JP3275257B2

JP3275257B2 - Ｍｇ電解製造方法及び装置

Info

Publication number: JP3275257B2
Application number: JP02643599A
Authority: JP
Inventors: 隆志上田平; 朋泰吉村
Original assignee: 住友チタニウム株式会社
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP2000226683A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭｇＣｌ₂を含有
する溶融浴塩を用いて電解法により金属Ｍｇを製造する
Ｍｇ電解製造方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｍｇを工業的に製造する場合、一般にＭ
ｇＣｌ₂を含む溶融浴塩をＭｇの融点以上の温度で電気
分解する方法が用いられる。このＭｇ電解製造方法に使
用される従来の製造装置の構成を図４により説明する。

【０００３】Ｍｇ電解製造装置は、ＭｇＣｌ₂を含む溶
融浴塩１０を収容する電解槽２０を備えている。電解槽
２０の内部は、隔壁２３により電解室２１と捕集室２２
に分割されている。電解室２１には、平板状の陽極２４
及び陰極２５が交互に配置されている。隔壁２３には、
電解室２１内の溶融浴塩１０を捕集室２２内に循環させ
るために、上下２段の浴塩流通口２６，２７が設けられ
ている。

【０００４】電解操業では、電解槽２０の電解室２１内
で陽極２４と陰極２５の間に所定の直流電流を流すこと
により、溶融浴塩１０中のＭｇＣｌ₂を電気分解し、金
属Ｍｇを生成させる。このとき、電解室２１内の溶融浴
塩１０は、対流により上段の浴塩流通口２６から捕集室
２２に流入し、捕集室２２内を下降して下段の浴塩流通
口２７から電解室２１に戻る。

【０００５】電解室２１で生成された溶融状態の金属Ｍ
ｇは、この溶融浴塩１０の循環対流により捕集室２２に
運ばれる。捕集室２２に運ばれた金属Ｍｇは、浴塩より
比重が軽いために浮上分離し、浴塩上に溶融Ｍｇ層１１
を形成する。このようにして溶融状態の金属Ｍｇが連続
的に製造される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような金属Ｍｇの
電解製造では、その生産性を上げるために、電解槽２０
の電解室２１において金属Ｍｇの生成速度を高める必要
がある。この観点から、電解室２１内の陽極２４と陰極
２５の間に双極電極を配置することが提案されている。
双極電極とは、陽極２４と陰極２５の間に配置される導
電体であり、電解操業中に分極を生じ、その両側面に電
解反応場を形成することにより、電解反応速度を飛躍的
に高めることができる。

【０００７】しかしながら、双極電極の使用により電解
室２１でのＭｇ生成速度を高めても、実際のＭｇ収量
は、電解室２１でのＭｇ生成速度の向上から期待される
ほどには増大しない。即ち、現状のＭｇ電解製造装置で
は、双極電極を使用しても、その使用による効果を十分
に享受できないのである。以下に、その理由を説明す
る。

【０００８】Ｍｇ収量は通常、電流効率により評価され
る。電流効率とは、電流量より計算される理論Ｍｇ製造
量に対して実際に製造されるＭｇ量を表す。この電流効
率を高めるためには、電解槽２０の電解室２１において
金属Ｍｇの生成速度を高めることが必要であるが、その
一方では捕集室２２において金属Ｍｇの捕集効率を高め
ることも重要である。

【０００９】電解室２１において双極電極を使用する
と、なるほどＭｇ生成速度が向上し、Ｍｇ収量が増大す
るが、同時に塩素ガスの発生量も増加し、電解室２１で
の溶融浴塩の上昇流が速くなるために、捕集室２２での
下降流の流速が増大する。

【００１０】捕集室２２での下降流が速くなると、捕集
室２２でのＭｇ分離効率が悪化し、Ｍｇ捕集率が低下す
る。その結果、電解室２１に戻るＭｇ量が増加し、その
Ｍｇが塩素と再度反応してＭｇＣｌ₂を生成することに
より、電流効率が低下する。この電流効率の低下のた
め、実際のＭｇ収量は、Ｍｇ生成速度の向上から期待さ
れるほどには増大しない。

【００１１】電流効率の原因となる捕集室２２でのＭｇ
捕集率の低下は、Ｍｇ生成速度が高い効率的な双極電
極、例えばＰＣＴ／ＣＡ９５／００２２７によって提案
されているような、円柱状の陽極とその陽極を包囲する
円筒状の陰極との間に同心状に配置された複数、特に４
以上の円筒体を使用する場合に顕著となる。

【００１２】従って、双極電極の使用による効果を享受
するためには、捕集室２２でのＭｇ捕集率を高めること
が必要となる。

【００１３】本発明の目的は、捕集室でのＭｇ捕集率を
高めることができるＭｇ電解製造方法及び装置を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、捕集室での溶融浴
塩とＭｇ層の温度差を小さくすることができるＭｇ電解
製造方法及び装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、双極電極
を使用してＭｇの生成速度を高めた場合に問題となるＭ
ｇ捕集率の低下を回避するために、種々の調査解析を行
った。その結果、溶融浴塩の対流速度が速い場合に、捕
集室に流入してくる浴塩流を障害物に衝突させると、捕
集室でのＭｇ捕集率が効果的に向上する事実を突き止め
た。その理由は必ずしも明確ではないが、現時点では次
のように考えられる。

【００１５】浴塩流が障害物に衝突する際に、浴塩中に
微細に分散した溶融Ｍｇが合体し、Ｍｇ液胞の粒径が増
大することが関係していると考えられる。また、障害物
の表面に溶融Ｍｇが付着し、粒径が増大することも一つ
の理由と考えられる。更に、浴塩の流速が障害物との衝
突により減速されるため、速い流速による捕集率低下が
抑制されることも関係していると考えられる。

【００１６】いずれにしても、捕集室に流入してくる浴
塩流を障害物に衝突させることにより、捕集室でのＭｇ
捕集率が向上し、この効果は、浴塩の流速が速いほど顕
著となるのである。従って、双極電極の使用によりＭｇ
の生成速度を高めた場合に問題となるＭｇ捕集率の低下
が効果的に回避され、電流効率が向上する。

【００１７】本発明のＭｇ電解製造装置は、かかる知見
に基づいて開発されたものであって、陽極及び陰極を備
えた電解室に隔壁を介して捕集室を隣接させ、電解室で
溶融浴塩中のＭｇＣｌ₂を電気分解して金属Ｍｇを析出
させると共に、電解室内の溶融浴塩が捕集室に循環する
ように前記隔壁に浴塩流通口を上下２段に設けた電解槽
と、電解槽の電解室から上段の浴塩流通口を通って捕集
室に流入する溶融浴塩の少なくとも一部が衝突するよう
に、上段の浴塩流通口に対向して捕集室に設けられた浴
塩衝突部材とを具備している。

【００１８】本発明のＭｇ電解製造装置では、捕集室に
流入する溶融浴塩を、捕集室に設けられた浴塩衝突部材
に衝突させることにより、捕集室でのＭｇ捕集率が向上
する。その理由は上述した通りである。

【００１９】本発明のＭｇ電解製造装置では又、溶融浴
塩を浴塩衝突部材に衝突させると、その浴塩の流れの方
向が必然的に変わる。溶融浴塩を浴塩衝突部材に衝突さ
せるときに、その浴塩衝突部材を利用して浴塩流を上方
に偏向させると、溶融Ｍｇの捕集率が更に向上し、同時
に溶融浴塩とＭｇ層の温度差が小さくなることからも電
流効率が向上する。浴塩流を上方に偏向させることによ
り、溶融Ｍｇの捕集率が更に向上するのは、浴塩流が上
方へ偏向することにより、浴塩流が浴塩上に形成された
Ｍｇ層に当たり、浴塩中の溶融ＭｇがＭｇ層に吸収され
るためと考えられる。溶融浴塩とＭｇ層の温度差が小さ
くなることにより電流効率が向上するのは、以下のよう
な理由による。

【００２０】捕集室の溶融浴塩上に形成される溶融Ｍｇ
層は、これを回収する必要から、Ｍｇの融点以上の温度
に維持されなければならず、そのためには、溶融浴塩の
温度もＭｇの融点以上に維持する必要があり、溶融Ｍｇ
層の温度より高く設定されている。しかし、この浴塩温
度の上昇は電流効率の低下を招くために、その温度はで
きるだけ低くすることが要求される。このことは特開平
８−１７６８７９号公報に記載されている通りである。
つまり、溶融浴塩とＭｇ層の温度差は、できるだけ小さ
いことが電流効率の面から望まれるわけである。

【００２１】浴塩衝突部材を利用して浴塩流を上方に偏
向させると、浴塩流が浴塩上に形成されたＭｇ層に当た
り、溶融浴塩によるＭｇ層の加熱が促進されるため、溶
融浴塩の温度を下げてもＭｇ層の温度をＭｇの融点以上
に維持するこが可能となる。このため、溶融浴塩の維持
温度を定常的に下げることが可能となり、これにより溶
融浴塩とＭｇ層の温度差が小さくなって電流効率が向上
する。

【００２２】このような事情から、本発明のＭｇ電解製
造装置では、浴塩衝突部材は、当該部材に衝突する溶融
浴塩の少なくとも一部を上方へ偏向させる浴流偏向部材
を兼ねた構成とされる。

【００２３】浴塩衝突部材の具体的な形状は問わず、平
板、湾曲板、屈曲板等のいずれでもよいが、捕集室に流
入する溶融浴塩の多くを衝突させ、且つ衝突した溶融浴
塩の多くを上方へ偏向させることができる形状が、電流
効率を高める点から必要である。

【００２４】浴塩衝突部材の取り付け形態についても特
に限定しないが、通常は電解層内を電解室と捕集室に仕
切る隔壁を利用して取り付けるのが合理的であるが、捕
集室内に浴塩温度調節用の熱交換器や浴面レベル調節器
等の構造物が設置されている場合はこれを利用しても良
い。

【００２５】また、本発明のＭｇ電解製造方法は、陽極
及び陰極を備えた電解室に隔壁を介して捕集室を隣接さ
せ、電解室で溶融浴塩中のＭｇＣｌ₂を電気分解して金
属Ｍｇを析出させると共に、前記隔壁に上下２段に設け
た浴塩流通口を通して、電解室内の溶融浴塩を捕集室に
循環させるＭｇ電解製造方法において、前記電解室から
上段の浴塩流通口を通って捕集室に流入する溶融浴塩の
少なくとも一部を上方へ偏向させるものである。

【００２６】前述したとおり、電解室から上段の浴塩流
通口を通って捕集室に流入する溶融浴塩の少なくとも一
部を上方へ偏向させることにより、溶融Ｍｇの捕集率が
向上し、電流効率が向上する。また、溶融浴塩とＭｇ層
の温度差が小さくなることから、電流効率が向上する。

【００２７】電解室内の電極構造は、陽極と陰極の間に
双極電極を配置したものが好ましい。双極電極を併用す
ることにより電解室でのＭｇ生成速度が飛躍的に高まる
と共に、浴塩流の高速化による捕集室でのＭｇ捕集率の
低下が、浴塩衝突部材により効果的に回避され、電流効
率が向上することにより、Ｍｇ収量の大幅増大が可能に
なる。

【００２８】電極の具体的な構造としては、円柱状の陽
極とその陽極を包囲する円筒状の陰極との間に、円筒体
からなる１又は複数の双極電極を同心状に配置したもの
が、Ｍｇ生成速度及び電流効率の点から好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３０】図１は本発明の第１実施形態を示す。第１
実施形態のＭｇ電解製造装置は、溶融浴塩１０を収容す
る電解槽２０内を電解室２１と捕集室２２に仕切る隔壁
２３に、浴塩衝突部材３０を取り付けた点が、図４に示
した従来のＭｇ電解製造装置と相違する。他の構造は従
来のＭｇ電解製造装置と同じであるので、同じ部分に同
じ番号を付して詳しい説明を省略する。

【００３１】浴塩衝突部材３０は、ここでは垂直な平板
である。この平板は上段の浴塩流通口２６の捕集室２２
側に、浴塩流通口２６との間に若干の距離をあけて浴塩
流通口２６に正対するように支持されており、より具体
的には隔壁２３の捕集室２２側の表面に、複数本の棒状
の支持部材３１により取り付けられている。

【００３２】電気分解により生成した溶融Ｍｇを含む電
解室２１内の溶融浴塩１０は、上段の浴塩流通口２６か
ら捕集室２２内に流入し、溶融Ｍｇを分離して、下段の
浴塩流通口２７から電解室２１内に戻る。このとき、浴
塩流通口２６から捕集室２２内に流入した溶融浴塩１０
が浴塩衝突部材３０に衝突し、一部は上方に向きを変え
て浴塩衝突部材３０上の溶融Ｍｇ層１１に当たる。

【００３３】溶融浴塩１０が浴塩衝突部材３０に衝突す
ることにより、捕集室２２でのＭｇ捕集率が上がる。ま
た、溶融浴塩１０が上方へ向きを変えて溶融Ｍｇ層１１
に当たることにより、捕集室２２でのＭｇ捕集率が更に
上がり、同時に溶融浴塩１０の維持温度を低くして溶融
浴塩１０と溶融Ｍｇ層１１の温度差を小さくすることが
可能となる。これらのため、浴塩衝突部材３０を使用し
ない場合と比べて電流効率が上がる。

【００３４】上段の浴塩流通口２６から浴塩衝突部材３
０までの距離は、図１の場合は３００〜６００ｍｍが好
ましい。この距離が小さすぎると捕集室２２への溶融浴
塩１０の流入が困難となり、逆に大きすぎる場合は浴塩
衝突部材３０に到達するまでに溶融浴塩１０が拡散して
衝突による効果が低減する。

【００３５】図２は本発明の第２実施形態を示す。第２
実施形態のＭｇ電解製造装置は、浴塩衝突部材３０とし
て傾斜した平板を使用した点が、第１実施形態のＭｇ電
解製造装置と相違する。これ以外の構造は第１実施形態
のＭｇ電解製造装置と実質的に同一である。

【００３６】浴塩衝突部材３０を構成する傾斜板は、上
段の浴塩流通口２６の捕集室２２側に、捕集室２２側へ
約４５°の角度で傾斜して支持されており、より具体的
には、その下縁部が浴塩流通口２６の下側の隔壁縁部に
取り付けられている。

【００３７】この浴塩衝突部材３０によると、浴塩流通
口２６から捕集室２２内に流入する溶融浴塩１０のほぼ
全量が浴塩衝突部材３０に衝突し、且つ上方へ偏向する
ことにより、溶融Ｍｇ層１１に当たる溶融浴塩１０の量
が増加する。従って、電流効率は、第１実施形態のＭｇ
電解製造装置より更に向上する傾向となる。

【００３８】浴塩衝突部材３０を構成する傾斜板の垂直
線に対する傾斜角度は、６０°以下が好ましい。この傾
斜角度が多きすぎると、溶融浴塩１０の衝突及び偏向に
よる効果が十分に得られなくなる。傾斜角度が小さくな
ることは垂直板に近づくことを意味するので、大きな問
題ではないが、傾斜による効果を享受するためには４５
°以上が好ましい。

【００３９】図３は本発明の第３実施形態を示す。第３
実施形態のＭｇ電解製造装置は、浴塩衝突部材３０とし
て屈曲板を使用した点、及びその取り付けに、捕集室２
２内に設置されている熱交換器や浴面レベル調節器等の
構造物４０を利用した点が、第１実施形態及び第２実施
形態のＭｇ電解製造装置と相違する。他の構造は第１実
施形態及び第２実施形態のＭｇ電解製造装置と実質的に
同一である。

【００４０】屈曲板からなる浴塩衝突部材３０は、浴塩
流の制御性が良好であり、ここでは傾斜角度が異なる２
枚の傾斜板を組み合わせた構造になっている。なお、構
造物４０は上方から支柱４１により支持されて、捕集室
２２内の溶融浴塩１０中に浸漬されている。

【００４１】

【実施例】次に本発明の実施例を示し、従来例と比較す
ることにより、本発明の効果を明らかにする。

【００４２】平板型の陽極及び陰極を交互に配置した電
解層において、垂直板からなる浴塩衝突部材（図１）と
傾斜板からからなる浴塩衝突部材（図２）をそれぞれ用
いた。それぞれにおいて、陽極と陰極の各間に２枚の平
板型の双極電極を配置した。それぞれにおいて、陽極と
陰極の各間に４枚の平板型の双極電極を配置した。また
平板型電極を、円柱状の陽極の周囲に円筒状の陰極を設
け、この間に４つの円筒状の双極電極を配置した柱型の
ものに変更した。それぞれの場合の電流効率を、浴塩衝
突部材及び双極電極を使用しない場合を１００として表
１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１から分かるように、いずれの電極構造
の場合も、浴塩衝突部材を使用することにより電流効率
が上がる。これは、浴塩衝突部材の使用によりＭｇ捕集
率が上がるからである。浴塩衝突部材のなかでは、傾斜
板を使用する方が、より電流効率が上がる。これは衝突
後の浴塩流が効果的に上方へ偏向することにより、Ｍｇ
捕集率が更に上がり、且つ浴塩温度を下げることができ
たからである。ちなみに、浴塩とＭｇ層の温度差は、浴
塩衝突部材を使用しない場合は２〜３℃であるが、これ
を使用することにより１〜２℃まで下げることができ
る。

【００４５】浴塩衝突部材と双極電極の関係について
は、双極電極を使用することによりＭｇ収量は上がる
が、電流効率は低下し、その低下は双極数が多くなるほ
ど顕著になる。そして、浴塩衝突部材を使用しない場合
は、双極電極の増加に伴う電流効率の低下が特に顕著で
ある。これは双極電極の使用によりＭｇ生成速度が上が
る一方で、Ｍｇ捕集率が低下するからである。しかる
に、浴塩衝突部材を使用した場合は、双極電極の増加に
伴う電流効率の低下が抑制される。従って、Ｍｇ収量の
大幅アップが可能になる。

【００４６】特に、双極数が４の柱型電極は、双極数が
２の平板型電極と同等の高い電流効率を示す。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のＭｇ電解
製造方法は、電解室から捕集室に流入する溶融浴塩の少
なくとも一部を上方へ偏向させることにより、Ｍｇ捕集
率の向上を可能にする。また、浴塩とＭｇ層の温度差を
小さくすることができる。そして、これら両面から電流
効率のアップを可能にする。

【００４８】本発明のＭｇ電解製造装置は、電解室から
捕集室に流入する溶融浴塩を障害物に衝突させることに
より、捕集室でのＭｇ捕集率を高めることができるの
で、電流効率の向上を可能にする。

【００４９】特に、電極が高効率な場合に問題となる溶
融浴塩の流速増大によるＭｇ捕集率の低下を回避できる
ので、Ｍｇ収量の大幅なアップを可能にする。

【００５０】しかも、溶融浴塩の衝突に伴って浴流を上
方へ偏向させることにより、Ｍｇ捕集率を一層向上させ
ると共に、浴塩とＭｇ層の温度差を小さくできるので、
これら両面から電流効率の大幅なアップを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＭｇ電解製造装置
の概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係るＭｇ電解製造装置
の概略構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係るＭｇ電解製造装置
の概略構成図である。

【図４】従来のＭｇ電解製造装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０溶融浴塩１１金属Ｍｇ層２０電解層２１電解室２２捕集室２３隔壁２４陽極２５陰極２６，２７浴塩流通口３０浴塩衝突部材４０構造物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25C 1/00 - 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極及び陰極を備えた電解室に隔壁を介
して捕集室を隣接させ、電解室で溶融浴塩中のＭｇＣｌ
₂を電気分解して金属Ｍｇを析出させると共に、前記隔
壁に上下２段に設けた浴塩流通口を通して、電解室内の
溶融浴塩を捕集室に循環させるＭｇ電解製造方法におい
て、前記電解室から上段の浴塩流通口を通って捕集室に流入
する溶融浴塩の少なくとも一部を上方へ偏向させること
を特徴とするＭｇ電解製造方法。
【請求項２】陽極及び陰極を備えた電解室に隔壁を介
して捕集室を隣接させ、電解室で溶融浴塩中のＭｇＣｌ
₂を電気分解して金属Ｍｇを析出させると共に、電解室
内の溶融浴塩が捕集室に循環するように前記隔壁に浴塩
流通口を上下２段に設けた電解槽と、電解槽の電解室から上段の浴塩流通口を通って捕集室に
流入する溶融浴塩の少なくとも一部が衝突するように、
上段の浴塩流通口に対向して捕集室に設けられた浴塩衝
突部材とを具備しており、前記浴塩衝突部材は、当該部材に衝突する溶融浴塩の少
なくとも一部を上方へ偏向させる浴流偏向部材を兼ねる
ことを特徴とするＭｇ電解製造装置。