d 通電部材
6 温度調節器
21 減圧装置
61 電極
61a 陽極
61b 陰極
62 電極板
63 精製チタン系材料
Bm 溶融塩浴
REFERENCE SIGNS LIST 1 Molten salt electrolysis device 2, 12 Electrolytic cell 2a Opening 2b Cell body 2c Lid 2d Peripheral wall 2e Bottom 3a, 13a First communication port 3b, 13b Second communication port 3c, 13c Third communication port 4, 14 Electrode holding mechanism 4a Holding rod 4b Lifting plate 5, 15 Electrical connection mechanism 5a, 5b Conductor 5c, 5d Current-carrying member 6 Temperature regulator 21 Pressure reducing device 61 Electrode 61a Anode 61b Cathode 62 Electrode plate 63 Refined titanium-based material Bm Molten salt bath

Claims (14)

陽極及び陰極を含む電極を用いて、溶融塩浴中で前記陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させるとともに前記陰極に精製チタン系材料を析出させる電解精製を行う電解槽を備えた溶融塩電解装置であって、
前記粗チタン系材料が、Ti、Al及びOを含有するとともに導電性を有し、前記電極が、前記陽極又は前記陰極のいずれかとしてそれぞれ機能する電極板を交互に並べて配置した部分を含み、
前記電解槽が、内部と外部をつなげる開閉可能な二個以上の連通口を有し、二個以上の前記連通口が、少なくとも気体の排出に用いられる第一連通口と、前記第一連通口よりも前記電解槽の深さ方向の深い側に位置して、少なくとも溶融塩の排出に用いられる第二連通口とを含む溶融塩電解装置。
A molten salt electrolysis apparatus including an electrolytic cell for performing electrolytic refining by using electrodes including an anode and a cathode to dissolve Ti from a crude titanium-based material of the anode in a molten salt bath and deposit a refined titanium-based material on the cathode,
The crude titanium-based material contains Ti, Al, and O and is conductive, and the electrode includes a portion in which electrode plates each functioning as either the anode or the cathode are arranged alternately,
The molten salt electrolysis apparatus includes an electrolytic cell having two or more communication ports that can be opened and closed to connect the inside and the outside, the two or more communication ports including a first communication port used for discharging at least a gas, and a second communication port that is located deeper in the depth direction of the electrolytic cell than the first communication port and is used for discharging at least a molten salt.
前記電解槽を複数個備え、
複数個の前記電解槽のうちの一の電解槽と他の電解槽とが、それぞれの前記第一連通口で互いに接続可能である請求項1に記載の溶融塩電解装置。
A plurality of the electrolytic cells is provided,
2. The molten salt electrolysis apparatus according to claim 1, wherein one electrolytic cell and another electrolytic cell among the plurality of electrolytic cells are connectable to each other through the first communication ports.
前記他の電解槽の連通口の少なくとも一個に減圧装置を接続可能であり、前記他の電解槽が溶融塩凝縮器として用いられる請求項2に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 2, wherein a pressure reducing device can be connected to at least one of the communication ports of the other electrolysis cell, and the other electrolysis cell is used as a molten salt condenser. 前記他の電解槽の連通口が、少なくとも減圧に用いられる第三連通口を含み、前記第三連通口に減圧装置を接続可能である請求項3に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 3, wherein the communication port of the other electrolytic cell includes at least a third communication port used for reducing pressure, and a pressure reducing device can be connected to the third communication port. 前記連通口の少なくとも一個に接続可能な減圧装置を備える請求項1に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 1, further comprising a pressure reducing device that can be connected to at least one of the communication ports. 前記電解槽の内部に配置されて、少なくとも陰極の温度を調整する温度調節器を備える請求項1に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 1, further comprising a temperature regulator disposed inside the electrolytic cell and regulating at least the temperature of the cathode. 前記温度調節器が熱交換器であり、前記電解槽の底部側で、少なくとも陰極の直下の位置に敷設されている請求項6に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 6, wherein the temperature regulator is a heat exchanger and is installed at the bottom side of the electrolytic cell at a position at least directly below the cathode. 前記電極板を保持し、該電極板を前記電解槽の内部と外部との間で移動させることが可能な電極保持機構を備える請求項1に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 1, further comprising an electrode holding mechanism capable of holding the electrode plate and moving the electrode plate between the inside and outside of the electrolytic cell. 前記電極保持機構が、前記電極板ごとに設けられ、上下方向に延びて各電極板を吊下げ保持する保持ロッドと、前記保持ロッドの上方側で前記電解槽の外部に位置し、前記保持ロッドのそれぞれを取り付けた昇降プレートとを有する請求項8に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis apparatus according to claim 8, wherein the electrode holding mechanism includes a holding rod provided for each of the electrode plates, extending in the vertical direction to suspend and hold each of the electrode plates, and a lifting plate located above the holding rods and outside the electrolytic cell, to which each of the holding rods is attached. 当該溶融塩電解装置が、電源と前記電極板とを電気的に接続する電気接続機構を備え、
前記電気接続機構が、前記電解槽の外部に位置して前記電源に接続される導体と、前記保持ロッドと並行して上下方向に延びて、前記電極板を前記導体につなぐ通電部材とを有する請求項9に記載の溶融塩電解装置。
The molten salt electrolysis apparatus includes an electrical connection mechanism that electrically connects a power source and the electrode plate,
10. The molten salt electrolysis apparatus according to claim 9, wherein the electrical connection mechanism comprises a conductor located outside the electrolytic cell and connected to the power source, and a current-carrying member extending in the vertical direction parallel to the holding rod and connecting the electrode plate to the conductor.
前記電解槽の内部に、2枚~100枚の前記電極板を配置可能である請求項1に記載の溶融塩電解装置。 The molten salt electrolysis device according to claim 1, in which 2 to 100 of the electrode plates can be arranged inside the electrolytic cell. 請求項1~11のいずれか一項に記載の溶融塩電解装置を用いて、前記電解精製によりチタン系電析物を製造する方法であって、
前記電解槽の内部にて、溶融塩浴で前記陽極の粗チタン系材料からTiを溶出させるとともに前記陰極に精製チタン系材料を析出させる電解工程と、
前記電解工程の後、前記第二連通口を介して、前記電解槽の内部の溶融塩を外部に排出する溶融塩排出工程と、
前記溶融塩排出工程の後、前記陰極上の前記精製チタン系材料を加熱しながら、前記第一連通口を介して前記電解槽の内部の気体を排出し、溶融塩の残留物を前記精製チタン系材料から分離させる残留物分離工程と
を含む、チタン系電析物の製造方法。
A method for producing a titanium-based electrodeposit by electrolytic refining using the molten salt electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 11, comprising:
an electrolysis step in which, in the electrolytic cell, Ti is dissolved from the crude titanium-based material of the anode in a molten salt bath and a refined titanium-based material is deposited on the cathode;
a molten salt discharging step of discharging the molten salt inside the electrolytic cell to the outside through the second communication port after the electrolysis step;
and a residue separation step of discharging gas from within the electrolytic cell through the first communication port while heating the purified titanium-based material on the cathode after the molten salt discharge step, and separating a residue of the molten salt from the purified titanium-based material.
前記残留物分離工程を行うに先立ち、前記電解工程及び前記溶融塩排出工程で使用した一の電解槽と、溶融塩凝縮器として用いる他の電解槽とを、それぞれの前記第一連通口で接続するとともに、前記他の電解槽の連通口を減圧装置に接続し、
前記残留物分離工程で、前記減圧装置により、前記他の電解槽の内部を介して前記一の電解槽の内部を減圧雰囲気とし、前記他の電解槽の内部で前記溶融塩の残留物を冷却して回収する、請求項12に記載のチタン系電析物の製造方法。
Prior to carrying out the residue separation step, one electrolytic cell used in the electrolysis step and the molten salt discharge step is connected to another electrolytic cell used as a molten salt condenser via the first communication port, and the communication port of the other electrolytic cell is connected to a pressure reducing device;
13. The method for producing a titanium-based electrodeposit according to claim 12, wherein in the residue separating step, the inside of the one electrolytic cell is made into a reduced pressure atmosphere via the inside of the other electrolytic cell by the pressure reducing device, and the residue of the molten salt is cooled and recovered inside the other electrolytic cell.
前記残留物分離工程の後、前記他の電解槽を用いて前記電解工程を行う、請求項13に記載のチタン系電析物の製造方法。 The method for producing a titanium-based electrodeposit according to claim 13, wherein the electrolysis step is carried out using the other electrolytic cell after the residue separation step.
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