JP2829608B2 - 金属製造用電解槽 - Google Patents
金属製造用電解槽Info
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Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属ハロゲン化物溶融塩浴を用いた金属製
造用電解槽において、生成金属と副生ハロゲンガスとの
効率的な分離および収集を行なうための電解槽に関す
る。本発明は、主に溶融MgCl2を電気分解して金属Mgお
よびCl2ガスを回収する電解槽として有用なものであ
る。
造用電解槽において、生成金属と副生ハロゲンガスとの
効率的な分離および収集を行なうための電解槽に関す
る。本発明は、主に溶融MgCl2を電気分解して金属Mgお
よびCl2ガスを回収する電解槽として有用なものであ
る。
〔従来の技術〕 従来、溶融MgCl2を電気分解して、溶融金属MgおよびC
l2ガスを製造する電解槽においては、陽極に発生するCl
2ガスの気泡生成に伴い溶融塩電解浴中に循環流が発生
し、溶融金属Mgの回収およびCl2ガスを分離収集するガ
スリフト型電解槽が一般的に知られている（例えば特公
昭45−31529号公報）。
l2ガスを製造する電解槽においては、陽極に発生するCl
2ガスの気泡生成に伴い溶融塩電解浴中に循環流が発生
し、溶融金属Mgの回収およびCl2ガスを分離収集するガ
スリフト型電解槽が一般的に知られている（例えば特公
昭45−31529号公報）。
この形式の電解槽は、前述公報の第２図（本明細書添
付の第４図）に示されるように、Cl2ガス収集室12と金
属Mg収集室１とを仕切る隔壁６は、１枚の仕切り板また
は複数の小窓を有する仕切り板で構成されている。この
場合、陽極面で発生したCl2ガスによる電解浴の循環流
はかなり強く、例えばCl2ガス収集室の浴面で隔壁に向
かう循環流の速度は、0.3m/sec程度にも達し、Cl2ガス
収集室のみでは電解浴中に内包されるCl2ガスの分離が
完了せず、未分離のCl2ガスが電解浴の循環流に混入し
て隔壁６を通過し、生成金属Mg収集室に漏れだす。この
塩素ガス量は、シングルセルの場合、全発生Cl2ガス量
の約1.5％にも達することがある。
付の第４図）に示されるように、Cl2ガス収集室12と金
属Mg収集室１とを仕切る隔壁６は、１枚の仕切り板また
は複数の小窓を有する仕切り板で構成されている。この
場合、陽極面で発生したCl2ガスによる電解浴の循環流
はかなり強く、例えばCl2ガス収集室の浴面で隔壁に向
かう循環流の速度は、0.3m/sec程度にも達し、Cl2ガス
収集室のみでは電解浴中に内包されるCl2ガスの分離が
完了せず、未分離のCl2ガスが電解浴の循環流に混入し
て隔壁６を通過し、生成金属Mg収集室に漏れだす。この
塩素ガス量は、シングルセルの場合、全発生Cl2ガス量
の約1.5％にも達することがある。
また、近年、電力原単位の低減と設備生産性の向上を
図る目的で、陽極・陰極間に１つ以上の双極電極（バイ
ポーラ）を配置したバイポーラ型電解槽が開発された
が、金属MgおよびCl2ガスの分離収集方法はシングルセ
ルのものと基本的に変わっていない。
図る目的で、陽極・陰極間に１つ以上の双極電極（バイ
ポーラ）を配置したバイポーラ型電解槽が開発された
が、金属MgおよびCl2ガスの分離収集方法はシングルセ
ルのものと基本的に変わっていない。
しかしながら、バイポーラ型電解槽の場合には電極間
隔が狭いため、Cl2ガスの発生に伴い、電解浴の浮揚効
果が増大するので、電解浴の循環速度は大幅に上昇す
る。このため、電解浴に内包されたCl2ガスは、生成金
属収集室に到るまでに全量開放されず金属Mg収集室に持
ち込まれる。これは、環境汚染やCl2ガス回収ロスによ
るコスト増大などの問題を引き起こす。
隔が狭いため、Cl2ガスの発生に伴い、電解浴の浮揚効
果が増大するので、電解浴の循環速度は大幅に上昇す
る。このため、電解浴に内包されたCl2ガスは、生成金
属収集室に到るまでに全量開放されず金属Mg収集室に持
ち込まれる。これは、環境汚染やCl2ガス回収ロスによ
るコスト増大などの問題を引き起こす。
このような問題を解決するためには、例えば特開昭59
−6389号公報では、第３図に示すように陰極17上に堰を
設け、ここを通過するMgおよびCl2ガスを内包した電流
浴流の厚みを薄くすることによってCl2ガスの分離を促
進させている。しかしながらこの手段ではMgおよびCl2
ガスを内包した電解浴流が、常に‘堰’を適切な厚みで
乗り越えられるように、電解浴レベルを制御する必要が
あり、溶融MgCl2の追加供給、または電解浴レベル調製
装置などが必要となる。
−6389号公報では、第３図に示すように陰極17上に堰を
設け、ここを通過するMgおよびCl2ガスを内包した電流
浴流の厚みを薄くすることによってCl2ガスの分離を促
進させている。しかしながらこの手段ではMgおよびCl2
ガスを内包した電解浴流が、常に‘堰’を適切な厚みで
乗り越えられるように、電解浴レベルを制御する必要が
あり、溶融MgCl2の追加供給、または電解浴レベル調製
装置などが必要となる。
前記した従来型の電解槽においては、 1. １枚の隔壁では、生成金属収集室９にCl2ガスが多
量に洩れだし、環境に悪影響を与え、ひいてはCl2ガス
の回収率が低下しコスト増大につながる。
量に洩れだし、環境に悪影響を与え、ひいてはCl2ガス
の回収率が低下しコスト増大につながる。
2. 特にバイポーラ型電解槽では電解浴レベルを一定に
する必要があり、運転操作が複雑となる。
する必要があり、運転操作が複雑となる。
3. 特にバイポーラ型電解槽において、１枚の隔壁で
は、金属収集室の電解浴に浮遊している溶融Mgを介して
流れる短絡電流が大きくなり、槽効率が低下する。
は、金属収集室の電解浴に浮遊している溶融Mgを介して
流れる短絡電流が大きくなり、槽効率が低下する。
4. １枚の隔壁では、電解浴の流れが激しいため、金属
収集室の電解浴に浮遊している溶融Mg自身が動き回り、
大気雰囲気と接触する機会が増えてMgOの生成が助長さ
れる。
収集室の電解浴に浮遊している溶融Mg自身が動き回り、
大気雰囲気と接触する機会が増えてMgOの生成が助長さ
れる。
等の問題がある。また、電解槽に所定量のMgCl2を供給
するためには、電解浴レベル、それに連動する供給機構
の運転、電解浴の成分調整等、種々の点を考慮する必要
がある。
するためには、電解浴レベル、それに連動する供給機構
の運転、電解浴の成分調整等、種々の点を考慮する必要
がある。
本発明は前記の諸問題を解決し、Cl2ガスを効率よく
分離回収できる電解槽を提供することを目的としてい
る。
分離回収できる電解槽を提供することを目的としてい
る。
上記目的を達成するために、本発明の電解槽では、陽
極と陰極を配し、その上部に電解生成ガス収集室12を設
けた電解室15と、生成金属収集室１と、前記電解室と生
成金属収集室との間に、電解室側に設けた第１の隔壁６
と、生成金属収集室側に設けた第２の隔壁２により仕切
られて形成された中間室５よりなる上部に天井蓋13を設
けた密閉型金属製造用電解槽であって、 （ａ）前記第１の隔壁６には、その上端部７に前記電解
生成ガス収集室12と前記中間室５上部の空間との間で気
体が移動できる通気口８が設けられるか、または、第１
の隔壁６の上端部７すべてが天井蓋13に接続されてお
り、またその下端部10は前記電解室15と前記生成金属収
集室１との間を電解浴が移動できるように開放されてお
り、また電解浴レベル14より下方位置に隔壁口９が設け
られており、さらに （ｂ）前記第２の隔壁２は、その上端部３が前記天井蓋
に密着して配置され、その下端部４は、前記第１の隔壁
に設けた隔壁口９より下方で、第１隔壁の下端部より上
方の位置に配置されてなることを特徴とするものであ
る。
極と陰極を配し、その上部に電解生成ガス収集室12を設
けた電解室15と、生成金属収集室１と、前記電解室と生
成金属収集室との間に、電解室側に設けた第１の隔壁６
と、生成金属収集室側に設けた第２の隔壁２により仕切
られて形成された中間室５よりなる上部に天井蓋13を設
けた密閉型金属製造用電解槽であって、 （ａ）前記第１の隔壁６には、その上端部７に前記電解
生成ガス収集室12と前記中間室５上部の空間との間で気
体が移動できる通気口８が設けられるか、または、第１
の隔壁６の上端部７すべてが天井蓋13に接続されてお
り、またその下端部10は前記電解室15と前記生成金属収
集室１との間を電解浴が移動できるように開放されてお
り、また電解浴レベル14より下方位置に隔壁口９が設け
られており、さらに （ｂ）前記第２の隔壁２は、その上端部３が前記天井蓋
に密着して配置され、その下端部４は、前記第１の隔壁
に設けた隔壁口９より下方で、第１隔壁の下端部より上
方の位置に配置されてなることを特徴とするものであ
る。
図面により本発明電解槽の構成と作用を説明する。第
１図および第２図において、18は電解槽の鉄製外板で、
19は断熱レンガ層、20は耐火レンガ層である。13は、電
解生成ガス収集室12を覆うキャスター製の電解槽天井蓋
である。この電解槽天井蓋13には、電解生成ガス排出管
が設けられている。また、電解生成ガス収集室12側の第
１隔壁６と生成金属収集室１側にある電解槽天井蓋13に
密着した第２隔壁２により中間室５が形成される。第２
隔壁２の上端部３は電解槽天井蓋と密着して懸垂し、下
端部４は上下方向において第１隔壁６の隔壁口９と第２
隔壁２の下端部４との間まで延びている。17は外部より
挿入された鉄製陰極であり、16はグラファイト製陽極で
ある。陰極と陽極の間には双極電極を配置してもよい。
14は電解浴レベル、９は電解室15から生成金属収集室に
向かって電解浴が移動できるような隔壁口、８は第１隔
壁６に設けられた通気口であり、11は前記第１隔壁の下
端部10に設けた貫通口である。
１図および第２図において、18は電解槽の鉄製外板で、
19は断熱レンガ層、20は耐火レンガ層である。13は、電
解生成ガス収集室12を覆うキャスター製の電解槽天井蓋
である。この電解槽天井蓋13には、電解生成ガス排出管
が設けられている。また、電解生成ガス収集室12側の第
１隔壁６と生成金属収集室１側にある電解槽天井蓋13に
密着した第２隔壁２により中間室５が形成される。第２
隔壁２の上端部３は電解槽天井蓋と密着して懸垂し、下
端部４は上下方向において第１隔壁６の隔壁口９と第２
隔壁２の下端部４との間まで延びている。17は外部より
挿入された鉄製陰極であり、16はグラファイト製陽極で
ある。陰極と陽極の間には双極電極を配置してもよい。
14は電解浴レベル、９は電解室15から生成金属収集室に
向かって電解浴が移動できるような隔壁口、８は第１隔
壁６に設けられた通気口であり、11は前記第１隔壁の下
端部10に設けた貫通口である。
前記した構成の本発明電解槽の作用を、生成ガスがCl
2ガスの場合について説明する。
2ガスの場合について説明する。
MgCl2、CaCl2、NaCl、MgF2をそれぞれ重量で20％、30
％、49％、１％ずつ含有する電解浴を電解槽の浴レベル
14まで注入し、陽極16と陰極17の間に直流電流を通電し
て電解槽を稼働させる。陽極面にはCl2ガスが発生し、
陰極面にはMgが生成する。陽極面に発生したCl2ガスは
電解浴中を上昇し、電解浴の循環流を生じさせる。陰極
面に生成した溶融MgもCl2ガス発生に伴って生じた電解
浴の循環流に乗って、Cl2ガス収集室12に向かって上昇
し、浴レベル14に達したところで電解浴の循環流に内包
するCl2ガスの大部分が雰囲気中に放出され、電解浴流
は第１隔壁６に向かって移動する。第１隔壁６に達した
電解浴は、第１隔壁６に設けた隔壁口９から中間室５に
流入し、ここで電解浴中に残存していたCl2ガスをほぼ
全量放出する。中間室５に集められたCl2ガスは、第１
隔壁６の上端部に設けた通気口８を通り、Cl2ガス収集
室12に入り系外に排出される。中間室５でCl2ガスをほ
ぼ完全に放出した電解浴は、第２隔壁の下端部４をくぐ
り、Mg金属収集室１に達する。ここで、電解浴の流れは
減速され、電解浴流に内包されていた電解浴よりも比重
の小さい溶融Mg粒（比重:1.55）は、電解浴（比重:1.7
5）中を浮上して電解浴表面に溶融Mg層を形成する。一
方、溶融Mg粒子を分離した電解浴はMg金属収集室１を下
降し、第１隔壁の下端部10に設けた貫通口11を通過して
電解室に戻り、前記した循環を繰り返す。
％、49％、１％ずつ含有する電解浴を電解槽の浴レベル
14まで注入し、陽極16と陰極17の間に直流電流を通電し
て電解槽を稼働させる。陽極面にはCl2ガスが発生し、
陰極面にはMgが生成する。陽極面に発生したCl2ガスは
電解浴中を上昇し、電解浴の循環流を生じさせる。陰極
面に生成した溶融MgもCl2ガス発生に伴って生じた電解
浴の循環流に乗って、Cl2ガス収集室12に向かって上昇
し、浴レベル14に達したところで電解浴の循環流に内包
するCl2ガスの大部分が雰囲気中に放出され、電解浴流
は第１隔壁６に向かって移動する。第１隔壁６に達した
電解浴は、第１隔壁６に設けた隔壁口９から中間室５に
流入し、ここで電解浴中に残存していたCl2ガスをほぼ
全量放出する。中間室５に集められたCl2ガスは、第１
隔壁６の上端部に設けた通気口８を通り、Cl2ガス収集
室12に入り系外に排出される。中間室５でCl2ガスをほ
ぼ完全に放出した電解浴は、第２隔壁の下端部４をくぐ
り、Mg金属収集室１に達する。ここで、電解浴の流れは
減速され、電解浴流に内包されていた電解浴よりも比重
の小さい溶融Mg粒（比重:1.55）は、電解浴（比重:1.7
5）中を浮上して電解浴表面に溶融Mg層を形成する。一
方、溶融Mg粒子を分離した電解浴はMg金属収集室１を下
降し、第１隔壁の下端部10に設けた貫通口11を通過して
電解室に戻り、前記した循環を繰り返す。
上記第１の隔壁は、電解室と中間室の間の電解浴の流
通を妨げて隔壁口から下方への循環流を形成させている
ので、陰極体と一体的に形成しても同様の効果が奏され
る。また、第１隔壁６の上部にガス収集室に連通する通
気口８を設けず、中間室上部に別個の排気管を電解槽天
井蓋に設けてCl2ガスを回収する構造としてもよい。こ
の場合には第１隔壁の構造上の強度が高まるという効果
が奏される。
通を妨げて隔壁口から下方への循環流を形成させている
ので、陰極体と一体的に形成しても同様の効果が奏され
る。また、第１隔壁６の上部にガス収集室に連通する通
気口８を設けず、中間室上部に別個の排気管を電解槽天
井蓋に設けてCl2ガスを回収する構造としてもよい。こ
の場合には第１隔壁の構造上の強度が高まるという効果
が奏される。
第１図の電解槽を用い、重量でMgCl2:20％、CaCl2:30
％、NaCl:49％、MgF2:1％の組成を有する電解浴を660℃
〜680℃に維持して10万アンペアの電流を通電して電解
した。その結果、電解室内には電極後部から全部に向か
う電解浴の非常に強い流れが生じ、第１隔壁の隔壁口か
ら中間室に向かう強い噴流が観察されたが、Mg金属収集
室では、Cl2ガス発生に伴う気泡の湧き出しは見られな
かった。この間、電解浴レベルは、隔壁口15の下端から
上端部11の間を変動したが前記の状況は安定的に継続し
た。
％、NaCl:49％、MgF2:1％の組成を有する電解浴を660℃
〜680℃に維持して10万アンペアの電流を通電して電解
した。その結果、電解室内には電極後部から全部に向か
う電解浴の非常に強い流れが生じ、第１隔壁の隔壁口か
ら中間室に向かう強い噴流が観察されたが、Mg金属収集
室では、Cl2ガス発生に伴う気泡の湧き出しは見られな
かった。この間、電解浴レベルは、隔壁口15の下端から
上端部11の間を変動したが前記の状況は安定的に継続し
た。
本発明は、以上に説明したとおりの構成により、Cl2
ガスが金属収集室に混入することがなくなり、環境汚染
や生成Mgとの再結合によるCl2ガスの回収ロスが抑制さ
れ、あわせて電解浴レベル14が第１隔壁口９の下端面9
-1から第１隔壁６の上端部までの間を変動しても安定し
た電解槽の運転が可能となり、従来技術で問題となった
電解浴レベル調整の問題は解消されるという効果が奏さ
れる。また、陽極・陰極の間に双極電極を複数組配置し
たバイポーラ型電解槽に対しても同様の効果が奏される
ことが確認された。
ガスが金属収集室に混入することがなくなり、環境汚染
や生成Mgとの再結合によるCl2ガスの回収ロスが抑制さ
れ、あわせて電解浴レベル14が第１隔壁口９の下端面9
-1から第１隔壁６の上端部までの間を変動しても安定し
た電解槽の運転が可能となり、従来技術で問題となった
電解浴レベル調整の問題は解消されるという効果が奏さ
れる。また、陽極・陰極の間に双極電極を複数組配置し
たバイポーラ型電解槽に対しても同様の効果が奏される
ことが確認された。
前記実施例では、従来技術で問題となった電解浴レベ
ル調整や電解浴成分補給等の条件が緩和され、操業管理
が容易になるという効果が奏される。
ル調整や電解浴成分補給等の条件が緩和され、操業管理
が容易になるという効果が奏される。
第１図は本発明電解槽の縦断面図、第２図は第１図Ａ−
Ａ線の横断面図、第３図、第４図は従来の電解槽を示
す。 1:生成金属収集室、2:第２隔壁、3:第２隔壁上端部、4:
第２隔壁下端部、5:中間室、6:第１隔壁、7:第１隔壁上
端部、8:通気口、9:隔壁口、9-1:隔壁口９の下端面、1
0:第１隔壁下端部、11:貫通口、12:電解生成ガス収集
室、13:天井蓋、14:電解浴レベル、15:電解室、16:陽
極、17:陰極、18:鉄皮、19:断熱レンガ層、20:耐火レン
ガ層
Ａ線の横断面図、第３図、第４図は従来の電解槽を示
す。 1:生成金属収集室、2:第２隔壁、3:第２隔壁上端部、4:
第２隔壁下端部、5:中間室、6:第１隔壁、7:第１隔壁上
端部、8:通気口、9:隔壁口、9-1:隔壁口９の下端面、1
0:第１隔壁下端部、11:貫通口、12:電解生成ガス収集
室、13:天井蓋、14:電解浴レベル、15:電解室、16:陽
極、17:陰極、18:鉄皮、19:断熱レンガ層、20:耐火レン
ガ層
Claims (2)
- 【請求項１】陽極と陰極を配し、その上部に電解生成ガ
ス収集室12を設けた電解室15と、生成金属収集室１と、
前記電解室と生成金属収集室との間に、電解室側に設け
た第１の隔壁６と、生成金属収集室側に設けた第２の隔
壁２により仕切られて形成された中間室５よりなる上部
に天井蓋13を設けた密閉型金属製造用電解槽であって、 （ａ）前記第１の隔壁６には、その上端部７に前記電解
生成ガス収集室12と前記中間室５上部の空間との間で気
体が移動できる通気口８が設けられて天井蓋13に接続さ
れており、またその下端部10は前記電解室15と前記生成
金属収集室１との間を電解浴が移動できるように開放さ
れており、また電解浴レベル14より下方位置に隔壁口９
が設けられており、さらに （ｂ）前記第２の隔壁２は、その上端部３が前記天井蓋
に密着して配置され、その下端部４は、前記第１の隔壁
に設けた隔壁口９より下方で、第１隔壁の下端部より上
方の位置に配置されてなることを特徴とする金属製造用
電解槽。 - 【請求項２】第１の隔壁６の上端部７すべてが天井蓋13
に接続されている請求項１記載の金属製造用電解槽。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63074597A JP2829608B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 金属製造用電解槽 |
| AU31722/89A AU614590B2 (en) | 1988-03-30 | 1989-03-28 | Electrolytic cell for recovery of metal |
| CA000594979A CA1337059C (en) | 1988-03-30 | 1989-03-29 | Electrolytic cell for recovery of metal |
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1988
- 1988-03-30 JP JP63074597A patent/JP2829608B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH01247586A (ja) | 1989-10-03 |
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