JP6097180B2

JP6097180B2 - 金属の還元装置及び金属の還元方法

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Publication number: JP6097180B2
Application number: JP2013173770A
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Inventors: 中村　等; 等中村; 優也高橋; 祥平金村; 水口　浩司; 浩司水口; 孝大森
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Filing date: 2013-08-23
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Description

本発明の実施形態は、金属の還元装置及び金属の還元方法に関する。

酸化物を金属に還元する方法として、電解還元法がある。電解還元法では溶融塩中で、還元対象の金属の酸化物を含有する対象物を陰極に接続し、陽極との間に電圧を印加する。すると、陰極では還元対象の酸化物が還元され金属が生じ、陽極からは酸素が発生する。

特開平０６−２７３５７８号公報

以下、還元対象の金属を対象金属と呼称し、対象金属の酸化物を含有し電解還元される対象を対象物と呼称する。対象物を電解還元する場合、陰極に接続された対象物のうち溶融塩と接触している表面から還元される。つまり、電解液と接触している対象物の表面に位置する対象金属の酸化物から酸素イオンが脱離し、脱離した酸素イオンが陽極に到達し酸素ガスとして系外に排出されることで、電解還元が進行する。そのため、還元された対象金属は対象物の表面に残る。この対象物表面に残留する対象金属により、電解還元の効率が向上しにくいという問題がある。

例えば、対象物が、原子力発電の過酷事故時に発生する溶融燃料のように高密度に凝固した金属酸化物である場合、高密度であるため対象物の中央部になるほどの溶融塩は浸透しにくく、酸素イオンは対象物外に排出されにくい。つまり、高密度の対象物である場合、還元は溶融塩と接触している対象物表面及び表面近傍で主に行なわれ、電解液との接触面からの距離が遠い対象物内部は還元されない。しかし、対象物表面に生じた還元された対象金属を随時除去することができれば、対象物内部の酸化物を対象物表面又は表面近傍とすることができる。そして、電解還元が困難であった対象物内部の酸化物も還元することができ、電解還元の効率を向上させることが可能である。

また、対象物が、対象金属の酸化物の粉末を焼き固めた、溶融燃料に比べて比較的疎なセラミック状である場合、溶融塩が対象物内の間隙に浸み込むため、対象物の中央部においても電解還元が行なわれる。しかし、酸化物から脱離した酸素イオンが陽極から酸素ガスとして系外に排出されるためには、酸素イオンは対象物中の間隙を通って陽極まで到達しなければならない。電解還元では還元された対象金属は対象物表面に残るため、対象物の外側付近に比べ中央部になるほど酸素イオンが通る対象物中の間隙の距離は長くなり、酸素ガスとして系外に排出されるためにかかる時間が長くなる。そこで、対象物表面に生じた還元された対象金属を除去することができれば、酸素イオンが通る対象物中の間隙の距離を短くし、酸素ガスとして系外に排出されるためにかかる時間を短縮し、電解還元の効率を向上させることが可能である。

そこで、本発明は還元対象の金属の酸化物を効率的に電解還元する金属の還元装置及び金属の還元方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、実施形態の金属の還元装置は、還元対象の金属である対象金属の酸化物を還元する金属の還元装置であって、溶融塩と、溶融塩中で対象金属を含有している対象物と接触する陰極と、溶融塩中に設けられた陽極と、陽極と陰極に電圧を印加する電源と、対象金属が溶解する溶融金属と、対象物を溶融塩中から溶融金属中に、または、溶融金属中から溶融塩中に移動させる対象物移動手段と、を有するものとする。

また、上記課題を達成するため、実施形態の金属の還元方法は、還元対象の金属である対象金属の酸化物を還元する金属の還元方法であって、溶融塩中に設けられ対象金属を含有している対象物と接触している陰極と溶融塩中に設けられている陽極との間に電圧を印加し、対象金属の酸化物を還元する電解還元ステップと、溶融金属に対象金属を溶解させる溶解ステップと、対象物を溶融塩中から溶融金属中に移動させる第１の移動ステップと、対象物を溶融金属中から溶融塩中に移動させる第２の移動ステップと、を有するものとする。

第１の実施形態における金属の還元装置の模式図。第１の実施形態における金属の還元方法のフローチャート。液位検出手段の模式図。第２の実施形態における金属の還元装置の模式図。

以下本発明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の実施形態について図１と図２を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態における金属の還元装置の模式図である。図２は第１の実施形態における金属の還元方法のフローチャートである。

なお、本実施形態において、還元対象はウラン（Ｕ）であり、対象物は原子力発電の過酷事故時に発生する溶融燃料であり、高密度に凝固した酸化ウラン（ＵＯ_２）であるものとする。

（構成）
以下、本実施形態の金属の還元装置１の構成について図１を用いて説明する。金属の還元装置１は、対象物１８を電解還元し、還元された対象金属４を溶融金属３に溶解させる電解還元ユニット１０、溶融金属３内に溶解した対象金属４を分離・回収する金属回収ユニット２０、及び、溶融金属３を電解還元ユニット１０に供給する溶融金属供給ユニット３０を備える。

まず、電解還元ユニット１０の構成について説明する。電解還元ユニット１０は、溶融塩２を収容する電解槽１１と、電解槽１１内に設けられた陰極１２及び陽極１３と、陰極１２及び陽極１３間に電圧を印加する電源１４と、電解槽１１を過熱する第１の電気炉１５とを有する。

以下、電解還元ユニット１０のそれぞれの構成について説明する。まず、電解槽１１は溶融塩２と溶融塩２よりも比重が大きい溶融金属３を収容している。比重差により溶融金属３は溶融塩２よりも下方に分布し、２層に分離する。電解槽１１内で溶融塩２により構成された層を溶融塩層１６と呼称し、電解槽１１内で溶融塩層１６よりも下方に分布し溶融金属３により構成された層を溶融金属層１７と呼称する。

溶融塩２は単体の塩の溶融物であってもよいし、複数の塩の溶融物であってもよい。本実施形態においては、ＬｉＣｌ＋Ｌｉ_２Ｏの組み合わせの溶融塩を用いるものとする。また、溶融金属３はカドミウム（Ｃｄ）であるものとする。

なお、溶融塩２と溶融金属３は上記の物質に限られない。溶融塩２は、対象物１８の電解還元効率を向上させる塩であればよく、溶融金属３は還元された対象金属４が溶解可能な金属であって、対象金属４よりも沸点が低いもので構成されていればよい。溶融塩２と溶融金属３を構成する塩と金属は対象１８の組成及び対象金属４に応じて決められるものである。

第１の電気炉１５は電解槽１１内の溶融塩層１６および溶融金属層１７が液体の状態を保つよう、電解槽１１内の溶融塩層１６および溶融金属層１７の分布位置をそれぞれの融点以上沸点以下の温度に保つ。

陽極１３は溶融塩層１６中に設けられ、溶融金属層１７に接触しないように設けられている。陽極１３には例えば、白金など腐食に強いものを用いるものとする。

一方、陰極１２はバスケットになっており内部に対象物１８を設けることが可能である。バスケットは例えば低炭素鋼で構成される。陰極１２で生じる反応は溶解反応ではないので、バスケットは耐蝕性が高い素材でなくてもよいが、後述のように溶融金属３と接触することがあるため、溶融金属３と反応しにくい金属であることが好ましい。電源１４によって陰極１２と陽極１３に電圧が印加される際、バスケットと接触している対象物１８にも電圧が印加される。

また、陰極１２には、陰極１２のバスケットを上下に移動させる対象物移動手段１９が接続され、陰極１２は対象物移動手段１９を介して電源１４に接続されている。対象物移動手段１９は陰極１２のバスケットを上下に移動させ、対象物１８を溶融塩層１６中または溶融金属層１７中に保持する。

次に金属回収ユニット２０の構成について説明する。金属回収ユニット２０は溶融金属層１７から溶融金属３を吸引し、溶融金属３を蒸留することで、溶融金属３中に溶解している対象金属４を分離し回収するユニットである。溶融金属層１７から回収され、対象金属４を含有している溶融金属３を回収溶融金属と呼称する。金属回収ユニット２０は、回収溶融金属が収容される回収溶融金属容器２１と、回収溶融金属から蒸留された溶融金属３が収容される溶融金属容器２２と、回収溶融金属容器２１と溶融金属容器２２が気密に保持されるケース２３と、溶融金属容器２２を過熱する第２の電気炉２４とを有する。また、金属回収ユニット２０は、溶融金属層１７から溶融金属３を吸引し回収溶融金属容器２１に供給する回収管２５と、溶融金属層１７から溶融金属３を吸引するためのポンプ２６を有する。

以下、金属回収ユニット２０のそれぞれの構成について説明する。回収管２５は一端が電解槽１１内の溶融塩層１７内に設けられ、もう一端がケース２３内の回収溶融金属容器２１内に開放されている。回収管２５はケース２３に気密に接続されている。

ポンプ２６はケース２３に気密にされている。ポンプ２６を動作させることでケース２３内及び回収管２５内が低圧となり、溶融塩層１７内から回収溶融金属が回収管２５に吸引され、回収溶融金属容器２１内に収容される。

第２の電気炉２４は、回収溶融金属容器２１の内容物が溶融金属３の沸点よりも高く、対象金属４の沸点よりも低い温度に保たれるよう、回収溶融金属容器２１を加熱する。一方、溶融金属容器２２は溶融金属３の沸点よりも低い温度になるように保たれる。そのため、回収溶融金属容器２１から生じた溶融金属３の蒸発物は溶融金属容器２２で凝集し液体または固体になり、回収溶融金属容器２１には対象金属４が残る。本実施形態では、溶融金属容器２２は溶融金属３の融点よりも高い温度に保たれるものとし、蒸留された溶融金属３は溶融金属容器２２内に液体として凝集し収容される。

なお、図１において、ケース２３内で、回収溶融金属容器２１は溶融金属容器２２よりも上方に設けられているが、回収溶融金属容器２１と溶融金属容器２２の位置関係はこれに限られない。例えば、回収溶融金属容器２１と溶融金属容器２２は水平方向に並んでいても良い。

次に溶融金属供給ユニット３０の構成について説明する。溶融金属供給ユニット３０は溶融金属３を電解槽１１に供給するユニットである。溶融金属供給ユニット３０は溶融金属３を収容する溶融金属供給槽３１と、溶融金属供給槽３１から電解槽１１に溶融金属３を供給するための供給配管３２と、溶融金属供給槽３１を加熱する第３の電気炉３３と、溶融金属３の供給を制御する制御弁３４を有する。

溶融金属供給槽３１が収容する溶融金属３は、主に溶融金属容器２２に蒸留された溶融金属３である。輸送管３５により溶融金属容器２２から溶融金属供給槽３１に溶融金属３が輸送される。なお、溶融金属供給槽３１が収容する溶融金属３の量が、溶融金属容器２２から電解槽１１に供給される溶融金属３の量に足りない場合は、外部から溶融金属供給槽３１に溶融金属３を供給しても良い。

第３の電気炉３３は、溶融金属供給槽３１に収容される溶融金属３が液体状を保つよう、溶融金属供給槽３１を溶融金属３の融点以上であって沸点よりも低い温度に加熱し保温する。制御弁３４は溶融金属層１７の液位が一定に保たれるように、溶融金属供給槽３１から電解槽１１への溶融金属３の供給量を制御する。

（方法及び作用）
次に、金属の還元方法及び作用について説明する。まず、溶融塩層１６中に設けられた対象物１８中の対象金属４を還元させる電解還元ステップＳ１を行なう。電解還元ステップＳ１では、対象物移動手段１９により、対象物１８を溶融塩層１６中に保持し、陰極１２と陽極１３の間に電圧を印加する。すると、陰極１２では対象物１８表面のＵＯ_２が還元され、陽極１３では酸素ガスが発生する。陰極１２と陽極１３における反応は例えばそれぞれ式（１）と式（２）である。

陰極：ＵＯ_２＋４ｅ⁻ → Ｕ＋２Ｏ^２− ・・・・・（１）
陽極：２Ｏ^２− → Ｏ_２＋４ｅ⁻ ・・・・・（２）
還元は溶融塩層１６と接している対象物１８の表面から行なわれるため、還元が進むと対象物１８の表面は還元された対象金属４であるＵで密に覆われる。

次に、対象物１８を溶融塩層１６内から溶融金属層１７内に移動させる第１の移動ステップＳ２を行う。第１の移動ステップＳ２では、まず電源１４をＯＦＦにする。そして、対象物移動手段１９により陰極１２のバスケットを降下させ、対象物１８を溶融塩層１６から溶融金属層１７内に移動させる。

対象物１８が溶融金属層１７内に設けられると溶解ステップＳ３が開始される。溶解ステップＳ３では、対象物１８の表面を覆う対象金属のＵが溶融金属３のＣｄと反応し、溶融金属３内に溶解する。ＵとＣｄの反応は例えば式（３）で示される。

Ｕ＋１１Ｃｄ＝ＵＣｄ_１１・・・・・（３）
対象物１８表面でＵとＣｄの反応が進むと、対象物１８の表面には再び対象金属４の酸化物であるＵＯ_２が露出する。

次に、対象物１８を溶融金属層１７内から溶融塩層１６内に移動させる第２の移動ステップＳ４を行う。第２の移動ステップＳ４では、対象物移動手段１９は陰極１２のバスケットを上昇させ、対象物１８を溶融金属層１７内から溶融塩層１６内に移動させる。

対象物１８が溶融塩層１６内に設けられると、電源１４がＯＮとなり再び電解還元ステップＳ１が開始される。本実施形態の金属の電解方法では、電解還元ステップＳ１、第１の移動ステップＳ２、溶解ステップＳ３及び第２の移動ステップＳ４を順に繰り返すことで、対象物１８を還元し、対象金属４を溶融金属３に溶解させる。

また、溶融金属３に溶解した対象金属４は、金属回収ユニット２０で回収溶融金属を蒸留することで回収することが可能である。第２の電気炉２４により回収溶融金属容器２１の温度はＣｄの沸点以上、Ｕの沸点以下であるため、回収溶融金属中のＣｄが蒸発する。そのため、Ｕが回収溶融金属容器２１に残り、純度の高いＵを回収することが可能である。

一方、回収溶融金属容器２１から蒸発したＣｄは温度の低い溶融金属容器２２で凝集して液体となる。そして、回収管３５により溶融金属供給ユニット３０に回収され、溶融金属供給槽３１から電解槽１１に供給される。

次に、第１の移動ステップＳ２と第２の移動ステップＳ４の制御について説明する。まず、第１の移動ステップＳ２は、例えば、陽極１３の電位を測定し、陽極１３の電位が予め規定された値よりも大きくなった時に行われるものとする。

電解還元ステップＳ１では、対象物１８の表面が還元されたＵで覆われると電解還元の効率が低下し、Ｕの電解還元が停止する。すると、陽極１３の電位が上昇し、Ｕよりも貴であるＬｉの電解還元が開始される。つまり、溶融塩中のＬｉ_２Ｏが還元され、陰極１２でＬｉが析出し、陽極１３で酸素が生じる。よって、Ｕの電解還元が行なわれているときの、陽極１３の電位を予め設定し陽極１３の電位をモニターすることで、Ｕの電解還元の有無を検出することができ、Ｕの電解還元が停止したときに第１の移動ステップＳ２を行うことができる。

次に、第２の移動ステップＳ４は、溶解ステップＳ３開始から一定時間経ったときに行なわれるものとする。陽極１３と陰極１２間の電流値と、対象物１８の表面を覆うＵの厚さには相関関係がある。そのため、第１の移動ステップＳ２が行われる際の陽極１３と陰極１２間の電流値から、対象物１８の表面を覆うＵの厚さを推測することができる。そして、対象物１８の表面を覆うＵの厚さを推測することで、対象物１８の表面を覆うＵを溶解するためにかかる時間も推測することが可能である。よって、溶解ステップＳ３開始から、対象物１８の表面を覆うＵを溶解するためにかかる時間が経過した後、第２の移動ステップＳ４を行うことで、ＵＯ_２を対象物１８の表面に露出させた状態で電解還元ステップＳ１を行うことが可能である。

また、第１の移動ステップＳ２及び第２の移動ステップＳ４を行う判断は、陽極１３の電位をモニターしタイマー機能を有する図示されない制御部により自動で行ってもよいし、陽極１３の電位やタイマーを監視する作業員が行っても良い。

（効果）
本実施形態の金属の還元方法及び金属の還元装置１は、対象物１８を電解還元する電解還元ステップＳ１と対象物１８の表面に生じた対象金属４を対象物１８表面から除去する溶解ステップＳ２を備えている。そのため、対象物内部に位置していた酸化物を対象物表面及び表面近傍とすることができ、これまで電解還元が困難であった対象物１８内部の酸化物も還元することができ、電解還元の効率を向上させることが可能である。よって効率的に電解還元を行うことができる。

また、本実施形態では、溶融塩２よりも比重が大きい金属を溶融金属３として用いているため、同一の電解槽１１内に溶融塩層１６と溶融金属層１７を形成することができる。そのため、対象物１８を上下させる対象物移動手段１９を設けることで、容易に各ステップを繰り返すことが可能である。

また、本実施形態の金属の還元装置１は金属回収ユニット２０を備えているため、溶融金属３に溶解した対象金属４を容易に回収することが可能である。

また、本実施形態の金属の還元装置１は金属回収ユニット２０及び溶融金属供給ユニット３０を備えているため、溶融金属３を繰り返し用いることができる。そのため、溶融金属３の二次廃棄物を低減させることが可能である。

なお、対象物移動手段１９は対象物１８を溶融塩層１６中または溶融金属層１７中に移動させ保持するための手段であり、陰極１２とは別に設けられているものであっても良い。

例えば、対象物移動手段１９にバスケットが接続されており、陰極は陽極１３と同様に溶融塩層１６中に設けられ、溶融金属層１７に接触しないように設けられているものとする。そして、電解還元ステップＳ１のときに、対象物移動手段１９は対象物１８を溶融塩１６層に移動させて保持し、且つ、対象物１８が陰極と電気的に接続されるよう、陰極電極とバスケットを接触させるものとしても良い。

また、電解槽１１に、図３に示すような溶融金属層１７の液位を測定する液位検出手段４０を設けても良い。液位検出手段４０の測定結果を基に制御弁３４やポンプ２６の稼働は制御され、溶融金属層１７の液位を一定に保つことが可能である。図３は液位検出手段の模式図である。

液位検出手段４０は、第１のセンサ４１と、第２のセンサ４２と、第１のセンサ４１における抵抗値または第２のセンサ４２における抵抗値を計測する抵抗検出部４３とを有する。抵抗検出部４３は第１のセンサ４１と第２のセンサ４２の抵抗値測定を切り替えるための切り替え部４４を有する。

第１のセンサ４１は、設計された通りの溶融金属層１７の液位において、溶融金属層１７に接触するように溶融金属層１７と溶融塩１６との境界に設けられている。また、第２のセンサ４２は溶融金属３中に設けられており、回収管２５の溶融塩２中の一端よりも高い位置に設けられている。このとき、第１のセンサ４１の抵抗値も第２のセンサ４２の抵抗値も溶融金属３の抵抗値を示す。

溶融塩金属層１７の液位が設定されたよりも低い場合、第１のセンサ４１の抵抗値は溶融塩２の抵抗値となり、溶融塩金属層１７の液位が設定されたよりも低いことが検出され、制御弁３４が開き溶融金属３が電解槽１１に供給される。

また、両センサの抵抗値が溶融塩２の抵抗値を示した場合には、溶融金属層１７の液位が回収管２５の溶融塩２中の一端よりも低くなり、回収管２５が溶融塩を吸引する可能性があるため、ポンプ２６による溶融金属３の吸引は停止され、溶融金属３の供給が促進される。

また、液位検出手段４０の検出に応じた制御弁３４及びポンプ２６の制御は液位制御部６０により自動で行なっても良いし、作業員が手動で行なうものとしても良い。

また、溶融塩２と溶融金属３の組み合わせによっては、溶融塩２と溶融金属３の比重の関係が逆になることもある。その場合、電解槽１１内で溶融金属層１７は溶融塩層１６の上に分布することとなる。また、その場合には陽極１２及び陰極１３は溶融塩層１６に設けられるよう、設置位置は適宜変更される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図４を用いて説明する。図４は第２の実施形態における金属の還元装置の模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
以下、本実施形態の構成について説明する。本実施形態の金属の還元装置１は溶融塩２を収容する電解槽５１と溶融金属３を収容する溶融金属槽５２を有する。電解槽５１と溶融金属槽５２はそれぞれ、溶融塩用電気炉５３と溶融金属用電気炉５４を備える。溶融塩用電気炉５３は電解槽５１内の塩が溶融状態を保つよう電解槽５１を加熱する。溶融金属用電気炉５４は溶融金属槽５２内の金属が溶融状態を保つよう溶融金属槽５４を加熱する。

電解槽５１内には陽極５５が設けられ、陽極５５は電源５６に接続している。電源５５の陰極の端子５９は溶融塩２中ではなく大気中に設けられている。溶融金属槽５２に第１の実施形態と同様に、金属回収ユニット２０により溶融金属３が吸引され、溶融金属供給ユニット３０から溶融金属３が供給される。そのため、溶融金属３の吸引・供給のための回収管２５及び供給間３５が溶融金属槽５２内の溶融金属３中に設けられている。

対象物１８は例えば低炭素鋼で構成された５７内に収容され、バスケット５７は対象物移動手段５８に吊るされている。対象物移動手段５８は、上下方向だけでなく水平方向にも自在にバスケット５７を移動させることが可能であり、バスケット５７を電解槽５１内の溶融塩２中または、溶融金属槽５２内の溶融金属５２中内に保持することが可能である。また、バスケット５７を電解槽５１内の溶融塩２中に保持する際、電源５６の陰極５９の端子にバスケット５７を電気的に接続させる。そのため、電解槽５１内の溶融塩２中に保持された際に、バスケット５７および対象物１８は陽極５５との間に電圧が印加される。

（方法・作用）
次に本実施形態における方法を説明する。本実施形態においても第１の実施形態と同様に電解還元ステップＳ１、第１の移動ステップＳ２、溶解ステップＳ３、第２の移動ステップＳ４が行なわれる。電解還元ステップＳ１及び溶解ステップＳ３は第１の実施形態と同様である。第１の移動ステップＳ２は、対象物移動手段５８がバスケット５７を溶融塩槽５１内から溶融金属槽５２内に移動させることで行なわれる。また、第２の移動ステップＳ４は、対象物移動手段５８がバスケット５７を溶融金属槽５２内から溶融塩槽５１内に移動させることで行なわれる。

（効果）
本実施形態の金属の還元方法及び金属の還元装置は、第１の実施形態と同様に、電解還元ステップＳ１と溶解ステップＳ２を備えているため、これまでよりも電解還元の効率を向上させることが可能であり、効率的に電解還元を行うことが可能である。また、第１の実施形態と同様に、本実施形態の金属の還元装置１は金属回収ユニット２０を備えているため、溶融金属３に溶解した対象金属４を容易に回収することが可能である。また、第１の実施形態と同様に、本実施形態の金属の還元装置１は金属回収ユニット２０及び溶融金属供給ユニット３０を備えているため、溶融金属３を繰り返し用いることができ、溶融金属３の二次廃棄物を低減させることが可能である。

また、本実施形態では、溶融塩２と溶融金属３が異なる槽に設けられている。そのため、溶融金属３と溶融塩２の比重差が小さく、第１の実施形態のように溶融塩層１６と溶融金属槽１７を形成することができない溶融金属と溶融塩の組み合わせであっても、本実施形態の金属の還元方法を実施することが可能である。

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、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。

例えば、対象物１８は高密度に凝固したＵＯ_２に限られない。例えば対象金属の酸化物粉末が焼き固められた、溶融燃料に比べて疎なセラミック状であってもよい。溶解ステップＳ３により、還元された対象金属は対象物１８から除去されるため、電解還元ステップＳ１と溶解ステップＳ３が繰り返されるほど対象物１８中には疎な部分が多くなる。そのため、中央部で生じた酸素イオンは容易に対象物中を通過して陽極１３に到達し、酸素ガスとして系外に排出されることができる。そのため、電解還元の速度低下を抑制することができ、電解還元の効率を向上させることが可能である。

また、陰極１２のバスケットは、対象物１８を溶融塩中で陰極と電気的に接続させることが可能であり、溶融塩２及び溶融金属３と対象物１８を接触させることが可能な構成であればよい。例えば、バスケットの代わりに、対象物１８を載せるお盆状のものであってもよいし、対象物１８を掴んで保持する手段であっても良い。

１・・・・・金属の回収装置
２・・・・・溶融塩
３・・・・・溶融金属
４・・・・・対象金属
１０・・・・・電解還元ユニット
１１・・・・・電解槽
１２・・・・・陰極
１３・・・・・陽極
１４・・・・・電源
１５・・・・・第１の電気炉
１６・・・・・溶融塩層
１７・・・・・溶融金属層
１８・・・・・対象物
１９・・・・・対象物移動手段
２０・・・・・金属回収ユニット
２１・・・・・回収溶融金属容器
２２・・・・・溶融金属容器
２３・・・・・ケース
２４・・・・・第２の電気炉
２５・・・・・回収管
２６・・・・・ポンプ
３０・・・・・溶融金属供給ユニット
３１・・・・・溶融金属供給槽
３２・・・・・供給配管
３３・・・・・第３の電気炉
３４・・・・・制御弁
３５・・・・・輸送管
４０・・・・・液位検出手段
４１・・・・・第１の電極
４２・・・・・第２の電極
４３・・・・・抵抗検出部
４４・・・・・切り替え部
５１・・・・・電解槽
５２・・・・・溶融金属槽
５３・・・・・溶融塩用電気炉
５４・・・・・溶融金属用電気炉
５５・・・・・陽極
５６・・・・・電源
５７・・・・・バスケット
５８・・・・・対象物移動手段
５９・・・・・端子
６０・・・・・液位制御部
Ｓ１・・・・・電解還元ステップ
Ｓ２・・・・・第１の移動ステップ
Ｓ３・・・・・溶解ステップ
Ｓ４・・・・・第２の移動ステップ

Claims

還元対象の金属である対象金属の酸化物を還元する金属の還元装置であって、
溶融塩と、
前記溶融塩中で前記対象金属を含有している対象物と接触する陰極と、
前記溶融塩中に設けられた陽極と、
前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電源と、
前記対象金属が溶解する溶融金属と、
前記対象物を前記溶融塩中から前記溶融金属中に、または、前記溶融金属中から前記溶融塩中に移動させる対象物移動手段と、
を有する金属の還元装置。
前記溶融金属と前記溶融塩を内部に収容する電解槽と、
前記溶融塩と比重が異なる前記溶融金属と、
前記対象物を前記電解槽内で上下に移動させる前記対象物移動手段とを有する請求項１に記載の金属の還元装置。
前記溶融塩を収容する電解槽と、
前記溶融金属を収容し前記電解槽とは異なる溶解槽と、
前記対象物を前記電解槽内から前記溶解槽内に、または、前記溶解槽内から前記電解槽内に移動させる前記対象物移動手段とを有する請求項１に記載の金属の還元装置。
前記溶融金属に溶解した前記対象金属を前記溶融金属と分離させる金属回収手段を有し、
前記金属回収手段は前記溶融金属を吸引する吸引手段と、
吸引された前記溶融金属を前記溶融金属の沸点よりも高い温度であって、前記対象金属の沸点よりも低い温度に保持することが可能な蒸留手段とを有する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属の還元装置。
前記電解槽内において前記溶融塩で構成される溶融塩層よりも下方に分布し前記溶融金属で構成される溶融金属層の液位を検出する液位検出手段と、
前記電解槽から前記溶融金属を吸引する吸引手段を有し吸引した前記溶融金属から前記対象金属を分離させる金属回収ユニットと、
前記電解槽への前記溶融金属の供給量を制御する制御弁を有し前記電解槽に供給される前記溶融金属を収容する溶融金属共有ユニットと、
前記液位検出手段が検出した前記溶融塩層の液位に応じて前記吸引手段と前記制御弁の稼働を制御する制御部と、
を有する請求項２に記載の還元装置。
還元対象の金属である対象金属の酸化物を還元する金属の還元方法であって、
溶融塩中に設けられ前記対象金属を含有している対象物と接触している陰極と前記溶融塩中に設けられている陽極との間に電圧を印加し、前記対象金属の酸化物を還元する電解還元ステップと、
溶融金属に前記対象金属を溶解させる溶解ステップと、
前記対象物を前記溶融塩中から前記溶融金属中に移動させる第１の移動ステップと、
前記対象物を前記溶融金属中から前記溶融塩中に移動させる第２の移動ステップと、
を有する金属の還元方法。
前記溶融金属は前記溶融塩と同一の電解槽に収容され前記溶融塩と比重が異なり、
前記電解槽内で前記溶融金属は前記溶融塩よりも下方または上方に分布し、
第１の移動ステップにおいて前記対象物は前記電解槽内で前記溶融塩中から溶融金属中に移動され、
第２の移動ステップにおいて前記対象物は前記電解槽内で溶融金属中から溶融塩中に移動される、
請求項６に記載の金属の還元方法。
前記溶融塩は電解槽に収容され、
前記溶融金属は前記電解槽とは異なる槽である溶融金属槽に収容され、
第１の移動ステップにおいて前記対象物は前記電解槽内から前記溶融金属槽内に移動され、
第２の移動ステップにおいて前記対象物は前記溶融金属槽内から前記電解槽内に移動される請求項６に記載の金属の還元方法。