JP5787580B2 - Electrolytic reduction device - Google Patents
Electrolytic reduction device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5787580B2 JP5787580B2 JP2011084518A JP2011084518A JP5787580B2 JP 5787580 B2 JP5787580 B2 JP 5787580B2 JP 2011084518 A JP2011084518 A JP 2011084518A JP 2011084518 A JP2011084518 A JP 2011084518A JP 5787580 B2 JP5787580 B2 JP 5787580B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- electrolytic
- electrolytic reduction
- ceramic tube
- reduction apparatus
- 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.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は電解還元法を用いて金属回収をおこなう電解還元装置に関する。 The present invention relates to an electrolytic reduction apparatus for performing metal recovery using an electrolytic reduction method.
一般の廃棄物から希土類金属を回収する手段として、又は使用済み燃料からU、Zr、Re等の金属を回収する手段として、電解還元法による回収方法が知られている。
この回収方法は、図7に示すように、回収対象の金属酸化物8を電解容器1内の高温の溶融塩2中に配置されたガスケット状の陰極4に収納した後、白金又は炭素からなる陽極5と陰極バスケット4に電源6によって電圧を印加し、陰極4中の金属酸化物8を還元することにより金属を回収している(特許文献1)。その際、陽極5では酸素イオンと電子が結合し酸素ガスが生成される。
As a means for recovering rare earth metals from general waste or as a means for recovering metals such as U, Zr, and Re from spent fuel, a recovery method by electrolytic reduction is known.
In this recovery method, as shown in FIG. 7, the
上述した従来の電解還元法において、陽極は導電性が高く高温での耐食性の高い材量が必要となるとともに、陽極の溶解を抑制するために酸化還元電位の高い金属等を選定する必要があった。そのため、陽極として白金又は焼結成形された固体の炭素が用いられているが、白金等の貴金属材料は高コストであり、また、炭素は電解の進行にともない酸素との反応により焼結物が崩壊し、溶融塩を汚染又は電極間の短絡を起こす等の可能性があった。 In the conventional electrolytic reduction method described above, the anode requires a material with high conductivity and high corrosion resistance at high temperatures, and it is necessary to select a metal having a high redox potential in order to suppress dissolution of the anode. It was. Therefore, platinum or sintered solid carbon is used as the anode. However, noble metal materials such as platinum are expensive, and carbon is a sintered product due to the reaction with oxygen as the electrolysis progresses. There was a possibility that it would collapse and contaminate the molten salt or cause a short circuit between the electrodes.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、電解還元装置の腐食、汚染を防止することができるとともに、還元処理速度が高い高効率の電解還元装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly efficient electrolytic reduction apparatus that can prevent corrosion and contamination of the electrolytic reduction apparatus and has a high reduction treatment speed.
上記課題を解決するために、本発明に係る電解還元装置は、溶融塩が収容されている電解容器と、前記電解容器内に配置され回収対象の金属化合物が収容されたバスケット状の陰極と、前記電解容器内に配置された繊維状カーボン束からなる陽極と、を有する電解還元装置において、前記繊維状カーボン束をセラミック管に収納するとともに、前記繊維状カーボン束を前記セラミック管の下端部から所定長さ突出させたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electrolytic reduction apparatus according to the present invention includes an electrolytic container in which a molten salt is accommodated, a basket-like cathode that is disposed in the electrolytic container and in which a metal compound to be collected is accommodated, And an anode made of a fibrous carbon bundle disposed in the electrolytic vessel, wherein the fibrous carbon bundle is housed in a ceramic tube, and the fibrous carbon bundle is taken from a lower end portion of the ceramic tube. It is characterized by protruding a predetermined length .
本発明によれば、陽極として繊維状カーボン束を用いることで高価な貴金属を使用する必要がなく、また、繊維状カーボン束は大きな陽極面積を形成することができるので陽極で発生する酸素と炭素を効率的に反応させ二酸化炭素ガスとすることで炭素による溶融塩の汚染を防止することができ、かつ還元処理速度を大幅に向上させることができる。 According to the present invention, it is not necessary to use an expensive noble metal by using a fibrous carbon bundle as the anode, and since the fibrous carbon bundle can form a large anode area, oxygen and carbon generated at the anode can be formed. The carbon dioxide gas can be efficiently reacted to prevent contamination of the molten salt by carbon, and the reduction treatment speed can be greatly improved.
以下、本発明に係る電解還元装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係る電解還元装置を、図1(a)、(b)を用いて説明する。
(構成)
本実施形態の電解還元装置は、図1(a)に示すように、電解容器1、電解容器1内に収容された溶融塩2、電解容器1の周囲に配置され溶融塩2を加熱制御する加熱装置3、内部に回収対象の金属酸化物8が収容されているバスケット状の陰極4、陽極5及び電源6から構成される。
陽極5は、図1(b)に示すように、繊維状カーボン束7が用いられる。
Hereinafter, embodiments of an electrolytic reduction apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The electrolytic reduction apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(Constitution)
As shown in FIG. 1A, the electrolytic reduction device of the present embodiment controls the heating of the
As the
(作用)
このように構成された電解還元装置において、バスケット状の陰極4では金属酸化物8が還元反応により酸素イオンと金属が生成し、陰極4に金属が析出し回収される。また、繊維状カーボン束からなる陽極5では、酸素イオンが電子と結合し酸素ガスが発生する。その際、繊維状カーボン束7からなる陽極5は、溶融塩2との接触面積が大きいため、陽極5で発生した酸素は効率よく繊維状カーボン束7の炭素と結合して二酸化炭素ガスを生成する。
(Function)
In the electrolytic reduction apparatus configured as described above, in the basket-
(効果)
このように、従来の陽極構造は貴金属等を用いて陽極の消耗を防ぎ腐食を抑えるのに対し、本実施形態の陽極構造では陽極を犠牲陽極として機能させている。すなわち、陽極を繊維状カーボン束としカーボンと酸素との反応を積極的に促進してCO2を生成させることで、陽極から未反応のカーボン粉末が溶融塩中に拡散汚染することを防止することができ、溶融塩の汚染を防止することができる。
また、繊維状カーボンを陽極として用いることにより、単位体積あたりの陽極表面積を増大させることが可能となり、これにより還元処理速度を大幅に向上させることができる。
(effect)
As described above, the conventional anode structure uses noble metal or the like to prevent the anode from being consumed and suppress the corrosion, whereas in the anode structure according to the present embodiment, the anode functions as a sacrificial anode. That is, the anode is made into a fibrous carbon bundle, and the reaction between carbon and oxygen is actively promoted to generate CO 2 , thereby preventing diffusion of unreacted carbon powder from the anode into the molten salt. And contamination of the molten salt can be prevented.
In addition, by using fibrous carbon as the anode, it is possible to increase the anode surface area per unit volume, thereby greatly improving the reduction treatment speed.
以上説明したように、本第1の実施形態によれば、繊維状カーボン束からなる陽極を用いることで高価な貴金属を使用する必要がなく、また、繊維状カーボン束は大きな陽極面積を得ることができるので陽極で発生する酸素を炭素と効率的に反応させ二酸化炭素ガスとすることで溶融塩の汚染が防止でき、還元処理速度を大幅に向上させることができる。 As described above, according to the first embodiment, it is not necessary to use an expensive noble metal by using an anode made of a fibrous carbon bundle, and the fibrous carbon bundle obtains a large anode area. Therefore, contamination of the molten salt can be prevented by efficiently reacting oxygen generated at the anode with carbon to produce carbon dioxide gas, and the reduction processing rate can be greatly improved.
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る電解還元装置を、図2を用いて説明する。
本実施形態に係る電解還元装置の陽極5は繊維状カーボン束7をセラミック管9内に収納するとともに、セラミック管9の上部を排気装置10に接続している。また、繊維状カーボン束7はセラミック管9の下端部から突出部13を形成するように突き出ており、その突出部13の長さは当該突出部13のみで溶融塩中の酸素と炭素が過不足なく反応できるように調整されている。これにより、陽極材である炭素が電解還元系内へ拡散汚染するのを防止することができる。
[Second Embodiment]
An electrolytic reduction apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
The
さらに、セラミック管9を用いることで柔軟な素材の繊維状カーボンを棒状として保持するとともに、セラミック管9の上部に設けた排気装置10により二酸化炭素を系外に排出しセラミック管9内を減圧する。
Furthermore, by using the
本第2の実施形態によれば、繊維状カーボン束の先端部を溶融塩2中に突出させた状態でセラミック管9に収納し、突出部のみで必要な電解反応を起こすことを可能とすることにより、陽極材である炭素の電解還元系内への拡散汚染を防止するとともに、電解反応で発生した二酸化炭素ガスを電解槽内に拡散させることなく系外に排出することが可能となる。
According to the second embodiment, the tip end portion of the fibrous carbon bundle is housed in the
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る電解還元装置を、図3を用いて説明する。
本実施形態は、陽極5を構成する繊維状カーボン束を収容保持するセラミック管9の先端部周囲に加熱装置11を配置した構成としている。
[Third Embodiment]
An electrolytic reduction apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the
これにより例えばLiCl−KClのような低温で溶融する溶融塩を用いた場合でも、加熱装置11により陽極5を高温に維持して酸素と炭素との反応を促進させ、電解還元系内への酸素の拡散汚染を抑制することができる。
As a result, even when a molten salt such as LiCl—KCl that melts at a low temperature is used, the
[第4の実施形態]
第4の実施形態に係る電解還元装置を、図4を用いて説明する。
陽極5を構成する繊維状カーボン束7の突出部13は電解反応の進行にともないガス化して消耗する。そこで本第4の実施形態では、図4に示すように、例えば巻き取り部材からなる送出部材12に巻いた長い繊維状カーボン束7をセラミック管9に送出する構造とし、電解還元の進行にともない徐々に繊維状カーボン束7をセラミック管9に送出する構成としている。
[Fourth Embodiment]
An electrolytic reduction apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The protruding
この送出部材12により、繊維状カーボン束7の突出部13の消耗にともない繊維状カーボン束7を送出することにより、電解反応を停滞させずに金属を安定して継続的に回収することができる。
なお、送出部材は巻き取り状の送出部材に限定されず、直線状の送出部材を用いてもよい。
By sending out the
The delivery member is not limited to a winding delivery member, and a linear delivery member may be used.
[第5の実施形態]
第5の実施形態に係る電解還元装置を、図5(a)、(b)を用いて説明する。
本実施形態では、繊維状カーボン束7を収納するセラミック管9の先端部14を、図5(a)、(b)に例示するように、陰極4に対向するように配置した構成としている。
これにより、電解電流の流れが効率化し、陰極4と陽極5間の液間抵抗を小さくすることができるため、電解反応効率の向上を図ることができる。
[Fifth Embodiment]
An electrolytic reduction apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, the
Thereby, the flow of the electrolysis current becomes efficient and the inter-liquid resistance between the
[第6の実施形態]
第6の実施形態に係る電解還元装置を、図6を用いて説明する。
本実施形態は、陽極5を陰極4に対し複数設置する構成としている。
図6に示す例では、陰極4の周囲に複数の陽極5を配置している。
これにより陽極面積をさらに大きくし、電解還元速度を向上させることができるとともに、各電極あたりの酸素発生量を抑制し単位面積あたりの二酸化炭素の生成反応を促進することで電解還元系内での酸素の拡散汚染を防止することができる。
[Sixth Embodiment]
The electrolytic reduction apparatus according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a plurality of
In the example shown in FIG. 6, a plurality of
As a result, the anode area can be further increased, the electrolytic reduction rate can be improved, and the generation of carbon dioxide per unit area can be promoted by suppressing the amount of oxygen generated per electrode, so Oxygen diffusion contamination can be prevented.
なお、上記の実施形態では、溶融塩中の金属酸化物の回収方法について説明したが、本実施形態に係る繊維状カーボン束からなる陽極構造は、金属酸化物以外の金属化合物、例えば、通常の電解還元に用いられるアルカリ金属、アルカリ土類金属塩化物中での電解還元にも適用できるとともに電解液中に同類の酸化物を添加すればフッ化物系溶融塩中での電解還元電極として用いることが可能である。 In the above embodiment, the method for recovering the metal oxide in the molten salt has been described. However, the anode structure composed of the fibrous carbon bundle according to the present embodiment has a metal compound other than the metal oxide, such as a normal compound. It can be applied to electrolytic reduction in alkali metals and alkaline earth metal chlorides used for electrolytic reduction, and it can be used as an electrolytic reduction electrode in fluoride-based molten salt if similar oxides are added to the electrolytic solution. Is possible.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, combinations, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…電解容器、2…溶融塩、3…加熱装置、4…陽極、5…陰極、6…電源、7…繊維状カーボン束、8…還元材量、9…セラミック管、10…排気装置、11…加熱装置、12…送出部材、13…突出部、14…先端部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記繊維状カーボン束をセラミック管に収納するとともに、前記繊維状カーボン束を前記セラミック管の下端部から所定長さ突出させたことを特徴とする電解還元装置。 An electrolytic container containing a molten salt, a basket-like cathode arranged in the electrolytic container and containing a metal compound to be collected, an anode made of a fibrous carbon bundle arranged in the electrolytic container, In an electrolytic reduction apparatus having
An electrolytic reduction apparatus characterized in that the fibrous carbon bundle is housed in a ceramic tube, and the fibrous carbon bundle is protruded from a lower end portion of the ceramic tube by a predetermined length .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011084518A JP5787580B2 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Electrolytic reduction device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011084518A JP5787580B2 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Electrolytic reduction device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012219302A JP2012219302A (en) | 2012-11-12 |
JP5787580B2 true JP5787580B2 (en) | 2015-09-30 |
Family
ID=47271153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011084518A Active JP5787580B2 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Electrolytic reduction device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5787580B2 (en) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1055885A (en) * | 1974-08-07 | 1979-06-05 | Bernard Fleet | Carbon fiber electrode |
DE3071075D1 (en) * | 1980-10-27 | 1985-10-17 | Conradty Nuernberg | Electrode for igneous electrolysis |
DE3474841D1 (en) * | 1983-06-24 | 1988-12-01 | American Cyanamid Co | Electrodes, electro-chemical cells containing said electrodes, and process for forming and utilizing such electrodes |
JPH0467567A (en) * | 1990-07-06 | 1992-03-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Electrode sheet and electrochemical device using the same |
JPH0467568A (en) * | 1990-07-06 | 1992-03-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Anode electrode material and electrochemical device using the same |
JP3066575B2 (en) * | 1996-12-27 | 2000-07-17 | 冨士レジン工業株式会社 | Electrodes for electrolytic treatment |
JP4089944B2 (en) * | 2001-11-30 | 2008-05-28 | 財団法人電力中央研究所 | Electrolytic reduction apparatus and method |
DE102005026267A1 (en) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Production of a composite material |
-
2011
- 2011-04-06 JP JP2011084518A patent/JP5787580B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012219302A (en) | 2012-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8110314B2 (en) | Means of stabilizing electrolyte in a direct carbon-air fuel cell based on a molten metal hydroxide electrolyte | |
JP2008531854A (en) | Method and apparatus for removing oxygen from a compound or metal | |
JPWO2007034605A1 (en) | Reducing metal molten salt electrolysis apparatus, electrolysis method thereof, and method for producing refractory metal using reducing metal | |
Hur et al. | Can carbon be an anode for electrochemical reduction in a LiCl-Li2O molten salt? | |
EP2956574A1 (en) | Hydrogen gas diffusion anode arrangement producing hcl | |
TWI630287B (en) | Membrane electrode assembly and electrolyzed water production device using the same | |
TW200925329A (en) | Electrolysis apparatus | |
JP5787580B2 (en) | Electrolytic reduction device | |
JP3718691B2 (en) | Titanium production method, pure metal production method, and pure metal production apparatus | |
US9206516B2 (en) | Liquid anodes and fuels for production of metals from their oxides by molten salt electrolysis with a solid electrolyte | |
WO2011040464A1 (en) | Electrode for generation of hydrogen, and electrolysis method | |
JP5534700B2 (en) | Electrolytic production apparatus and production method for metal | |
JP6502805B2 (en) | Method of manufacturing rare earth metal | |
KR20160064509A (en) | Method for ammonia synthesis with improved nitrogen ionization | |
JP5600011B2 (en) | Hydrogen gas production method | |
KR101437763B1 (en) | Porous metal shroud system for anode of electrolytic reduction apparatus | |
JP4089944B2 (en) | Electrolytic reduction apparatus and method | |
JP6084404B2 (en) | Manufacturing method of electrode plate of fuel cell | |
JP2009263708A (en) | Hydrogen separation method in gaseous phase and hydrogen separation apparatus in gaseous phase | |
JP2011117047A (en) | Electrolytic bath for ion exchange method | |
JP2007087924A (en) | Alkaline fuel cell | |
KR101082991B1 (en) | Feeding method of reactive metal cations for electrochemical deposition of lanthanides and actinides in nonaqueous media | |
JP2001020089A (en) | Protective method of alkali chloride electrolytic cell and protective device therefor | |
KR20160018983A (en) | An electrochemical reduction system in molten salt based on carbon electrode, and electrochemical reduction method using the same | |
KR20200001417A (en) | Method for reducing spent nuclear fuel with salt-flow type and system for reducing spent nuclear fuel with salt-flow type |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150402 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150707 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150728 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5787580 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |