JP2957157B2 - 電解還元装置 - Google Patents
電解還元装置Info
- Publication number
- JP2957157B2 JP2957157B2 JP10035626A JP3562698A JP2957157B2 JP 2957157 B2 JP2957157 B2 JP 2957157B2 JP 10035626 A JP10035626 A JP 10035626A JP 3562698 A JP3562698 A JP 3562698A JP 2957157 B2 JP2957157 B2 JP 2957157B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolytic cell
- electrolytic
- opening
- cathode
- bottomed cylindrical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/34—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of metals not provided for in groups C25C3/02 - C25C3/32
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融塩電解により
ウラン等の複数の原子価をとる金属を溶融状態で生成す
る電解還元装置に関するものである。
ウラン等の複数の原子価をとる金属を溶融状態で生成す
る電解還元装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融塩電解では金属酸化物や金属塩が還
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
このような装置として従来図３に示すようなものが知ら
れている。即ち、電解槽１は電解電流が溶融塩２の中を
流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解槽の厳
密な温度管理により電解槽１の側面部１ａのフッ化物塩
部分２ａを非溶融状態にして電解槽の側面部１ａを絶縁
状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解槽１の
底部のみに限定して電解を行い、必要な陰極電流密度を
得ることができるようになっている。
元されて陰極に溶融金属として生成され、アルミニウム
等の金属を生産する方法としてフッ化物溶融塩を電解液
とした溶融塩電解法が知られている。この溶融塩電解法
では、電解槽の上方に陽極を設け、電解槽の底部を陰極
とした構造の電解還元装置が一般的に用いられている。
このような装置として従来図３に示すようなものが知ら
れている。即ち、電解槽１は電解電流が溶融塩２の中を
流れる際に発生する熱を利用して加熱され、電解槽の厳
密な温度管理により電解槽１の側面部１ａのフッ化物塩
部分２ａを非溶融状態にして電解槽の側面部１ａを絶縁
状態にすることにより、陰極面積を実質的に電解槽１の
底部のみに限定して電解を行い、必要な陰極電流密度を
得ることができるようになっている。
【０００３】しかし、このような溶融塩電解方式では電
解槽側面部の塩部分２ａのみを非溶融状態にして電解槽
側面部に絶縁部分を形成させるため、溶融塩の融点付近
での温度制御が要求され、装置の運転中の電解槽全体の
厳密な温度管理が必要となる不具合がある。また、アル
ミニウム電解にあってはアルミニウムの融点が支持塩の
融点より低いため、支持塩温度が一部において支持塩を
凍結させる温度であってもアルミニウムは融体として生
成するが、ウランの電解にあってはウランの融点が支持
塩の融点より高いため、支持塩温度の一部を凍結させる
温度ではウランが固体状態となり、生成される金属のそ
の後の取扱いが困難になる不具合がある。
解槽側面部の塩部分２ａのみを非溶融状態にして電解槽
側面部に絶縁部分を形成させるため、溶融塩の融点付近
での温度制御が要求され、装置の運転中の電解槽全体の
厳密な温度管理が必要となる不具合がある。また、アル
ミニウム電解にあってはアルミニウムの融点が支持塩の
融点より低いため、支持塩温度が一部において支持塩を
凍結させる温度であってもアルミニウムは融体として生
成するが、ウランの電解にあってはウランの融点が支持
塩の融点より高いため、支持塩温度の一部を凍結させる
温度ではウランが固体状態となり、生成される金属のそ
の後の取扱いが困難になる不具合がある。
【０００４】また、電解槽１の側面部１ａを絶縁状態に
して陰極面積を制御する方法では陰極面積を陽極面積よ
り小さくすることは困難で、複数のイオン種を持つウラ
ンのように高い陰極電流密度での電解が必要となる金属
では、その電解が困難になる場合がある。このような場
合に、電解電流を増大させることも考えられるが、電解
電流を増大させることは陽極電流密度の増大を伴い、陽
極が気泡により覆われるいわゆる陽極効果が発生する可
能性が高まり好ましくない。この点を解消するために、
電解槽の温度を十分にとり、ウランの融点以上に支持塩
温度を上昇せさ、電解槽側面部に絶縁部分を形成させる
代りに電解槽の側面部に窒化ホウ素等の絶縁物質からな
る絶縁円筒を連続して配置して強制的に陰極面積を小さ
くすることが考えられている。
して陰極面積を制御する方法では陰極面積を陽極面積よ
り小さくすることは困難で、複数のイオン種を持つウラ
ンのように高い陰極電流密度での電解が必要となる金属
では、その電解が困難になる場合がある。このような場
合に、電解電流を増大させることも考えられるが、電解
電流を増大させることは陽極電流密度の増大を伴い、陽
極が気泡により覆われるいわゆる陽極効果が発生する可
能性が高まり好ましくない。この点を解消するために、
電解槽の温度を十分にとり、ウランの融点以上に支持塩
温度を上昇せさ、電解槽側面部に絶縁部分を形成させる
代りに電解槽の側面部に窒化ホウ素等の絶縁物質からな
る絶縁円筒を連続して配置して強制的に陰極面積を小さ
くすることが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電解槽の側面
部に窒化ホウ素等の絶縁円筒を配置して強制的に陰極面
積を小さくすることは、電解により生成した溶融金属が
この絶縁円筒と反応したり、表面に付着して陰極との電
気的絶縁を保持できなくなり、絶縁円筒の表面部分まで
陰極面積が実質的に増大する不具合がある。この陰極面
積の増大は、陰極電流密度を低下させ、溶融金属の回収
率を低下させる問題点がある。また、円柱状バルクの窒
化ホウ素の中心を切削して、絶縁円筒を作製すること
は、窒化ホウ素の円柱状バルクが最大で直径３００ｍ
ｍ、高さ２００ｍｍ程度までしか作ることができないた
めに、大容量の電解槽が得られず、また窒化ホウ素のバ
ルク自体極めて高価であるため、装置の単価が押上げら
れる不具合もある。本発明の目的は、陰極部を電解槽か
ら電気的に確実に絶縁でき、陰極電流密度が向上して溶
融金属の回収率を増大させることができ、比較的安価で
かつ大容量の電解還元装置を提供することにある。
部に窒化ホウ素等の絶縁円筒を配置して強制的に陰極面
積を小さくすることは、電解により生成した溶融金属が
この絶縁円筒と反応したり、表面に付着して陰極との電
気的絶縁を保持できなくなり、絶縁円筒の表面部分まで
陰極面積が実質的に増大する不具合がある。この陰極面
積の増大は、陰極電流密度を低下させ、溶融金属の回収
率を低下させる問題点がある。また、円柱状バルクの窒
化ホウ素の中心を切削して、絶縁円筒を作製すること
は、窒化ホウ素の円柱状バルクが最大で直径３００ｍ
ｍ、高さ２００ｍｍ程度までしか作ることができないた
めに、大容量の電解槽が得られず、また窒化ホウ素のバ
ルク自体極めて高価であるため、装置の単価が押上げら
れる不具合もある。本発明の目的は、陰極部を電解槽か
ら電気的に確実に絶縁でき、陰極電流密度が向上して溶
融金属の回収率を増大させることができ、比較的安価で
かつ大容量の電解還元装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、溶融塩１８を貯え底部の一部に開口
部１１が形成された電解槽１２と、開口部１１を介して
電解槽１２の内部に臨み開口部１１と所定の隙間を有す
るように設けられかつ電解槽１２の内部に臨む部分が有
底筒部１３ａに形成された陰極となる導電部材１３と、
隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２ａと、導入流
路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解
槽１２の溶融塩１８中に保持される陽極１９とを備えた
電解還元装置である。開口部１１と導電部材１３との間
に隙間を設けることにより、導電部材１３と電解槽１２
とは電気的に絶縁され、ガス供給手段により導入流路１
２ａを介して開口部１１と導電部材１３との間の隙間に
不活性ガスを圧送することにより、溶融した溶融塩１８
が隙間に侵入することを防止する。この状態で上方より
挿入した陽極１９及び導電部材１３に通電して電解還元
を実施すると、溶融塩１８に接する導電部材１３におけ
る有底筒部１３ａが陰極となり、電解液である溶融塩１
８中の金属陽イオンが陰極である導電部材１３の有底筒
部１３ａの内面に溶融金属２１となって析出する。
図１に示すように、溶融塩１８を貯え底部の一部に開口
部１１が形成された電解槽１２と、開口部１１を介して
電解槽１２の内部に臨み開口部１１と所定の隙間を有す
るように設けられかつ電解槽１２の内部に臨む部分が有
底筒部１３ａに形成された陰極となる導電部材１３と、
隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２ａと、導入流
路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段と、電解
槽１２の溶融塩１８中に保持される陽極１９とを備えた
電解還元装置である。開口部１１と導電部材１３との間
に隙間を設けることにより、導電部材１３と電解槽１２
とは電気的に絶縁され、ガス供給手段により導入流路１
２ａを介して開口部１１と導電部材１３との間の隙間に
不活性ガスを圧送することにより、溶融した溶融塩１８
が隙間に侵入することを防止する。この状態で上方より
挿入した陽極１９及び導電部材１３に通電して電解還元
を実施すると、溶融塩１８に接する導電部材１３におけ
る有底筒部１３ａが陰極となり、電解液である溶融塩１
８中の金属陽イオンが陰極である導電部材１３の有底筒
部１３ａの内面に溶融金属２１となって析出する。
【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、電解槽１２の開口部１１周縁と有底筒部１
３ａの先端周縁とを覆うように開口部１１周縁と有底筒
部１３ａの間に被覆部材１６が設けられた電解還元装置
である。被覆部材１６を開口部１１周縁と有底筒部１３
ａの先端周縁とを覆うように開口部１１周縁と有底筒部
１３ａの間に設けることにより、圧送する不活性ガスの
ガス量を少なくしても溶融塩が隙間に侵入することを防
止し、陰極となる導電部１３の有底筒部１３ａにおける
面積を小さく抑えることができるので、陰極電流密度が
向上し溶融金属の回収率を増大させることができる。
明であって、電解槽１２の開口部１１周縁と有底筒部１
３ａの先端周縁とを覆うように開口部１１周縁と有底筒
部１３ａの間に被覆部材１６が設けられた電解還元装置
である。被覆部材１６を開口部１１周縁と有底筒部１３
ａの先端周縁とを覆うように開口部１１周縁と有底筒部
１３ａの間に設けることにより、圧送する不活性ガスの
ガス量を少なくしても溶融塩が隙間に侵入することを防
止し、陰極となる導電部１３の有底筒部１３ａにおける
面積を小さく抑えることができるので、陰極電流密度が
向上し溶融金属の回収率を増大させることができる。
【０００８】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明であって、被覆部材１６が絶縁性部材である電解還元
装置である。被覆部材１６を絶縁性部材により構成する
ことにより、万一溶融塩が隙間に侵入した場合であって
も、陰極となる導電部１３の有底筒部１３ａにおける面
積が拡大することを防止する。請求項４に係る発明は、
請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、導電部
材１３が絶縁材１４を介して電解槽１２の底部に設置さ
れた電解還元装置である。導電部材１３を絶縁材１４を
介して設置することにより、導電部材１３を確実に開口
部１１と所定の隙間をもって容易に電解槽１２の底部に
設けることができる。請求項５に係る発明は、請求項１
ないし４いずれかに係る発明であって、電解槽１２及び
導電部１３がそれぞれ黒鉛からなり、被覆部材１６が窒
化ホウ素からなる電解還元装置である。黒鉛及び窒化ホ
ウ素を材料とすることにより、比較的高価な窒化ホウ素
のバルク材の使用量を減少させ、装置を安価に製作する
ことができる。
明であって、被覆部材１６が絶縁性部材である電解還元
装置である。被覆部材１６を絶縁性部材により構成する
ことにより、万一溶融塩が隙間に侵入した場合であって
も、陰極となる導電部１３の有底筒部１３ａにおける面
積が拡大することを防止する。請求項４に係る発明は、
請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、導電部
材１３が絶縁材１４を介して電解槽１２の底部に設置さ
れた電解還元装置である。導電部材１３を絶縁材１４を
介して設置することにより、導電部材１３を確実に開口
部１１と所定の隙間をもって容易に電解槽１２の底部に
設けることができる。請求項５に係る発明は、請求項１
ないし４いずれかに係る発明であって、電解槽１２及び
導電部１３がそれぞれ黒鉛からなり、被覆部材１６が窒
化ホウ素からなる電解還元装置である。黒鉛及び窒化ホ
ウ素を材料とすることにより、比較的高価な窒化ホウ素
のバルク材の使用量を減少させ、装置を安価に製作する
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の電解還元装置の実施の形
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置は複数
の原子価をとる金属であるウランの酸化物（ＵＯ2，Ｕ3
Ｏ8等）を電解還元するのに適する。図１に示すよう
に、黒鉛製の電解槽１２は有底円筒体であって、その底
部の中央に円形の開口部１１が形成される。本実施の形
態における開口部１１は電解槽１２の内底部に形成され
た穴１１ａであって、穴１１ａには開口部１１と所定の
隙間を有するように陰極となる黒鉛製の導電部材１３が
設けられる。導電部材１３は絶縁材１４を介して穴１１
ａの底部に設置され、電解槽１２と導電部材１３は適切
な距離で離間し、かつ絶縁される。
態を図面に基づいて説明する。この電解還元装置は複数
の原子価をとる金属であるウランの酸化物（ＵＯ2，Ｕ3
Ｏ8等）を電解還元するのに適する。図１に示すよう
に、黒鉛製の電解槽１２は有底円筒体であって、その底
部の中央に円形の開口部１１が形成される。本実施の形
態における開口部１１は電解槽１２の内底部に形成され
た穴１１ａであって、穴１１ａには開口部１１と所定の
隙間を有するように陰極となる黒鉛製の導電部材１３が
設けられる。導電部材１３は絶縁材１４を介して穴１１
ａの底部に設置され、電解槽１２と導電部材１３は適切
な距離で離間し、かつ絶縁される。
【００１０】導電部材１３の電解槽１２の内部に臨む部
分は有底筒部１３ａに形成され、筒部１３ａの上縁は電
解槽１２の内底面より低く形成される。電解槽１２の開
口部１１周縁と有底筒部１３ａの先端周縁との間には絶
縁性部材である窒化ホウ素製の被覆部材１６が設けられ
る。被覆部材１６の上面は電解槽１２の底部表面と同一
平面をなすように形成され、被覆部材１６には下端が有
底筒部１３ａに所定の隙間を持って挿入可能な外形を有
する挿入筒部１６ａが形成される。電解槽１２には導電
部材１３との隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２
ａが形成され、電解槽１２の外部には図示しないがこの
導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段で
あるガスボンベが設けられる。なお、電解槽１２の溶融
塩１８中には陽極１９が保持して設けられる。
分は有底筒部１３ａに形成され、筒部１３ａの上縁は電
解槽１２の内底面より低く形成される。電解槽１２の開
口部１１周縁と有底筒部１３ａの先端周縁との間には絶
縁性部材である窒化ホウ素製の被覆部材１６が設けられ
る。被覆部材１６の上面は電解槽１２の底部表面と同一
平面をなすように形成され、被覆部材１６には下端が有
底筒部１３ａに所定の隙間を持って挿入可能な外形を有
する挿入筒部１６ａが形成される。電解槽１２には導電
部材１３との隙間に連通する不活性ガスの導入流路１２
ａが形成され、電解槽１２の外部には図示しないがこの
導入流路１２ａに不活性ガスを圧送するガス供給手段で
あるガスボンベが設けられる。なお、電解槽１２の溶融
塩１８中には陽極１９が保持して設けられる。
【００１１】このように構成された電解還元装置では、
開口部１１と導電部材１３との間に隙間を設けたので、
導電部材１３と電解槽１２との間が電気的に絶縁され
る。この電解還元装置の電解槽１２内に支持塩を入れて
溶融状態にし、これと同時に開口部１１と導電部材１３
との間の隙間にガス供給手段であるガスボンベにより不
活性ガスを導入流路１２ａを介して図の実線矢印で示す
ように圧送することにより溶融塩１８が隙間に侵入する
ことを防止する。なお、支持塩の溶融は電解電流が流れ
る際に発生する熱を利用する場合の他に、ヒータ１７
（図２）を電解槽１２の外部に設け、このヒータ１７に
より加熱して支持塩を溶融状態にしてもよい。
開口部１１と導電部材１３との間に隙間を設けたので、
導電部材１３と電解槽１２との間が電気的に絶縁され
る。この電解還元装置の電解槽１２内に支持塩を入れて
溶融状態にし、これと同時に開口部１１と導電部材１３
との間の隙間にガス供給手段であるガスボンベにより不
活性ガスを導入流路１２ａを介して図の実線矢印で示す
ように圧送することにより溶融塩１８が隙間に侵入する
ことを防止する。なお、支持塩の溶融は電解電流が流れ
る際に発生する熱を利用する場合の他に、ヒータ１７
（図２）を電解槽１２の外部に設け、このヒータ１７に
より加熱して支持塩を溶融状態にしてもよい。
【００１２】支持塩を溶融させた後、陽極１９及び陰極
となる導電部材１３に通電する。この状態で原料のＵＯ
2，Ｕ3Ｏ8等の金属酸化物を電解槽１２に供給すると、
この金属酸化物の電解還元が行われ、電解液である溶融
塩１８中の金属陽イオンは陰極である導電部材１３の有
底筒部１３ａの内面に溶融金属２１となって析出する。
なお、この生成した溶融金属２１はその比重差により有
底筒部１３ａ内に貯留し、有底筒部１３ａ内に貯留した
金属２１は、図示しないがその後真空吸引装置やサイホ
ン装置により、或は図２に示すように装置に設けられた
排出口１３ｂを介して回収される。
となる導電部材１３に通電する。この状態で原料のＵＯ
2，Ｕ3Ｏ8等の金属酸化物を電解槽１２に供給すると、
この金属酸化物の電解還元が行われ、電解液である溶融
塩１８中の金属陽イオンは陰極である導電部材１３の有
底筒部１３ａの内面に溶融金属２１となって析出する。
なお、この生成した溶融金属２１はその比重差により有
底筒部１３ａ内に貯留し、有底筒部１３ａ内に貯留した
金属２１は、図示しないがその後真空吸引装置やサイホ
ン装置により、或は図２に示すように装置に設けられた
排出口１３ｂを介して回収される。
【００１３】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ＜実施例１＞図２に示すように、容積が約７０ｃｍ3の
電解槽１２を用意した。即ち、黒鉛製の電解槽１２は有
底円筒体であって、その底部の中央に円形の開口部１１
が形成される。電解槽１２には下端が底部と所定の間隔
をあけて仕切壁１２ｂを設け、この仕切壁１２ｂと電解
槽１２の側壁とにより、原料となるウラン酸化物を溶融
塩１８中に供給するための供給口１２ｃを形成した。電
解槽１２の外部には加熱することにより塩を溶融状態に
して電解槽の電解液とするヒータ１７を設けた。
電解槽１２を用意した。即ち、黒鉛製の電解槽１２は有
底円筒体であって、その底部の中央に円形の開口部１１
が形成される。電解槽１２には下端が底部と所定の間隔
をあけて仕切壁１２ｂを設け、この仕切壁１２ｂと電解
槽１２の側壁とにより、原料となるウラン酸化物を溶融
塩１８中に供給するための供給口１２ｃを形成した。電
解槽１２の外部には加熱することにより塩を溶融状態に
して電解槽の電解液とするヒータ１７を設けた。
【００１４】開口部１１は電解槽１２の底部に形成され
た孔であって、孔には内径が１２０ｍｍ、深さが７０ｍ
ｍの有底筒部１３ａを有する黒鉛製の導電部材１３を窒
化ホウ素からなる絶縁材１４を介して開口部１１と所定
の隙間を有するように底部に設置した。有底筒部１３ａ
と開口部１１との間には、外径が１１０ｍｍの挿入筒部
１６ａを有する窒化ホウ素からなる被覆部材１６をはめ
込み、有底筒部１３ａと挿入筒部１６ａとの隙間ｔが５
ｍｍになるように電解槽１２の底部を封止した。なお、
導電部材１３には有底筒部１３ａに連通して電解により
生成された溶融金属２１を排出可能に構成されたクラン
ク状の排出口１３ｂを形成し、排出口１３ｂの中間に連
通するように縦孔１２ｄを電解槽１２の側壁に形成し、
この縦孔１２ｄに先端にセラミック製の封止栓３４ａを
有する遮断用ロッド３４を挿入した。遮断用ロッド３４
は図の実線矢印で示すように上昇すると、この排出口１
３ｂを開放し、破線矢印で示すように下降すると、この
排出口１３ｂを遮断するように構成した。
た孔であって、孔には内径が１２０ｍｍ、深さが７０ｍ
ｍの有底筒部１３ａを有する黒鉛製の導電部材１３を窒
化ホウ素からなる絶縁材１４を介して開口部１１と所定
の隙間を有するように底部に設置した。有底筒部１３ａ
と開口部１１との間には、外径が１１０ｍｍの挿入筒部
１６ａを有する窒化ホウ素からなる被覆部材１６をはめ
込み、有底筒部１３ａと挿入筒部１６ａとの隙間ｔが５
ｍｍになるように電解槽１２の底部を封止した。なお、
導電部材１３には有底筒部１３ａに連通して電解により
生成された溶融金属２１を排出可能に構成されたクラン
ク状の排出口１３ｂを形成し、排出口１３ｂの中間に連
通するように縦孔１２ｄを電解槽１２の側壁に形成し、
この縦孔１２ｄに先端にセラミック製の封止栓３４ａを
有する遮断用ロッド３４を挿入した。遮断用ロッド３４
は図の実線矢印で示すように上昇すると、この排出口１
３ｂを開放し、破線矢印で示すように下降すると、この
排出口１３ｂを遮断するように構成した。
【００１５】次いで、フッ化物溶融塩１８を生成するフ
ッ化物を準備した。このフッ化物は７４重量％のＢａＦ
2と、１１重量％のＬｉＦと、１５重量％のＵＦ4とから
なる約１８０ｋｇの混合物である。このフッ化物混合物
を電解槽１２に供給し、ヒータ１７の誘導加熱コイルに
通電して電解槽１２を加熱し、徐々にウランの融点以上
の１２００℃まで昇温した。これと同時に開口部１１と
導電部材１３との間の隙間にガス供給手段であるガスボ
ンベから不活性ガスのアルゴンを導入流路１２ａを介し
て圧送し、供給したフッ化物混合物が溶融塩となったと
きにも、この溶融塩が上記隙間に侵入することを防止し
た。
ッ化物を準備した。このフッ化物は７４重量％のＢａＦ
2と、１１重量％のＬｉＦと、１５重量％のＵＦ4とから
なる約１８０ｋｇの混合物である。このフッ化物混合物
を電解槽１２に供給し、ヒータ１７の誘導加熱コイルに
通電して電解槽１２を加熱し、徐々にウランの融点以上
の１２００℃まで昇温した。これと同時に開口部１１と
導電部材１３との間の隙間にガス供給手段であるガスボ
ンベから不活性ガスのアルゴンを導入流路１２ａを介し
て圧送し、供給したフッ化物混合物が溶融塩となったと
きにも、この溶融塩が上記隙間に侵入することを防止し
た。
【００１６】次に、電解槽１２の上方から陽極１９をフ
ッ化物溶融塩１８中に挿入し、導電部材１３を陰極とし
て陰極電流密度が０．７〜１．５Ａ／ｃｍ2の範囲で通
電した後、原料となるＵＯ2を供給口１２ｃから供給し
て溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電解液
である溶融塩１８中のウランイオン（Ｕ4+）が陰極であ
る導電部材１３の有底筒部１３ａの内面に溶融した金属
ウラン２１となって析出し、有底筒部１３ａ内に貯留し
た。この状態での遮断用ロッド３４を上昇させて排出口
１３ｂを開放することにより溶融した金属ウラン２１は
排出口１３ｂを介して排出することができ、遮断用ロッ
ド３４を再び下降させて排出口１３ｂを遮断することに
より電解作業を再び再開させることができた。従って、
実施例１における電解還元装置では、溶融した金属ウラ
ン２１が排出した分だけ供給口１２ｃから原料のウラン
酸化物を新たに供給することにより連続的に電解還元す
ることができた。
ッ化物溶融塩１８中に挿入し、導電部材１３を陰極とし
て陰極電流密度が０．７〜１．５Ａ／ｃｍ2の範囲で通
電した後、原料となるＵＯ2を供給口１２ｃから供給し
て溶融塩電解を行った。この溶融塩電解により、電解液
である溶融塩１８中のウランイオン（Ｕ4+）が陰極であ
る導電部材１３の有底筒部１３ａの内面に溶融した金属
ウラン２１となって析出し、有底筒部１３ａ内に貯留し
た。この状態での遮断用ロッド３４を上昇させて排出口
１３ｂを開放することにより溶融した金属ウラン２１は
排出口１３ｂを介して排出することができ、遮断用ロッ
ド３４を再び下降させて排出口１３ｂを遮断することに
より電解作業を再び再開させることができた。従って、
実施例１における電解還元装置では、溶融した金属ウラ
ン２１が排出した分だけ供給口１２ｃから原料のウラン
酸化物を新たに供給することにより連続的に電解還元す
ることができた。
【００１７】＜比較例１＞図３に示す電解槽１と同一の
構造を有する容積が約４００リットルの電解槽を用意
し、実施例１と同一組成のフッ化物を電解槽に供給し、
電気炉により１２００℃まで昇温して溶融させた。その
後、原料のウラン酸化物を電解槽に入れ電解を行った。
この時、陰極面積は特に限定されていない状態である
が、槽の容積を大きくしたスケールアップを行うことに
よりかろうじて陰極電流密度約０．４Ａ／ｃｍ2を保っ
て電解を行った。 ＜比較例２＞図示しないが、実施例１の黒鉛電解槽と陰
極とを短絡させた以外は実施例１と同一の条件及び手順
で電解を行った。この時の陰極電流密度は０．１Ａ／ｃ
ｍ2以下となった。
構造を有する容積が約４００リットルの電解槽を用意
し、実施例１と同一組成のフッ化物を電解槽に供給し、
電気炉により１２００℃まで昇温して溶融させた。その
後、原料のウラン酸化物を電解槽に入れ電解を行った。
この時、陰極面積は特に限定されていない状態である
が、槽の容積を大きくしたスケールアップを行うことに
よりかろうじて陰極電流密度約０．４Ａ／ｃｍ2を保っ
て電解を行った。 ＜比較例２＞図示しないが、実施例１の黒鉛電解槽と陰
極とを短絡させた以外は実施例１と同一の条件及び手順
で電解を行った。この時の陰極電流密度は０．１Ａ／ｃ
ｍ2以下となった。
【００１８】＜比較試験及び評価＞実施例１、比較例１
及び比較例２における電解終了後、それぞれの電解槽を
解体した。実施例１の電解槽１２の開口部１１と有底筒
部１３ａとの間の隙間を目視により観察した結果、溶融
塩の侵入は認められず空間が確保されていた。また実施
例１、比較例１及び比較例２の電解槽を解体して得られ
た電解生成物である金属ウランを取出し、それぞれの金
属ウランの量から溶融塩電解における電流効率を計測し
た。その結果、実施例１における電流効率は５０％以上
であったのに対し、比較例１では約３０％であった。ま
た、比較例２では金属ウランがほとんど析出されず、従
って電流効率はほぼ０％であった。これは、比較例１に
おける陰極電流密度がやや不足であるためと考えられ
る。また、比較例２で金属ウランがほとんど析出しなか
ったのは陰極電流密度が絶対的に不足しているためと考
えられる。また、実施例１において有効に電解が行わ
れ、比較例２において金属ウランが得られなかったこと
から、有底筒部１３ａが電解槽１２と確実に絶縁されて
いることが判った。
及び比較例２における電解終了後、それぞれの電解槽を
解体した。実施例１の電解槽１２の開口部１１と有底筒
部１３ａとの間の隙間を目視により観察した結果、溶融
塩の侵入は認められず空間が確保されていた。また実施
例１、比較例１及び比較例２の電解槽を解体して得られ
た電解生成物である金属ウランを取出し、それぞれの金
属ウランの量から溶融塩電解における電流効率を計測し
た。その結果、実施例１における電流効率は５０％以上
であったのに対し、比較例１では約３０％であった。ま
た、比較例２では金属ウランがほとんど析出されず、従
って電流効率はほぼ０％であった。これは、比較例１に
おける陰極電流密度がやや不足であるためと考えられ
る。また、比較例２で金属ウランがほとんど析出しなか
ったのは陰極電流密度が絶対的に不足しているためと考
えられる。また、実施例１において有効に電解が行わ
れ、比較例２において金属ウランが得られなかったこと
から、有底筒部１３ａが電解槽１２と確実に絶縁されて
いることが判った。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
解槽の開口部を介して電解槽の内部に臨み開口部と所定
の隙間を有するように陰極となる導電部材を設け、導電
部材の電解槽の内部に臨む部分を有底筒部に形成し、隙
間に連通する不活性ガスの導入流路と、導入流路に不活
性ガスを圧送するガス供給手段と、電解槽の溶融塩中に
保持される陽極とを備えたので、溶融塩に接する導電部
材における有底筒部のみを陰極とすることができ、電解
槽の内側面で塩を非溶融状態にしなくても、陰極面積が
拡大するのを防止することができる。この結果、陰極電
流密度が向上して溶融金属の回収率を増大させることが
できる。
解槽の開口部を介して電解槽の内部に臨み開口部と所定
の隙間を有するように陰極となる導電部材を設け、導電
部材の電解槽の内部に臨む部分を有底筒部に形成し、隙
間に連通する不活性ガスの導入流路と、導入流路に不活
性ガスを圧送するガス供給手段と、電解槽の溶融塩中に
保持される陽極とを備えたので、溶融塩に接する導電部
材における有底筒部のみを陰極とすることができ、電解
槽の内側面で塩を非溶融状態にしなくても、陰極面積が
拡大するのを防止することができる。この結果、陰極電
流密度が向上して溶融金属の回収率を増大させることが
できる。
【００２０】また、被覆部材を開口部周縁と有底筒部の
先端周縁との間に設ければ、陰極となる導電部の有底筒
部における面積を確実に小さく抑えることができるの
で、溶融金属の高い回収率を安定して得ることができ、
導電部材を絶縁材を介して設置すれば、導電部材を確実
に開口部と所定の隙間をもって容易に電解槽の底部に設
けることもできる。更に、電解槽及び導電部をそれぞれ
黒鉛、被覆部材を窒化ホウ素から構成すれば、高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させて、比較的安価
で大容量の電解還元装置を得ることができる。
先端周縁との間に設ければ、陰極となる導電部の有底筒
部における面積を確実に小さく抑えることができるの
で、溶融金属の高い回収率を安定して得ることができ、
導電部材を絶縁材を介して設置すれば、導電部材を確実
に開口部と所定の隙間をもって容易に電解槽の底部に設
けることもできる。更に、電解槽及び導電部をそれぞれ
黒鉛、被覆部材を窒化ホウ素から構成すれば、高価な窒
化ホウ素のバルク材の使用量を減少させて、比較的安価
で大容量の電解還元装置を得ることができる。
【図１】本発明の電解還元装置の中央縦断面図。
【図２】本発明の別の電解還元装置の中央縦断面図。
【図３】従来の電解還元装置を示す図１に対応する断面
図。
図。
１１ 開口部 １２ 電解槽 １２ａ 導入流路 １３ 導電部 １３ａ 有底筒部 １４ 絶縁材 １６ 被覆部材 １８ 溶融塩 １９ 陽極
フロントページの続き (72)発明者 星野 康史 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 那珂エネルギー研究所内 (72)発明者 高澤 寛 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 那珂エネルギー研究所内 (72)発明者 寺前 直樹 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 那珂エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平３−271389（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−67998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25C 7/00,3/34
Claims (5)
- 【請求項１】 溶融塩(18)を貯え底部の一部に開口部(1
1)が形成された電解槽(12)と、 前記開口部(11)を介して前記電解槽(12)の内部に臨み前
記開口部(11)と所定の隙間を有するように設けられかつ
前記電解槽(12)の内部に臨む部分が有底筒部(13a)に形
成された陰極となる導電部材(13)と、 前記隙間に連通する不活性ガスの導入流路(12a)と、 前記導入流路(12a)に不活性ガスを圧送するガス供給手
段と、 前記電解槽(12)の溶融塩(18)中に保持される陽極(19)と
を備えた電解還元装置。 - 【請求項２】 電解槽(12)の開口部(11)周縁と有底筒部
(13a)の先端周縁とを覆うように前記開口部(11)周縁と
前記有底筒部(13a)の間に被覆部材(16)が設けられた請
求項１記載の電解還元装置。 - 【請求項３】 被覆部材(16)が絶縁性部材である請求項
２記載の電解還元装置。 - 【請求項４】 導電部材(13)が絶縁材(14)を介して電解
槽(12)の底部に設置された請求項１ないし３いずれか記
載の電解還元装置。 - 【請求項５】 電解槽(12)及び導電部(13)がそれぞれ黒
鉛からなり、絶縁性部材(16)が窒化ホウ素からなる請求
項１ないし４いずれか記載の電解還元装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035626A JP2957157B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 電解還元装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035626A JP2957157B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 電解還元装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11229173A JPH11229173A (ja) | 1999-08-24 |
| JP2957157B2 true JP2957157B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=12447084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10035626A Expired - Lifetime JP2957157B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 電解還元装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2957157B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006115027A1 (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Toho Titanium Co., Ltd. | 溶融塩電解槽およびこれを用いた金属の製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7377633B2 (ja) * | 2019-06-21 | 2023-11-10 | 三菱重工業株式会社 | 電解製錬炉 |
| JP7373361B2 (ja) * | 2019-11-07 | 2023-11-02 | 三菱重工業株式会社 | 電解製錬炉及び電解製錬方法 |
-
1998
- 1998-02-18 JP JP10035626A patent/JP2957157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006115027A1 (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Toho Titanium Co., Ltd. | 溶融塩電解槽およびこれを用いた金属の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11229173A (ja) | 1999-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101770839B1 (ko) | 고체 공급재료를 환원시키기 위한 장치 및 방법 | |
| US5132984A (en) | Segmented electric furnace | |
| JP3812951B2 (ja) | 溶融電解質の電解による金属回収のための多極電解槽 | |
| US2963530A (en) | Continuous high vacuum melting | |
| CN108778568A (zh) | 水口、铸造装置和铸造方法 | |
| JP2957157B2 (ja) | 電解還元装置 | |
| US4247381A (en) | Facility for conducting electrical power to electrodes | |
| JPH032958B2 (ja) | ||
| JP2997265B1 (ja) | 電解還元装置 | |
| FR2542326A1 (fr) | Cuve de l'affinage de l'aluminium par electrolyse | |
| CN104328458A (zh) | 一种高产节能稀土金属电解炉 | |
| KR101721918B1 (ko) | 실리콘 전자 주조 장치 | |
| AU751096B2 (en) | Method and apparatus for the treatment of a melt | |
| CN204198869U (zh) | 一种高产节能稀土金属电解炉 | |
| CN107779912B (zh) | 一种稀土氧化物熔盐电解槽 | |
| WO2009107339A1 (ja) | 還元性金属の製造方法およびこれに用いる溶融塩電解装置 | |
| JPH0748688A (ja) | ネオジム−鉄合金の製造装置 | |
| JPH028446B2 (ja) | ||
| JPH06172887A (ja) | アルミニウム合金の製造方法 | |
| CN105420762B (zh) | 电解槽结构及熔盐电解方法 | |
| JP3022871B1 (ja) | 電解還元装置 | |
| KR101730858B1 (ko) | 실리콘 전자 주조 장치 | |
| JPS586990A (ja) | 電解還元槽 | |
| CN219808015U (zh) | 一种实验室金属锂电解装置 | |
| Henrie et al. | V. A high-temperature electrowinning cell for rare earths |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990615 |