JP4190519B2 - Method and apparatus for producing metallic calcium by molten salt electrolysis - Google Patents

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  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

本発明は、金属塩化物からの金属の回収に関し、特に、溶融塩電解による金属の製造方法に関する。   The present invention relates to the recovery of metals from metal chlorides, and more particularly to a method for producing metals by molten salt electrolysis.

従来、単体の金属チタンは、四塩化チタンを溶融マグネシウムで還元してスポンジチタンを得るクロール法により製造されており、種々の改良の積み重ねにより製造コストの削減が図られてきた。しかしながら、クロール法は、一連の操作を非連続的に繰り返すバッチプロセスであるため、効率化にも限界があった。   Conventionally, single metal titanium has been produced by a crawl method in which titanium tetrachloride is reduced with molten magnesium to obtain sponge titanium, and production costs have been reduced by accumulating various improvements. However, since the crawl method is a batch process that repeats a series of operations discontinuously, there is a limit to the efficiency.

上記のような状況に対し、溶融塩中にて酸化チタンを金属カルシウムで還元して直接金属チタンを製造するという方法(例えば特許文献1、2参照)や、カルシウム等の金属または合金を含む還元剤を製造し、この還元剤から放出される電子によってチタン化合物を還元して金属チタンを得るEMR法(例えば、特許文献3参照)が開示されている。これらの方法では、電解反応で副生した酸化カルシウムを塩化カルシウムに溶解させた後、溶融塩電解することにより金属カルシウムを回収・再利用している。しかしながら、電解反応で生成した金属カルシウムは、液体状態のため塩化カルシウムに対する溶解度が高く、容易に溶解・散逸してしまい、収率が低下するという問題を有していた。   For the above situation, a method of directly producing titanium metal by reducing titanium oxide with metallic calcium in molten salt (for example, see Patent Documents 1 and 2), or a reduction including a metal or alloy such as calcium An EMR method (see, for example, Patent Document 3) is disclosed in which an agent is produced and a titanium compound is reduced by electrons emitted from the reducing agent to obtain titanium metal. In these methods, calcium oxide by-produced by the electrolytic reaction is dissolved in calcium chloride, and then metal calcium is recovered and reused by performing molten salt electrolysis. However, the metal calcium produced by the electrolytic reaction has a problem that it has a high solubility in calcium chloride because it is in a liquid state, easily dissolves and dissipates, and the yield decreases.

さらに、金属カルシウムよりも低い融点を持つ複合溶融塩を用い、固体状態で金属カルシウムを陰極に析出させる試みが開示されている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、この方法では、複合溶融塩を特別に準備することが必要であり、コストの増大という問題は解決されていない。   Furthermore, an attempt to deposit metallic calcium on a cathode in a solid state using a composite molten salt having a melting point lower than that of metallic calcium has been disclosed (for example, see Patent Document 4). However, this method requires special preparation of the composite molten salt, and the problem of increased cost has not been solved.

このように、従来の方法では、金属カルシウム等の活性金属を効率良く回収することが困難であったり、可能であってもコストが高いという問題を有していた。   As described above, the conventional method has a problem that it is difficult to efficiently recover an active metal such as metallic calcium, or the cost is high even if it is possible.

WO99/064638号WO99 / 064638 特開2003−129268号公報JP 2003-129268 A 特開2003−306725号公報JP 2003-306725 A US3226311号US3226311

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、例えば金属チタンの酸化物あるいは塩化物を還元するために用いる金属を効率よく回収することができるのはもちろんのこと、安価な方法で実施することができる溶融塩電解による金属の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and for example, the metal used for reducing oxides or chlorides of titanium metal can be efficiently recovered, and is implemented by an inexpensive method. It aims at providing the manufacturing method of the metal by molten salt electrolysis which can be performed.

本発明の溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法は、陽極および陰極を備えた電解槽に塩化カルシウムを含む溶融塩を満たして行う溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法であって、 陰極は、金属カルシウムと、錫、亜鉛または鉛との溶融合金からなり、析出した金属カルシウムを溶融合金に溶解させ、この溶融合金を溶出槽に移送して、この溶出槽にあらかじめ備えられた塩化カルシウムと接触させて溶融合金中の金属カルシウム塩化カルシウム中に溶出させて回収することを特徴としている。
The method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis according to the present invention is a method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis performed by filling an electrolytic cell equipped with an anode and a cathode with a molten salt containing calcium chloride , wherein the cathode is a metal It consists of a molten alloy of calcium and tin, zinc or lead . The precipitated metallic calcium is dissolved in the molten alloy, and this molten alloy is transferred to the elution tank and brought into contact with the calcium chloride provided in the elution tank. The metallic calcium in the molten alloy is eluted and recovered in calcium chloride .

また、本発明の溶融塩電解による金属カルシウムの製造装置は、塩化カルシウムを含む溶融塩を満たし陰極、陽極および複数のバイポーラ極を鉛直方向に浸漬配置した電解槽と、この電解槽で生成された金属カルシウムを回収する溶出槽とを備えた溶融塩電解による金属カルシウムの製造装置であって、陰極は、金属カルシウムと、錫、亜鉛または鉛との溶融合金からなり、バイポーラ極は、溶融合金と、溶融合金の支持部と、溶融合金の支持量が所定量を超えた際に溶融合金を直下の極へ落下させるオーバーフロー管から構成され、溶融合金は、溶出槽に移送され、この溶出槽にあらかじめ満たされた塩化カルシウムと接触させて溶融合金中の金属カルシウム塩化カルシウム中に溶出させて回収することを特徴としている。 The apparatus for producing metallic calcium by molten salt electrolysis according to the present invention is an electrolytic cell filled with a molten salt containing calcium chloride, in which a cathode, an anode, and a plurality of bipolar electrodes are immersed in a vertical direction, and the electrolytic cell produced in this electrolytic cell. An apparatus for producing metallic calcium by molten salt electrolysis comprising an elution tank for collecting metallic calcium , wherein the cathode is made of a molten alloy of metallic calcium and tin, zinc or lead, and the bipolar electrode is made of a molten alloy The molten alloy is composed of a supporting portion of the molten alloy and an overflow pipe for dropping the molten alloy to the pole immediately below when the supported amount of the molten alloy exceeds a predetermined amount, and the molten alloy is transferred to the elution tank, It is characterized in that it is brought into contact with pre-filled calcium chloride and the metallic calcium in the molten alloy is eluted and recovered in the calcium chloride .

本発明によれば、溶融合金からなる陰極表面に析出した金属が、直ちにこの溶融合金中に溶解して合金を形成するので、析出した金属の電解浴への溶解を抑制することができる。したがって、金属を低コストで効率良く回収することができる。   According to the present invention, the metal deposited on the surface of the cathode made of a molten alloy is immediately dissolved in the molten alloy to form an alloy, so that dissolution of the deposited metal in the electrolytic bath can be suppressed. Therefore, the metal can be efficiently recovered at a low cost.

本発明の実施形態について図面を用いて以下に説明する。以下、金属が金属カルシウム、金属塩化物が塩化カルシウムである場合を例に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Hereinafter, a case where the metal is calcium metal and the metal chloride is calcium chloride will be described as an example.

図1〜図4は、本発明を実施するための好適な装置構成例を表している。図1は本発明の第1の実施態様を表す模式断面図である。符号1は電解槽であり、その内部には塩化カルシウム(融点780℃)からなる電解浴2が満たされており、図示しない加熱手段によって塩化カルシウムの融点以上に加熱され、溶融状態に保たれている。符号3は陽極である。符号4は、塩化カルシウムより高い密度を有し、塩化カルシウムより低い融点を有し、かつ金属カルシウムに対して溶解度を有する合金からなる陰極である。陰極4は融点が塩化カルシウムより低いので溶融状態となっており、また、密度が塩化カルシウムより高いので電解槽1底部に沈降している。また、符号6は、金属カルシウムを回収するための溶出槽、符号7は、塩化カルシウム浴であり、図示しない加熱手段によって溶融状態となっている。   1 to 4 show a preferred apparatus configuration example for carrying out the present invention. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes an electrolytic cell, which is filled with an electrolytic bath 2 made of calcium chloride (melting point 780 ° C.) and heated to a melting point or higher by a heating means (not shown) and kept in a molten state. Yes. Reference numeral 3 denotes an anode. Reference numeral 4 denotes a cathode made of an alloy having a higher density than calcium chloride, a melting point lower than that of calcium chloride, and a solubility in metallic calcium. Since the melting point of the cathode 4 is lower than that of calcium chloride, the cathode 4 is in a molten state, and since the density is higher than that of calcium chloride, the cathode 4 settles at the bottom of the electrolytic cell 1. Reference numeral 6 is an elution tank for recovering metallic calcium, and reference numeral 7 is a calcium chloride bath, which is in a molten state by a heating means (not shown).

陽極3と陰極4を図示しない直流電源に接続して電解を開始すると、陰極4の表面には、溶融状態の金属カルシウムが析出する。金属カルシウムは、陰極4を構成する溶融合金に対して溶解度を有しているので、析出後、直ちに陰極4に溶け込んで合金を生成する。一方、陽極3には塩素ガス8が発生するが、この塩素ガス8は、別途回収してチタン鉱石の塩素化反応に再利用することができる。あるいは、その他の用途に利用しても良い。   When the anode 3 and the cathode 4 are connected to a DC power source (not shown) and electrolysis is started, molten metallic calcium is deposited on the surface of the cathode 4. Since calcium metal has a solubility in the molten alloy constituting the cathode 4, it immediately dissolves into the cathode 4 after the precipitation to form an alloy. On the other hand, chlorine gas 8 is generated at the anode 3, and this chlorine gas 8 can be separately collected and reused for the chlorination reaction of titanium ore. Or you may utilize for another use.

所定の時間電解反応を行った後、陰極4は電解槽1から取り出され、符号9に示すように、溶出槽6へ移送される。金属カルシウムは、塩化カルシウム浴7に対しても溶解度を有しているので、陰極4中の金属カルシウムは、溶出槽6を沈降しながら塩化カルシウム浴7に溶出し、金属カルシウムが濃化される。金属カルシウムが濃化された塩化カルシウムは、符号10に示すように、例えば酸化チタンまたは塩化チタンの還元反応工程へ供給して利用することができる。   After performing the electrolytic reaction for a predetermined time, the cathode 4 is taken out from the electrolytic cell 1 and transferred to the elution tank 6 as indicated by reference numeral 9. Since metallic calcium has solubility in the calcium chloride bath 7, the metallic calcium in the cathode 4 is eluted into the calcium chloride bath 7 while being settled in the elution tank 6, and the metallic calcium is concentrated. . Calcium chloride enriched with metallic calcium can be used by supplying it to a reduction reaction step of titanium oxide or titanium chloride, for example, as indicated by reference numeral 10.

金属カルシウムを塩化カルシウム浴7に対して溶出させた後の陰極4は、符号11に示すように、再び回収されて電解槽1へ供給される。また、酸化チタンまたは塩化チタンの還元工程へ供給された金属カルシウムは、酸化チタンまたは塩化チタンとの反応で塩化カルシウムとなり、符号12に示す経路で再び電解槽1および溶出槽6に戻される。電解槽1および溶出槽6に戻される塩化カルシウムの比率は適宜調整され、両槽の液面を一定のレベルに保つことが出来る。以上の工程を繰り返すことによって、連続的に金属カルシウムを回収することができる。   The cathode 4 after the metal calcium is eluted with respect to the calcium chloride bath 7 is recovered again and supplied to the electrolytic cell 1 as indicated by reference numeral 11. Further, the calcium metal supplied to the titanium oxide or titanium chloride reduction step is converted into calcium chloride by the reaction with titanium oxide or titanium chloride, and is returned to the electrolytic cell 1 and the elution cell 6 again through the path indicated by reference numeral 12. The ratio of calcium chloride returned to the electrolysis tank 1 and the elution tank 6 is adjusted as appropriate, so that the liquid level in both tanks can be kept at a constant level. By repeating the above steps, metallic calcium can be continuously recovered.

陽極3の材料としては、導電性を有し、かつ電解浴に溶解せず、また高温の塩素ガスに耐えるものであることが要求される。このような材質としてはカーボンが好ましい。また、陽極の構造としては、電解浴2に浸漬配置され、水平方向に延びた形状であることが好ましい。このような構造とすることで、電解槽1の底部に配置した陰極4と対向する面積を広く確保でき、効率良く反応を進行させることができる。さらに、陽極3の電解浴面から露出している部分を導電性セラミックでコーティングしておくことで、陽極3の酸化損耗を抑制することができる。このような導電性セラミックとしては、アルミナペーストが好ましい。   The material of the anode 3 is required to be conductive and not to dissolve in the electrolytic bath and to withstand high-temperature chlorine gas. Such a material is preferably carbon. Moreover, as a structure of an anode, it is preferable that the anode is immersed in the electrolytic bath 2 and extends in the horizontal direction. By setting it as such a structure, the area facing the cathode 4 arrange | positioned at the bottom part of the electrolytic cell 1 can be ensured widely, and reaction can be advanced efficiently. Furthermore, by coating the portion exposed from the electrolytic bath surface of the anode 3 with a conductive ceramic, oxidation wear of the anode 3 can be suppressed. As such a conductive ceramic, an alumina paste is preferable.

陰極4は、電解反応で生成する金属カルシウムに対して溶解度を有する合金で構成することが要求される。このような合金を陰極に使用することで、陰極で生成する金属カルシウムをこの合金に瞬時に取り込むことができるので、金属カルシウムの電解浴2中への溶解を抑制し、効率良く金属カルシウムを回収することができる。   The cathode 4 is required to be composed of an alloy having solubility with respect to metallic calcium generated by the electrolytic reaction. By using such an alloy for the cathode, metallic calcium produced at the cathode can be instantaneously taken into this alloy, so that dissolution of metallic calcium into the electrolytic bath 2 is suppressed and metallic calcium is efficiently recovered. can do.

陰極4の設置箇所は特に限定されないが、電解槽1の底部に配置することが好ましく、陰極4を電解浴2よりも密度の大きいカルシウム合金で構成することで達成される。塩素ガスは、発生した後に電解浴上方へ浮上するので、陰極4を電解槽底部に配置することで、塩素ガスの発生および滞留箇所への金属カルシウムの拡散が抑制できることから、逆反応を抑制できて好ましい。また、陰極を浴面あるいは浴中に配置する方法に比べて隔壁が不要であり、不純物の混入を回避することもできる。   Although the installation location of the cathode 4 is not particularly limited, it is preferably disposed at the bottom of the electrolytic cell 1 and can be achieved by configuring the cathode 4 with a calcium alloy having a density higher than that of the electrolytic bath 2. Chlorine gas floats upward from the electrolytic bath after it is generated. Therefore, by disposing the cathode 4 at the bottom of the electrolytic cell, generation of chlorine gas and diffusion of metallic calcium to the residence location can be suppressed, so that the reverse reaction can be suppressed. It is preferable. Further, as compared with a method in which the cathode is disposed on the bath surface or in the bath, a partition wall is unnecessary, and contamination of impurities can be avoided.

これらの条件を満たす合金としては、Ca−Zn、Ca−Pb、あるいはCa−Sn合金が好適である。さらに、これらの合金は塩化カルシウムより融点が低いので、塩化カルシウムが溶融する温度範囲にあれば、これらの合金も溶融状態に維持することができ、好ましい。   As an alloy satisfying these conditions, a Ca—Zn, Ca—Pb, or Ca—Sn alloy is preferable. Furthermore, since these alloys have a melting point lower than that of calcium chloride, these alloys can be maintained in a molten state as long as they are within a temperature range in which calcium chloride is melted.

電解浴は、800〜900℃の温度範囲に保持することが好ましい。このような温度範囲に維持することで電解浴とカルシウム合金を溶融状態に維持することができる。   The electrolytic bath is preferably maintained in a temperature range of 800 to 900 ° C. By maintaining in such a temperature range, the electrolytic bath and the calcium alloy can be maintained in a molten state.

電解浴としては、塩化カルシウムに、これ以外の塩化物を加えた溶融塩を適宜複合して用いることもできる。   As the electrolytic bath, a molten salt obtained by adding other chlorides to calcium chloride may be used in combination as appropriate.

金属がカルシウム、電解浴が塩化カルシウムの場合の他、他の金属に本発明の方法を適用することもできる。その場合は、電解槽で生成する金属と、電解浴に用いる溶融塩の金属は共通とすることが好ましい。   In addition to the case where the metal is calcium and the electrolytic bath is calcium chloride, the method of the present invention can be applied to other metals. In that case, it is preferable that the metal generated in the electrolytic cell and the metal of the molten salt used in the electrolytic bath are common.

溶出槽内の塩化カルシウム浴の温度は、電解槽内の電解浴の温度よりも高温に保つことがこのましい。溶融合金中の金属カルシウムをより効率よく溶出させることができるからである。具体的には、電解槽の温度よりも100〜200℃高温に設定することが好ましい。この範囲を超えて加温すると、蒸発によるロスが生じ、好ましくない。   The temperature of the calcium chloride bath in the elution tank is preferably kept higher than the temperature of the electrolytic bath in the electrolytic tank. This is because metallic calcium in the molten alloy can be eluted more efficiently. Specifically, it is preferable to set the temperature 100 to 200 ° C. higher than the temperature of the electrolytic cell. Heating beyond this range is not preferable because loss due to evaporation occurs.

図2は、本発明の他の実施態様における溶出槽の例を表す模式断面図である。符号9は、電解槽から供給される陰極を構成する溶融合金の流れを表している。図に示すように、陰極4を構成する溶融合金は、複数のノズル等を介して供給されることが好ましい。このような構成とすることで、塩化カルシウム浴7と溶融合金の接触面積を増加させることができるので、金属カルシウムをより効率良く塩化カルシウム浴7中に溶出させることができる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an elution tank in another embodiment of the present invention. The code | symbol 9 represents the flow of the molten alloy which comprises the cathode supplied from an electrolytic cell. As shown in the figure, the molten alloy constituting the cathode 4 is preferably supplied through a plurality of nozzles and the like. By setting it as such a structure, since the contact area of the calcium chloride bath 7 and a molten alloy can be increased, metallic calcium can be eluted in the calcium chloride bath 7 more efficiently.

図3は、本発明の他の実施態様における溶出槽の例を表す模式断面図である。電解槽から抜き出された溶融合金は、符号9に示す供給管等の手段によって溶出槽6の一端に供給され、溶出槽6を沈降しながら溶出槽6の他端に移動し、符号11に示す抜出管等の手段によって電解槽1へ戻される。一方、酸化チタンまたは塩化チタンの還元工程で副生した塩化カルシウムの一部は、符号12に示す供給管等の手段によって溶出槽6の端部に供給され、溶出槽6上部を溶融合金と逆方向に移動し、溶出槽6の他端から符号10に示す抜出管等の手段によって酸化チタンまたは塩化チタンの還元工程へ供給される。このように、溶融合金と金属塩化物を向流接触させることで溶融合金中の金属カルシウムを効率良く塩化カルシウム浴中に溶出させることができる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an elution tank in another embodiment of the present invention. The molten alloy extracted from the electrolytic tank is supplied to one end of the elution tank 6 by means such as a supply pipe indicated by reference numeral 9 and moves to the other end of the elution tank 6 while sinking the elution tank 6. It returns to the electrolytic cell 1 by means, such as the extraction tube shown. On the other hand, a part of calcium chloride by-produced in the reduction process of titanium oxide or titanium chloride is supplied to the end of the elution tank 6 by means such as a supply pipe indicated by reference numeral 12, and the upper part of the elution tank 6 is opposite to the molten alloy. It moves to the direction and is supplied to the reduction process of titanium oxide or titanium chloride from the other end of the elution tank 6 by means such as an extraction pipe indicated by reference numeral 10. Thus, the metallic calcium in the molten alloy can be efficiently eluted into the calcium chloride bath by bringing the molten alloy and the metal chloride into countercurrent contact.

図4は、本発明の他の実施態様を表す模式断面図である。符号1は電解槽であり、その内部には塩化カルシウムからなる電解浴2が満たされており、図示しない加熱手段によって塩化カルシウムの融点以上に加熱され、溶融状態に保たれている。符号3は陽極である。符号4は、塩化カルシウムより高い密度を有し、塩化カルシウムより低い融点を有し、かつ金属カルシウムに対して溶解度を有する合金からなる陰極である。陰極4は融点が塩化カルシウムより低いので溶融状態となっており、また、密度が塩化カルシウムより高いので電解槽1底部に沈降している。符号4a〜4cは、上記の溶融合金からなるバイポーラ極である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes an electrolytic cell, which is filled with an electrolytic bath 2 made of calcium chloride, and is heated to a melting point of calcium chloride or more by a heating means (not shown) and kept in a molten state. Reference numeral 3 denotes an anode. Reference numeral 4 denotes a cathode made of an alloy having a higher density than calcium chloride, a melting point lower than that of calcium chloride, and a solubility in metallic calcium. Since the melting point of the cathode 4 is lower than that of calcium chloride, the cathode 4 is in a molten state, and since the density is higher than that of calcium chloride, the cathode 4 settles at the bottom of the electrolytic cell 1. Reference numerals 4a to 4c are bipolar electrodes made of the above molten alloy.

ここで、バイポーラ極とは、金属塩の電気分解において、陽極および陰極間に設置する中間極であって、電気分解に要する電圧をV[V]とし、バイポーラ極の設置数をn個とした場合に、(n+1)V[V]以上の電圧を陽極および陰極間に印加することによって、陽極および陰極のみならず、陽極、各バイポーラ極、および陰極で区切られる各領域において電気分解を生じさせることができる。図1においては、3個のバイポーラ極が設置されているので、陽極3〜バイポーラ極4a間、バイポーラ極4a〜バイポーラ極4b間、バイポーラ極4b〜バイポーラ極4c間、およびバイポーラ極4c〜陰極4間の4つの領域でそれぞれ金属カルシウムの析出および塩素ガスの生成が起こる。   Here, the bipolar electrode is an intermediate electrode installed between the anode and the cathode in the electrolysis of the metal salt, the voltage required for the electrolysis is V [V], and the number of bipolar electrodes installed is n. In some cases, by applying a voltage of (n + 1) V [V] or more between the anode and the cathode, electrolysis is caused not only in the anode and the cathode but also in each region delimited by the anode, each bipolar electrode, and the cathode. be able to. In FIG. 1, since three bipolar poles are installed, between the anode 3 and the bipolar pole 4a, between the bipolar pole 4a and the bipolar pole 4b, between the bipolar pole 4b and the bipolar pole 4c, and between the bipolar pole 4c and the cathode 4 In the four regions in between, precipitation of metallic calcium and generation of chlorine gas occur, respectively.

バイポーラ極4a〜4cは、符号5a〜5cに示す皿型のバイポーラ極支持部によって支持されている。バイポーラ極支持部5a〜5cは、図示しない絶縁体からなる固定手段によって電解槽1中に固定されている。また、バイポーラ極支持部5a〜5cのそれぞれには、溶融合金を排出するためのオーバーフロー管5d〜5fが設けられている。バイポーラ極4a〜4cの溶融合金が増加して液面がある高さ以上に達した時、溶融合金を直下のバイポーラ極支持部(または陰極4)に対して排出、沈降させ、バイポーラ極4a〜4cの溶融合金量を一定に保つ。これらオーバーフロー管5d〜5fは、図4に示すように互い違いに設置することが好ましい。このように配置することで、上段から排出された溶融合金が下段に排出されるまでの滞留時間を確保でき、効率良く金属カルシウムを回収できるからである。符号6は、金属カルシウムを回収するための溶出槽、符号7は、塩化カルシウム浴であり、図示しない加熱手段によって溶融状態となっている。   The bipolar poles 4a to 4c are supported by dish-shaped bipolar pole support portions indicated by reference numerals 5a to 5c. The bipolar electrode support portions 5a to 5c are fixed in the electrolytic cell 1 by fixing means made of an insulator (not shown). Further, each of the bipolar electrode support portions 5a to 5c is provided with overflow pipes 5d to 5f for discharging the molten alloy. When the molten alloy of the bipolar electrodes 4a to 4c increases and the liquid level reaches a certain height or higher, the molten alloy is discharged and settled to the bipolar electrode support (or the cathode 4) directly below, so that the bipolar electrodes 4a to 4c The amount of molten alloy 4c is kept constant. These overflow pipes 5d to 5f are preferably installed alternately as shown in FIG. By arranging in this way, the residence time until the molten alloy discharged from the upper stage is discharged to the lower stage can be secured, and metallic calcium can be efficiently recovered. Reference numeral 6 is an elution tank for recovering metallic calcium, and reference numeral 7 is a calcium chloride bath, which is in a molten state by a heating means (not shown).

陽極3と陰極4を図示しない直流電源に接続して電解を開始すると、各バイポーラ極4a〜4cは、上面が陰極、下面が陽極として分極するので、陽極3、バイポーラ極4a、バイポーラ極4b、およびバイポーラ極4cの下面に塩素ガス8が発生するとともに、バイポーラ極4a、バイポーラ極4b、バイポーラ極4c、および陰極4の上面に溶融状態の金属カルシウムが析出する。各バイポーラ極の下面に発生した塩素ガス8は、浴面へ浮上し、陽極3から発生した塩素ガス8と共に回収される。この時、バイポーラ極支持部5a〜5cは、底面が水平でなく端部へ向かって傾斜していると、塩素ガスを滞留させることなく浴面上に排出できるので好ましい。一方、各極に析出した金属カルシウムは、陰極4および各バイポーラ極を構成する溶融合金に対して溶解度を有しているので、析出後、直ちに溶け込んで合金を生成する。   When the anode 3 and the cathode 4 are connected to a DC power source (not shown) and electrolysis is started, the bipolar electrodes 4a to 4c are polarized with the upper surface serving as a cathode and the lower surface serving as an anode. Further, chlorine gas 8 is generated on the lower surface of the bipolar electrode 4c, and molten metallic calcium is deposited on the upper surfaces of the bipolar electrode 4a, the bipolar electrode 4b, the bipolar electrode 4c, and the cathode 4. Chlorine gas 8 generated on the lower surface of each bipolar electrode floats to the bath surface and is collected together with chlorine gas 8 generated from the anode 3. At this time, if the bottom surfaces of the bipolar electrode support portions 5a to 5c are not horizontal but are inclined toward the end, it is preferable because chlorine gas can be discharged onto the bath surface without stagnation. On the other hand, the metal calcium deposited on each electrode has a solubility in the molten alloy constituting the cathode 4 and each bipolar electrode, so that it dissolves immediately after the deposition to produce an alloy.

上記の反応の進行と共に、各バイポーラ極に金属カルシウムが溶け込むので、各バイポーラ極の溶融合金が増加していく。バイポーラ極4aにおいて、ある一定の液面以上に増加した溶融合金は、オーバーフロー管5dによって直下のバイポーラ極4bに供給される。バイポーラ極4bにおいても同様に、溶け込んだ金属カルシウムおよびバイポーラ極4aからの供給によって溶融合金が増加し、増加した溶融合金はオーバーフロー管5eによって直下のバイポーラ極4cに供給される。同様に、バイポーラ極4cから陰極4に対して、溶融合金の供給が行われる。   As the above reaction proceeds, metallic calcium dissolves in each bipolar electrode, so the number of molten alloys in each bipolar electrode increases. In the bipolar electrode 4a, the molten alloy that has increased beyond a certain liquid level is supplied to the bipolar electrode 4b directly below by the overflow pipe 5d. Similarly, in the bipolar electrode 4b, the molten alloy is increased by the molten metal calcium and the supply from the bipolar electrode 4a, and the increased molten alloy is supplied to the bipolar electrode 4c directly below by the overflow pipe 5e. Similarly, the molten alloy is supplied from the bipolar electrode 4 c to the cathode 4.

各バイポーラ極4a〜4cにおいて増加した溶融合金は、析出する金属カルシウムを取り込みながら順次下方へ供給されていくので、下へ行くほど金属カルシウムの含有量が多くなっており、陰極4で含有量は最大となっている。   The molten alloy increased in each bipolar electrode 4a to 4c is sequentially supplied downward while taking in the precipitated metallic calcium, so the content of metallic calcium increases as it goes down, and the content at the cathode 4 is It has become the maximum.

所定の時間電解反応を行った後、陰極4は電解槽1から取り出され、符号9に示すように、溶出槽6へ移送される。金属カルシウムは、塩化カルシウム浴7に対しても溶解度を有しているので、陰極4中の金属カルシウムは、溶出槽6を沈降しながら塩化カルシウム浴7に溶出し、金属カルシウムが濃化される。金属カルシウムが濃化された塩化カルシウムは、符号10に示すように、例えば酸化チタンまたは塩化チタンの還元反応工程へ供給して利用することができる。   After performing the electrolytic reaction for a predetermined time, the cathode 4 is taken out from the electrolytic cell 1 and transferred to the elution tank 6 as indicated by reference numeral 9. Since metallic calcium has solubility in the calcium chloride bath 7, the metallic calcium in the cathode 4 is eluted into the calcium chloride bath 7 while being settled in the elution tank 6, and the metallic calcium is concentrated. . Calcium chloride enriched with metallic calcium can be used by supplying it to a reduction reaction step of titanium oxide or titanium chloride, for example, as indicated by reference numeral 10.

金属カルシウムを塩化カルシウム浴7に対して溶出させた後の陰極4は、符号11に示すように、再び回収されて電解槽1のバイポーラ極4aの溶融合金として供給される。バイポーラ極4aに溶融合金を供給する際は、図4に示すようにオーバーフロー管5dと互い違いに設置することが好ましい。このように配置することで、供給された溶融合金が次のバイポーラ極4bに排出されるまでの滞留時間を確保でき、効率良く金属カルシウムを回収できるからである。   The cathode 4 after the metallic calcium is eluted with respect to the calcium chloride bath 7 is recovered again and supplied as a molten alloy of the bipolar electrode 4 a of the electrolytic cell 1 as indicated by reference numeral 11. When supplying the molten alloy to the bipolar electrode 4a, it is preferable to install it alternately with the overflow pipe 5d as shown in FIG. By arranging in this way, the residence time until the supplied molten alloy is discharged to the next bipolar electrode 4b can be secured, and metallic calcium can be efficiently recovered.

酸化チタンまたは塩化チタンの還元工程へ供給された金属カルシウムは、酸化チタンまたは塩化チタンとの反応で塩化カルシウムとなり、符号12に示す経路で再び電解槽1および溶出槽6に戻される。電解槽1および溶出槽6に戻される塩化カルシウムの比率は適宜調整され、両槽の液面を一定のレベルに保つことが出来る。以上の工程を繰り返すことによって、連続的に金属カルシウムを回収することができる。   The calcium metal supplied to the titanium oxide or titanium chloride reduction step is converted into calcium chloride by the reaction with titanium oxide or titanium chloride, and is returned to the electrolytic cell 1 and the elution cell 6 again by the path indicated by reference numeral 12. The ratio of calcium chloride returned to the electrolysis tank 1 and the elution tank 6 is adjusted as appropriate, so that the liquid level in both tanks can be kept at a constant level. By repeating the above steps, metallic calcium can be continuously recovered.

[実施例1]
図1に示した電解槽および溶出槽に溶融塩化カルシウムを満たし、陽極としてカーボンを、陰極の溶融合金としてCa−Zn合金を用いて溶融塩電解を行った。電解槽および溶出槽としてステンレス製容器を用い、内面を耐火物でライニングして高温の溶融塩化カルシウムに耐えるように構成した。電解槽の温度は700℃、溶出槽の温度は800℃とした。
[Example 1]
The electrolytic cell and elution cell shown in FIG. 1 were filled with molten calcium chloride, and molten salt electrolysis was performed using carbon as the anode and Ca—Zn alloy as the molten alloy of the cathode. Stainless steel containers were used as the electrolytic and elution tanks, and the inner surface was lined with a refractory material so as to withstand high-temperature molten calcium chloride. The temperature of the electrolytic bath was 700 ° C., and the temperature of the elution bath was 800 ° C.

上記条件下で陽極および陰極に4.5Vの電圧を印加し、塩化カルシウムの溶融塩電解を行ったところ、理論通電量から計算される金属カルシウム収量に対して75%の金属カルシウムを溶出槽に回収することができた。   Under the above conditions, a voltage of 4.5 V was applied to the anode and the cathode, and molten salt electrolysis of calcium chloride was performed. As a result, 75% of the metal calcium was calculated in the elution tank with respect to the metal calcium yield calculated from the theoretical amount of electricity. It was possible to recover.

[実施例2]
図3に示した溶出槽を用いた以外は実施例1と同じ条件下で塩化カルシウムの溶融塩電解を行ったところ、溶出槽に供給された溶融合金中の金属カルシウムが塩化カルシウム浴に溶出した量は、実施例1と比較して20%改善された。
[Example 2]
When molten salt electrolysis of calcium chloride was performed under the same conditions as in Example 1 except that the elution tank shown in FIG. 3 was used, metallic calcium in the molten alloy supplied to the elution tank was eluted into the calcium chloride bath. The amount was improved by 20% compared to Example 1.

[実施例3]
図4に示したバイポーラ電極を備えた電解槽を用いて、塩化カルシウムを合金の形で回収した。回収されたカルシウム合金を図1に示した溶出槽に移動して合金中の金属カルシウムを塩化カルシウム浴中に放出したところ、実施例2と比較して約2倍の生産性を確保することができた。
[Example 3]
Using the electrolytic cell equipped with the bipolar electrode shown in FIG. 4, calcium chloride was recovered in the form of an alloy. When the recovered calcium alloy is moved to the elution tank shown in FIG. 1 and the metallic calcium in the alloy is released into the calcium chloride bath, it is possible to secure about twice the productivity as compared with Example 2. did it.

金属チタンの酸化物あるいは塩化物を還元するために用いる金属を高効率で、かつ安価な方法で回収することができる。   The metal used for reducing the oxide or chloride of titanium metal can be recovered by a highly efficient and inexpensive method.

本発明の実施態様の溶融塩電解による金属の製造方法における電解槽および溶出槽を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the electrolytic cell and the elution tank in the manufacturing method of the metal by molten salt electrolysis of the embodiment of this invention. 本発明の実施態様の溶融塩電解による金属の製造方法における他の溶出槽の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the example of the other elution tank in the manufacturing method of the metal by molten salt electrolysis of the embodiment of this invention. 本発明の実施態様の溶融塩電解による金属の製造方法における他の溶出槽の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the example of the other elution tank in the manufacturing method of the metal by molten salt electrolysis of the embodiment of this invention. 本発明の他の実施態様における溶融塩電解による金属の製造方法を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the manufacturing method of the metal by molten salt electrolysis in the other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電解槽
2 電解浴
3 陽極
4 陰極(溶融合金陰極)
4a〜4c 溶融合金(バイポーラ極)
5a〜5b バイポーラ極支持部
5d〜5f オーバーフロー管
6 溶出槽
7 塩化カルシウム浴
8 塩素ガス
9 溶融合金供給経路
10 金属カルシウム供給経路
11 溶融合金供給経路
12 塩化カルシウム供給経路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolysis tank 2 Electrolytic bath 3 Anode 4 Cathode (molten alloy cathode)
4a-4c Molten alloy (bipolar electrode)
5a to 5b Bipolar electrode support parts 5d to 5f Overflow pipe 6 Elution tank 7 Calcium chloride bath 8 Chlorine gas 9 Molten alloy supply path 10 Metal calcium supply path 11 Molten alloy supply path 12 Calcium chloride supply path

Claims (9)

陽極および陰極を備えた電解槽に塩化カルシウムを含む溶融塩を満たして行う溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法であって、
上記陰極は、金属カルシウムと、錫、亜鉛または鉛との溶融合金からなり、析出した上記金属カルシウムを上記溶融合金に溶解させ、この溶融合金を溶出槽に移送して、この溶出槽にあらかじめ備えられた塩化カルシウムと接触させて上記溶融合金中の上記金属カルシウムを上記塩化カルシウム中に溶出させて回収することを特徴とする溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法。
A method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis performed by filling an electrolytic cell equipped with an anode and a cathode with a molten salt containing calcium chloride ,
The cathode is made of a molten alloy of metallic calcium and tin, zinc, or lead . The precipitated metallic calcium is dissolved in the molten alloy, and the molten alloy is transferred to an elution tank, and is prepared in advance in the elution tank. method for producing a metal calcium by molten salt electrolysis, characterized in that was in contact with the calcium chloride is recovered the metal calcium in the molten alloy is eluted into the calcium chloride.
前記陰極を前記電解槽底部に設けることを特徴とする請求項1に記載の溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法。 The method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis according to claim 1, wherein the cathode is provided at the bottom of the electrolytic cell. 前記溶出槽の温度を前記電解槽よりも高温に保持することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法。 The method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the elution tank is maintained at a temperature higher than that of the electrolytic tank. 前記陽極と前記陰極との間に、前記溶融合金を保持してなるバイポーラ極を少なくとも一つ設けることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法。 The method for producing metallic calcium by molten salt electrolysis according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one bipolar electrode configured to hold the molten alloy is provided between the anode and the cathode. . 前記少なくとも1つのバイポーラ極は、それぞれオーバーフロー管を備え、Each of the at least one bipolar pole comprises an overflow tube;
溶融塩電解の進行に伴って増量する前記溶融合金は、上記オーバーフロー管を介して、直下に設けられたバイポーラ極または前記陰極に落下し、  The molten alloy that increases with the progress of molten salt electrolysis falls to the bipolar electrode or the cathode provided directly below the overflow tube,
上記溶融合金を、上記陰極から前記溶出槽に移送することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属カルシウムの製造方法。  The method for producing metallic calcium according to claim 1, wherein the molten alloy is transferred from the cathode to the elution tank.
前記各オーバーフロー管どうしが、鉛直方向に重ならないように互い違いに配置されていることを特徴とする請求項5に記載の金属カルシウムの製造方法。The method for producing metallic calcium according to claim 5, wherein the overflow pipes are alternately arranged so as not to overlap each other in the vertical direction. 塩化カルシウムを含む溶融塩を満たし陰極、陽極および複数のバイポーラ極を鉛直方向に浸漬配置した電解槽と、この電解槽で生成された金属カルシウムを回収する溶出槽とを備えた溶融塩電解による金属カルシウムの製造装置であって、
上記陰極は、金属カルシウムと、錫、亜鉛または鉛との溶融合金からなり、
上記バイポーラ極は、上記溶融合金と、溶融合金の支持部と、上記溶融合金の支持量が所定量を超えた際に溶融合金を直下の極へ落下させるオーバーフロー管から構成され、
上記溶融合金は、上記溶出槽に移送され、この溶出槽にあらかじめ満たされた塩化カルシウムと接触させて上記溶融合金中の金属カルシウム塩化カルシウム中に溶出させて回収することを特徴とする金属カルシウムの製造装置。
Molten salt electrolysis metal comprising an electrolytic cell filled with molten salt containing calcium chloride , a cathode, an anode, and a plurality of bipolar electrodes immersed in a vertical direction, and an elution tank for recovering metallic calcium produced in the electrolytic cell An apparatus for producing calcium ,
The cathode is made of a molten alloy of metallic calcium and tin, zinc or lead,
The bipolar electrode is composed of the molten alloy, a support portion of the molten alloy, and an overflow pipe that drops the molten alloy to a pole immediately below when the support amount of the molten alloy exceeds a predetermined amount,
The molten alloy is transported to the elution vessel, the metal calcium and recovering in this elution tank is contacted with the pre-filled calcium chloride to elute the metal calcium in the molten alloy in the calcium chloride Manufacturing equipment.
前記各オーバーフロー管どうしが、鉛直方向に重ならないように互い違いに配置されていることを特徴とする請求項7に記載の金属カルシウムの製造装置。The apparatus for producing metallic calcium according to claim 7, wherein the overflow pipes are arranged alternately so as not to overlap each other in the vertical direction. 前記陰極を前記電解槽底部に設けたことを特徴とする請求項8に記載の金属カルシウムの製造装置。
9. The apparatus for producing metallic calcium according to claim 8, wherein the cathode is provided at the bottom of the electrolytic cell.
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